Interfacciamento digitale

Si desidera collegare (interfacciare) un interruttore con un ingresso di una porta logica, come da figura:

Il gruppo interruttore + resistore R1 + alimentazione funge da Driver, la porta logica da Load; entrambi hanno caratteristiche proprie che devono essere rispettate, ma il driver non impone vincoli particolari, mentre la porta logica ha dei limiti per quanto riguarda le correnti massime e i livelli in tensione. R1 è un resistore di pull-up. L'unica cosa che c'è da dimensionare è R1: il suo valore deve essere tale da garantire un corretto interfacciamento tra driver e load.

Procedura

Innanzitutto si individuano i due "stati" logici (H e L) in cui si può trovare l'ingresso della porta; essi corrispondono rispettivamente alle situazioni in cui lo switch S1 (interruttore) si trova OFF (aperto) e ON (chiuso). Esaminiamoli separatamente.

Caso L  (switch ON)

Siamo nel caso "L" perchè l'ingresso della porta è cortocircuitato a massa, 0V precisi; pertanto la tensione nel punto A, V_IL, è = 0V ed è anche entro il range concesso perché V_IL < V_ILmax; la corrente (se c'è) uscirà dalla porta, andando verso massa, e sarà una "I source"; essendo lontani dai limiti non abbiamo particolari vincoli da rispettare, nè indicazioni o restrizioni sul valore di R1. Per sapere il valore della I_IL possiamo simulare il circuito con un software adeguato.

Caso H  (switch OFF)

La corrente (disegnarla) scende dall'alimentazione ed entra nella porta (I sink). Il punto A ha una tensione che chiameremo V_IH; la legge di Kirchhoff per le tensioni afferma che: V_CC = V_R1 + V_IH = I_R1 * R1 + V_IH = I_IH * R1 + V_IH

Sui datasheet non si riescono a reperire i valori tipici di correnti e tensioni in ingresso alla porta; pertanto consideriamo la situazione limite in cui V_IH sia uguale a V_IHmin; in queste condizioni si ha anche I_IH = I_IHmax; la formula di sopra diventa ad una sola incognita (R1) e pertanto si può risolvere:

R1 = (V_CC - V_IHmin) / I_IHmax

I valori esatti per la porta in questione saranno tratti dai datasheet.

Si lascia per esercizio la soluzione del problema di interfacciamento nel caso che il resistore sia di pull-down e lo switch sia la struttura di pull-up.