Vorwiderstände in Stromkreisen mit GPIO

L I V E Stammtisch ab 20:30 Uhr im Chat
  • Hallo,

    ich bin neu hier im Forum und beginne gleich mit einer Frage, die mich schon seit mehr als einer Stunde durchs Internet treibt und ich keine ordentliche Antwort finde.
    Deshalb möchte ich sie nun euch stellen.
    Ich möchte ein einfachen Stromkreis aufbauen. Ein GPIO als Spannungsquelle (3,5V?), die einen Schalter (Mikroschalter - An/Aus) mit Strom versorgt. Dieser wird wieder mit einem neuen GPIO Pin verbunden, der erkennt ob er gedrückt oder nicht gedrückt ist (x-Volt / 0 Volt).

    Man soll scheinbar ein Vorwiderstand einbauen. Hierbei geht es nun allgemein um den Schalter, nicht um eine LED oder so (die durch zu hohe Spannung kaputt gehen könnte). Kann der Schalter oder der Raspberry Pi durch zu hohe Spannung kaputt gehen? Und die noch wichtigere Frage: Wie berechne ich die benötigte Größe des Widerstandes (sorry, bin blutiger Anfägner. U=R*I Formel, etc. müsste ich jedoch beherrschen).

    Vielen Dank schonmal im Vorraus,

    Nils

  • Hallo Nils,

    sowas habe ich auch mal gemacht.

    Schau mal hier nach.

    Du brauchst übrigens zwei Widerstände:

    1. Einen von ca. 10 bis kOhm, der je nach Schaltung als Pull-down oder Pull-up-Widerstand bezeichnet wird.

    2. Einen Widerstand, der den Stromfluss von GPIO zu GND bzw. 3V3 nach GPIO auf ca. 2 mA (gilt für die Standard-Versorgung über Mikro-USB) begrenzt. Hierzu wird die Formel U = RI erweitert zu U + Uf = RI. Uf ist die sog. Vorwärtspannung, z.B. bei Dioden irgendwas was von 1,8 bis 2,4 V. U ist beim Raspberry Pi immer 3,3 V. Löst Du die Formel nach dem Widerstand R auf, weißt Du sofort, welchen Du brauchst.

    Beste Grüße - und lass Deinen Pi am Leben!

    Andreas

    Ich bin wirklich nicht darauf aus, Microsoft zu zerstören. Das wird nur ein völlig unbeabsichtigter Nebeneffekt sein.
    Linus Torvalds - "Vater" von Linux

    Linux is like a wigwam, no windows, no gates, but with an apache inside dancing samba, very hungry eating a yacc, a gnu and a bison.

    2 Mal editiert, zuletzt von Andreas (8. Oktober 2017 um 17:59)

  • Hi,

    eine überhöhte Spannung als die zulässige zerstört die GPIO mit Sicherheit. Deswegen sollte, um die 3.3V nicht zu überschreiten, bei 5V ein Spannungsteiler von bsp. 1k8 zu 3.3k genutzt werden (Eingang).

    Oh, sehe gerade - war zu langsam! :)

    Hinweis am Rande:
    Die hier vorkommenden Fremdwörter sowie Schreibfehler besitzen ein Echtheitszertifikat
    und sind zum Auslösen allg. Verwirrung und Panik vorgesehen! :lol:

    Einmal editiert, zuletzt von Cancriformis (26. Juli 2014 um 22:36)

  • Hallo Cancriformis,

    den 5V-Pin des Raspberry Pi solltest Du nicht nutzen, um irgendwelche Schaltungen zu bauen, die Signale auf GPIO schicken. Das hat schon vielen hoffnungsvollen Raspberry Pis das Leben gekostet - weil immer irgendwie ein GPIO-Pin doch mal 5V gesehen hat.

    Beste Grüße

    Andreas

    Ich bin wirklich nicht darauf aus, Microsoft zu zerstören. Das wird nur ein völlig unbeabsichtigter Nebeneffekt sein.
    Linus Torvalds - "Vater" von Linux

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  • Also auch bei Ausgängen den Spannungsteiler anwenden für den Fall, das doch 5V zurück kommen? :)

    Hinweis am Rande:
    Die hier vorkommenden Fremdwörter sowie Schreibfehler besitzen ein Echtheitszertifikat
    und sind zum Auslösen allg. Verwirrung und Panik vorgesehen! :lol:

    Einmal editiert, zuletzt von Cancriformis (26. Juli 2014 um 22:51)


  • ... den 5V-Pin des Raspberry Pi solltest Du nicht nutzen, um irgendwelche Schaltungen zu bauen, die Signale auf GPIO schicken. Das hat schon vielen hoffnungsvollen Raspberry Pis das Leben gekostet - weil immer irgendwie ein GPIO-Pin doch mal 5V gesehen hat.

    Daß die GPIOs vor 5V 'geschützt' werden müssen, ist klar - aber was hat das mit dem 5V Pin des RPi zu tun (zulässigen Stromverbrauch vorausgesetzt)? Mit extern zugeführten 5V ist bei der benötigten gemeinsamen Masse das Problem dasselbe!

    Am sichersten finde ich für den Einsteiger einen "Levelshifter". Ein Spannungsteiler ist keineswegs für alle Fälle die Problemlösung, der LS jedoch schon!

    Gruß, mmi

  • Hallo zusammen,
    @ Andreas, warum nicht die 5V des Pi's nutzen , was spricht dagegen ?
    Wie mmi schon sagt, 5V sind 5V egal ob Pi, oder extern.

    Zitat

    Ein Spannungsteiler ist keineswegs für alle Fälle die Problemlösung, der LS jedoch schon!

    ist korrekt.

    Für Cancriformis:
    Diese Levelshifter sind sowas:
    Levelshifter
    Habe einige dieser Dinger in Einsatz, egal on I²C oder 1 Wire... keine Probleme.

    Gruß root

    Einmal editiert, zuletzt von root (27. Juli 2014 um 03:59)

  • @root: Und was bringt Dein Beitrag jetzt Neues? Schon mal daran gedacht, daß Du in einer sehr "oberlehrerhaften" Schreibweise meine Aspekte lediglich wiederholst und als zulässig erklärst, aber sonst bietet Dein Beitrag kaum Neues? Eigentlich überflüssig, oder behandeln wir hier auch Profilneurosen?

    Nix für ungut!

  • @mmi + root:
    Danke für die Info was den LS betrifft!

    Und ahhh... verstehe in etwa was die MOSFET's da machen. Diese sorgen letztendlich also dafür, das die - ich nenne Sie mal "Hochspannung", nicht an die GIO-Pins des Hosts gelangen. :thumbs1:

    "Damals" habe ich das immer mit einem Spannungsteiler aus 2 Widerständen gemacht (für die ein- und ausgehenden Signale), wenn es um die Ansteuerung und Datenübertragung (SPI) einer beispielsweise SD-Card (3.3V) ging. So ist es natürlich viel einfacher (und wahrscheinlich auch sicherer). :D

    Andreas:
    Aber die 5V vom Raspi würde ich trotz alledem nehmen zum speisen kleinerer Verbraucher wie bsp. einer SD-Card.

    Hinweis am Rande:
    Die hier vorkommenden Fremdwörter sowie Schreibfehler besitzen ein Echtheitszertifikat
    und sind zum Auslösen allg. Verwirrung und Panik vorgesehen! :lol:

    Einmal editiert, zuletzt von Cancriformis (27. Juli 2014 um 07:15)

  • Danke für all' eure Antworten.
    An die Berechnung setze ich mich dann nachher ran und wenn ich Probleme habe melde ich mich nochmal.
    Eine Frage jedoch noch: Kann ich die 3,3V Spannungsquelle aufteilen, also das sie zum Beispiel zwei Schalter in jeweils eigenen Stromkreisen mit Strom versorgt?

    Danke, Nils

  • Noch zwei weitere Fragen:
    1. Wo kann ich die genaua Vorwärtsspannung meines ausgewählten Schalters nachlesen?

    2. Wie groß muss nun mein Pull-Up/Down Widerstand sein? Kann man daran auch mit der U + Uf = RI Formel rangehen?

    Sorry, ich bin leider so unwissend auf dem Gebiet und mit den komplizierten Beschrei bungen im Netz kann ich gar nichts anfangen... :s

    Nils


  • Andreas:
    Aber die 5V vom Raspi würde ich trotz alledem nehmen zum speisen kleinerer Verbraucher wie bsp. einer SD-Card.

    wer sagt denn das eine SD Karte ein kleiner Verbraucher ist ? dazu werden manche viel zu warm. Die 5V Schiene ist beim PI bregrenzt sobald der PI über die microUSB gespeist wird.
    Polyfuse 1A, PI normal 0,7-0,8A Rest USB und GPIO maximal 0,2-0,3A


    Eine Frage jedoch noch: Kann ich die 3,3V Spannungsquelle aufteilen, also das sie zum Beispiel zwei Schalter in jeweils eigenen Stromkreisen mit Strom versorgt?

    klar jeder Schalter mit 3,3-10k Ohm pullup oder pulldown beschaltet geht. Bei Betätigung fliesst eben der berechnetete Strom, bei 3,3k Ohm eben 1mA pro Taster.

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • jar:
    Klar, es gibt für alles natürlich Extreme. :cool:

    Kann mir schon vorstellen, das SD-Karten welche eine Geschwindigkeit von 600x und eine hohe Kapazität haben, da auch mehr Strom fressen als "normale".

    Wie hoch diese genau sind kann man sicherlich in den Datasheets der Hersteller nachlesen, falls diese überhaupt dort zu finden sind. Praktische Erfahrungen habe ich nicht damit, welche Stromaufnahme eine aktuelle SD-Karte letztendlich benötigen würde. :)

    Hat denn vielleicht irgendwer hier im Forum schon mal ein paar Werte zum Stromverbrauch einer SD-Karte ermitteln können?

    Schliesslich wird ja eine SD-Karte im Raspberry-PI benötigt, um diesen überhaupt ans Laufen bringen zu können. :-/ Einfach mal nur zu wissen das... ;)

    Hinweis am Rande:
    Die hier vorkommenden Fremdwörter sowie Schreibfehler besitzen ein Echtheitszertifikat
    und sind zum Auslösen allg. Verwirrung und Panik vorgesehen! :lol:


  • jar:
    Klar, es gibt für alles natürlich Extreme. :cool:
    ....Praktische Erfahrungen habe ich nicht damit, welche Stromaufnahme eine aktuelle SD-Karte letztendlich benötigen würde. :)

    meine und die von meinem Bruder praktischen Erfahrungen liegen in abstürze bis sehr warm werden. Messdaten habe ich auch nicht, aber was fühlbar warm wird kann sich nicht mit wenigen mA zufrieden geben !
    Hier gab es auch schon Meldungen das USB Sticks den PI am Port in die Knie zwingen, es ist immer die gesamte Beschaltung zu betrachten.

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
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  • Nun da muß ich Dir recht geben, warm bzw. Heizung bedeutet: "hoher" Stromverbrauch.

    Ich denke ich werde mir da mal ein USB-Kabel zusammenbauen, welches ich an mein Labornetzteil hängen werde. Das Netzteil dann auf 5V stellen mit einer anfänglichen Strombegrenzung von 1A, und dann sehe ich ja den Stromverbrauch, wenn ich die SD-Karte einmal gesteckt habe und das andere mal nicht, zumindest was den "Ruhebetrieb" betrifft. :-/

    Dann gehe ich auch einfach mal davon aus, das im realen Betrieb auch noch ein wenig mehr Stromverbrauch seitens der SD-Card dazu kommen wird.

    Zumindest hat man dann mal so ne Art "Hausnummer" was den Stromverbrauch einer SD-Card angeht... :)

    Hinweis am Rande:
    Die hier vorkommenden Fremdwörter sowie Schreibfehler besitzen ein Echtheitszertifikat
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  • Entschuldigung wenn ich nochmal nachfrage. Meine Fragen sind noch nicht beantwortet worden. Wie berechne ich denn nun den Pull-Up/Down Widerstand?
    Im Datenblatt lässt sich nichts finden, oder übersehe ich etwas?

    Und wieviel Strom kommt aus dem 3,3V Pin?

    Vielen Dank.

    Nils

  • Alltagsgedoens:
    hier ein Link wo du sicher die ein oder andere Berechnung finden wirst: Link

    Das wird Dir bei der ein oder anderen Sache schon mal die Basis bieten können!

    Die Daten zu den GPIO findest Du wenn im Datasheet des Prozessors des RaspBerry-PI.
    Dort dürften die max. Werte zu finden sein. :thumbs1: Werde auch mal nach suchen...

    Hinweis am Rande:
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    Einmal editiert, zuletzt von Cancriformis (27. Juli 2014 um 10:10)

  • Hier sind auch noch die verschiedensten Hardwareinformationen über den
    Raspberry-PI A, B und B+ zu finden: Link

    Hinweis am Rande:
    Die hier vorkommenden Fremdwörter sowie Schreibfehler besitzen ein Echtheitszertifikat
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    Einmal editiert, zuletzt von Cancriformis (27. Juli 2014 um 10:17)


  • Entschuldigung wenn ich nochmal nachfrage. Meine Fragen sind noch nicht beantwortet worden. Wie berechne ich denn nun den Pull-Up/Down Widerstand?

    das wurde beantwortet !


    klar jeder Schalter mit 3,3-10k Ohm pullup oder pulldown beschaltet geht. Bei Betätigung fliesst eben der berechnetete Strom, bei 3,3k Ohm eben 1mA pro Taster.

    Spannung aus dem PI hier sinnvollerweise gewählt 3,3V geteilt durch pullup oder pulldown Widerstand = Strom ! das URI Dreieck !

    wieso denkst du die Frage wurde nicht beantwortet ?

    Und wieviel Strom kommt aus dem 3,3V Pin?

    Der Regler versorgt damit den Prozessor jedes weitere mA das dort rausgesaugt wird kann dem Prozessor fehlen oder dem USB !
    Der Regler kann eventuell mehr als 50mA zusätzlich abgeben, aber ob dieser Strom dann den PI fehlt liegt an den anderen Verbrauchern USB oder der Spannungseinspeisung z.B. microUSB mit Polyfuse, genau wird man das pauschal für einen sicheren Betrieb so nie beantworten können, dazu muss man alles betrachten, einschliesslich aller Toleranzen.

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