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インターフェイス Level-0 Vol 3
スイッチでのデジタル入力。その1


 デジタル機器の入力装置として、最も簡単なものはやはりスイッチでしょう。
あまりにも簡単に見えるためか、スイッチ入力の方法についての解説をあまり見ません。
  しかし簡単といってもただつなげば良いものではありません。
安易に対処したために、誤動作や故障の原因になることが結構多いのです。

 電子回路は問題ないのに、操作スイッチが悪くなり使えなくなった!という経験はないでしょうか?実際故障の割合はメカ接点によるものが結構多いのです。そこで今回は
スイッチ入力を、より確実に、より安全に使うための要点を解説することにしましょう。


デジタル入力としてのスイッチの基本回路
基本回路は、右図のようになります。
SW=OFFのとき、入力端子はHiレベル(VCC)になります。
SW=ONでは、Low(GND)ですね。

厳密には!

SW=OFFのとき入力端子にわずかな電流が流れ込みます。
例えば流れ込み電流が1μA、 =10KΩ、VCC=5Vなら、
Rの電圧降下= ×=1μA×10KΩ=10mVですから、
入力端子電圧=VCC−10mV=4.99Vですね。

 
SW=ONのときも、SWのON抵抗があります。50mΩ(0.05Ω)なら
SWに流れる電流≒5V÷10KΩ=0.5mAですから、
入力端子電圧≒0.5mA×50mΩ=0.025mVです。
そんな細かいこと!なんて思ってはいけません。
回路によっては、入力電流が数mAなんてこともあります。またスイッチもゴム接点SWなどはON抵抗が数KΩの場合もあります。一応念頭においておきましょう。

プルアップ抵抗  の値を決めるには?
 さて、プルアップ抵抗はとりあえず10KΩとしましたが、根拠は何でしょう?
多くの回路をみると大体1KΩ〜10KΩを選択しているようです。
電子回路を始めて間もない頃、いくら調べても理由がわからず大変悩みました。
これについて、少し考えてみましょう。

 まず気になるのはSWがONしたとき。抵抗に流れる電流はGNDに行き、何の仕事もしませんから、流れる電流はなるべく少ない方が省エネになりますね。
すなわち抵抗値は、なるべく大きい方が無駄な電力消費が少ないわけです。

しかし、限りなく大きくすれば抵抗を取ってしまうのと同じですから、限度があることは明白です。つまり「プルアップ抵抗の値を決める」ということは、抵抗の最大値を決めるということになるわけです。


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