что такое vdd и vcc
В чем разница между Vcc, Vdd, Vee и Vss
Попадалось множество принципиальных электрических схем, на устройствах, подключаемых к компьютеру, где Vcc и Vdd взаимозаменяемы.
1 ответ 1
Обозначения цепей питания проистекают из области анализа схем на транзисторах, где, обычно, рассматривается схема с транзистором и резисторами подключенными к нему. Напряжение (относительно земли) на коллекторе (collector), эмиттере (emitter) и базе (base) обозначают Vc, Ve и Vb. Резисторы подключенные к выводам транзистора обозначим Rc, Re и Rb. Напряжение на дальних (от транзистора) выводах резисторов часто обозначают Vcc, Vee и Vbb.
На практике, например для NPN транзистора включенного по схеме с общим эмиттером, Vcc соответствуют плюсу, а Vee минусу источника питания. Соответственно для PNP транзисторов будет наоборот. Аналогичные рассуждения для полевых транзисторов N-типа и схемы с общим истоком дают объяснение обозначений Vdd и Vss (D — drain, сток; S — source, исток): Vdd — плюс, Vss — минус.
Обозначения напряжений на выводах вакуумных ламп могут быть следующие: Vp (plate, anode), Vk (cathode, именно K, не C), Vg (grid, сетка).
Для микросхем питающихся от одного или нескольких источников одной полярности минус часто обозначают GND (земля). Земля может быть разной, например, сигнальная, соединение с корпусом, заземление.
Не знаю разрешено ли указывать сторонние ресурсы, но мне кажется будет нечестным умалчивать автора. РадиоКот
Как и зачем читать даташиты, если микроконтроллеры – ваше хобби
Микроэлектроника – модное увлечение последних лет благодаря волшебному Arduino. Но вот беда: при должном интересе перерасти DigitalWrite() получается быстро, а что делать дальше – не совсем ясно. Разработчики Arduino приложили немало усилий для снижения порога вхождения в свою экосистему, но за ее пределами по-прежнему колышется темный лес суровой схемотехники, малодоступный любителю.
Например, даташиты. Вроде бы в них есть все, бери и пользуйся. Но только их авторы явно не ставят перед собой задачу популяризации микроконтроллеров; иногда кажется, что они специально злоупотребляют непонятными терминами и аббревиатурами при описании простых вещей, чтобы максимально запутать непосвященного. Но не все так плохо, при желании ларчик открывается.
В этой статье я поделюсь опытом общения гуманитария с даташитами в хобби-целях. Текст предназначен для выросших из штанишек Arduino любителей, он предполагает некоторое представление о принципах работы микроконтроллеров.
Начну с традиционного
Мигаем светодиодом на Ардуино
«Что это? – Спросит искушенный читатель. – Зачем ты что-то пишешь во входной регистр PINB? Он же только для чтения!» Действительно, документация Arduino, как и большинство учебных статей в интернете, утверждает, что этот регистр read-only. Я и сам так думал, пока не перечитал даташит к Atmega328p, готовя это статью. А там:
Это относительно новый функционал, его не было на Atmega8, о нем не все знают или не упоминают из соображений обратной совместимости. Но вполне годный для демонстрации мысли, что даташиты стоит читать, чтобы использовать все возможности чипа, включая малоизвестные. И это не единственная причина.
Зачем еще читать даташиты
Обычно ардуинщики, наигравшись со светодиодами и AnalogWrite’ами, начинают подключать к плате всякие модули и чипы, для которых есть уже написанные библиотеки. Рано или поздно появляется библиотека, работающая не так, как надо. Тогда любитель начинает ее ковырять, чтобы починить, а там.
А там происходит что-то категорически непонятное, поэтому приходится отправляться в гугл, читать многочисленные тьюториалы, дергать по частям чей-то подходящий код и наконец добиваться своего. Это дает мощное ощущение свершения, но на самом деле процесс напоминает изобретение велосипеда путем реверс-инжиниринга мотоцикла. Причем понимания, как работает этот велосипед, не прибавляется. Знаю, поскольку сам этим занимался довольно долго.
Если бы я вместо этого увлекательного занятия потратил пару дней на изучение документации к Atmega328, я бы сэкономил огромное количество времени. В конце концов, это довольно простой микроконтроллер.
Таким образом, читать даташиты надо хотя бы для того, чтобы представлять себе, как вообще устроен микроконтроллер и что он умеет делать. И еще:
Зачем писать в регистры напрямую, когда есть HAL и LL?
Словарик
HAL, Hardware Abstraction Layer – библиотека для управления микроконтроллером с высоким уровнем абстракции. Если надо использовать интерфейс SPI1, просто настраиваем и включаем SPI1, не задумываясь, какие регистры за что отвечают.
LL, Low Level API – библиотека, содержащая макросы или структуры с адресами регистров, позволяющая обращаться к ним по имени. DDRx, PORTx, PINx на Атмеге – это LL.
Споры на тему «HAL, LL или регистры» регулярно случаются в комментариях на Хабре. Не претендуя на доступ к астральному знанию, просто поделюсь своим любительским опытом и соображениями.
Более-менее разобравшись с Атмегой и начитавшись статей про прекрасности STM32, я накупил полдюжины разных плат – и Discovery, и «Синие Таблетки», и даже просто чипы под свои самоделки. Все они два года пылились в коробке. Иногда я говорил себе: «все, с этих выходных осваиваю STM», запускал CubeMX, генерил сетап для SPI, смотрел на получившуюся стену текста, обильно сдобренную копирайтами STM, и решал, что это как-то уж слишком.
Разобраться, что тут понаписал CubeMX, конечно, можно. Но одновременно понятно, что запомнить все формулировки, чтобы потом писать их руками, нереально. А уж дебажить это, если я случайно забуду в Кубе поставить какую-нибудь галочку, – совсем привет.
Прошло два года, я по-прежнему облизывался в ST MCU Finder на всякие вкусные, но недоступные моему пониманию чипы, и случайно наткнулся на замечательную статью, пусть и про STM8. И внезапно понял, что все это время стучался в открытую дверь: регистры у STM устроены так же, как у любого другого МК, и для работы с ними Куб необязателен. А что, так можно было.
HAL и конкретно STM32CubeMX – инструмент для профессиональных инженеров, плотно работающих с чипами STM32. Главная фишка – высокий уровень абстракции, возможность быстро мигрировать с одного МК на другой и даже с одного ядра на другое, оставаясь в рамках линейки STM32. Любители с такими задачами сталкиваются редко – наш выбор МК, как правило, ограничен ассортиментом AliExpress, и мы чаще мигрируем между кардинально разными чипами – переезжаем с Атмеги на STM, с STM на ESP, ну или что там нам новенького подкинут китайские друзья. HAL здесь не поможет, а времени его изучение съест немало.
Остается LL – но от него до регистров полшага. Лично я нахожу написание своих макросов с адресами регистров полезным: я внимательнее изучаю даташит, думаю, что мне потребуется в будущем, а что точно нет, лучше структурирую свои программы, ну и вообще преодоление способствует запоминанию.
Кроме того, есть нюанс с популярным STM32F103 – для него существуют две несовместимые версии LL, одна официальная от STM, вторая – от Leaf Labs, используемая в проекте STM32duino. Если писать open-source библиотеку (а у меня была именно такая задача), надо либо делать две версии, либо обращаться к регистрам напрямую.
Наконец, отказ от LL, на мой взгляд, упрощает миграцию, особенно если закладываться на нее с самого начала работы над проектом. Утрированный пример: напишем ардуиновский blink в Atmel Studio без LL:
Чтобы этот код замигал светодиодом на китайской платке с STM8 (из ST Visual Desktop), в нем достаточно поменять два адреса:
Да, я использую особенность подключения светодиода на конкретной плате, мигать будет очень медленно, но будет же!
Какие бывают даташиты
В статьях и на форумах, и русско-, и англоязычных, под «даташитами» понимают любую техническую документацию к чипам, так же поступаю и я в этом тексте. Формально они – лишь один из видов такой документации:
Datasheet – ТТХ, тактико- технические характеристики. Обязательно имеется у любого электронного компонента. Справочная информация, полезно держать под рукой, но вдумчиво читать в нем особо нечего. Впрочем, чипы попроще часто ограничиваются даташитом, чтобы не плодить лишних документов; в этом случае Reference Manual включается сюда же.
Reference Manual – собственно инструкция, здоровая книжка на 1000+ страниц. Подробно расписывается работа всего, что понапихано в чип. Главный документ для освоения микроконтроллера. В отличие от datasheet, инструкции пишут для широкой линейки МК, в них содержится много информации о периферии, отсутствующей в вашей конкретной модели.
Programming Manual или Instruction Set Manual – инструкция по уникальным командам микроконтроллера. Предназначена для тех, кто программирует на Ассемблере. Авторы компиляторов активно ее используют для оптимизации кода, поэтому в общем случае нам она не потребуется. Но заглядывать сюда полезно для общего понимания, за некоторыми специфическими командами типа выхода из прерывания, а также при активном использовании дебаггера.
Application Note – полезные советы по решению конкретных задач, часто с примерами кода.
Errata Sheet – описание случаев нестандартного поведения чипа с вариантами обхода, если есть.
Что есть в даташитах
Непосредственно в Datasheet нам могут потребоваться такие разделы:
Device Summary – первая страница даташита вкратце рассказывает об устройстве. Очень полезна в ситуациях, когда вы где-то нашли чип (увидели в магазине, выпаяли, встретили упоминание) и хотите понять, что это.
General Description – более подробное описание возможностей чипов из линейки.
Pinouts – схемы распиновки для всех возможных корпусов чипа (на какой ноге какой пин).
Pin Description – описание назначения и возможностей каждого пина.
Memory Map – карта адресов в памяти нам вряд ли потребуется, но иногда в нее включается также таблица адресов блоков регистров.
Register Map – таблица адресов блоков регистров, как правило, находится именно в даташите, а в Ref Manual – только сдвиги (address offsets).
Electrical Characteristics – в этом разделе нас в первую очередь интересуют absolute maximum ratings, перечисляющие максимальные нагрузки на чип. В отличие от неубиваемой Atmega328p, большинство МК не позволяет подключать к пинам серьезные нагрузки, что становится неприятным сюрпризом для ардуинщиков.
Package Information – чертежи доступных корпусов, полезные при проектировании своих плат.
Reference Manual структурно состоит из разделов, посвященных конкретной периферии, указанной в их заголовке. Каждую главу можно условно поделить на три части:
Overview, Introduction, Features – обзор возможностей периферии;
Functional Description, Usage Guide или просто основной блок раздела – подробное текстовое описание принципов устройства периферии и способов ее использования;
Registers – описание управляющих регистров. В простых случаях типа GPIO или SPI этого может быть вполне достаточно, чтобы начать использовать периферию, но часто приходится все-таки читать и предыдущие части.
Как читать даташиты
Даташиты с непривычки отпугивают своим объемом и обилием непонятных слов. На самом деле все не так страшно, если знать несколько лайфхаков.
Установите хорошую PDF-читалку. Даташиты пишутся в славных традициях бумажных инструкций, их здорово распечатать, проложить пластиковыми закладками и сшить. Гипертекст в них наблюдается в следовых количествах. К счастью, хотя бы структуру документа оформляют закладками, поэтому годная читалка с удобной навигацией очень нужна.
Даташит – не учебник Страуструпа, в нем не надо читать все подряд. Если воспользовались предыдущим советом – просто найдите в панели закладок нужный раздел.
Даташиты, особенно Reference Manuals, могут описывать возможности не конкретного чипа, а всей линейки. Это значит, что половина, а то и две трети информации не имеет отношения к вашему чипу. Прежде чем изучать регистры TIM7, проверьте в General Description, есть ли он у вас.
Знать английский достаточно на базовом уровне. Даташиты наполовину состоят из терминов, незнакомых среднестатистическому носителю языка, и наполовину – из простых связующих конструкций. Еще бывают прекрасные китайские даташиты на китайском английском, где половина также термины, а вторая половина – рандомный набор слов.
Если встречаете незнакомое слово, не пытайтесь перевести его с помощью англо-русского словаря. Если вас ставит в тупик hysteresis, то от перевода «гистерезис» теплее вам не станет. Пользуйтесь Гуглом, Stack Overflow, Википедией, форумами, где нужное понятие будет объяснено простыми словами с примерами.
Лучший способ понять прочитанное – проверить в деле. Поэтому держите под рукой отладочную плату, с которой знакомитесь, а лучше две – на случай, если все-таки что-то недопоняли и увидели волшебный дымок.
Полезна привычка держать под рукой даташит, когда вы читаете чей-то тьюториал или изучаете чужую библиотеку. Вполне возможно, в нем вы найдете более оптимальное решение своей задачи. И наоборот – если из даташита никак не удается понять, как же все-таки работает регистр, загуглите его: скорее всего, кто-то уже все описал простыми словами или оставил понятный код на ГитХабе.
Словарик
Немного полезных слов и обозначений, помогающих быстрее освоиться с даташитами. То, что вспомнилось в последние пару дней, дополнения и исправления приветствуются.
Электричество
Vcc, Vdd – «плюс», питание
Vss, Vee – «минус», земля
current – ток
voltage – напряжение
to sink current – работать «землей» для внешней нагрузки
to source current – питать внешнюю нагрузку
high sink/source pin – пин с повышенной «терпимостью» к нагрузке
IO
H, High – на пине Vcc
L, Low – на пине Vss
High Impedance, Hi-Z, floating – на пине ничего нет, «высокое сопротивление», он фактически невидим внешнему миру.
weak pull up, weak pull down – встроенный подтягивающий/стягивающий резистор, примерный аналог 50 кОм (см. даташит). Используется, например, чтобы входной пин не болтался в воздухе, вызывая ложные срабатывания. Weak – потому что его легко «перебить».
push pull – выходной режим пина, в котором он переключается между High и Low – обычный OUTPUT с Arduino.
open drain – обозначение выходного режима, в котором пин может быть либо Low, либо High Impedance / Floating. При этом почти всегда это не «настоящий» открытый сток, есть защитные диоды, резисторы, еще что. Это просто обозначение режима земля/ничего.
true open drain – а вот это уже настоящий открытый сток: пин напрямую ведет в землю, если открыт, или пребывает в подвешенном состоянии, если закрыт. Это значит, что через него при необходимости можно пускать напряжение больше Vcc, но максимум все равно оговаривается в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings / Voltage.
Интерфейсы
in series – подключенные последовательно
to chain – собирать чипы в цепочку последовательным подключением, увеличивая количество выходов.
shift – сдвиг, обычно обозначает сдвиг битов. Соответственно, to shift in и to shift out – принимать и передавать данные побитно.
latch – задвижка, прикрывающая буфер, пока через него сдвигаются биты. Когда передача закончена, задвижка открывается, биты начинают работать.
to clock in – выполнить побитную передачу, сдвинуть все биты на нужные места.
double buffer, shadow register, preload register – обозначения истории, когда регистр должен уметь принимать новые данные, но придерживать их до какого-то момента. Например, для корректной работы ШИМ его параметры (скважность, частота) не должны меняться, пока не закончится текущий цикл, но новые параметры уже могут быть переданы. Соответственно, текущие держатся в shadow register, а новые попадают в preload register, будучи записанными в соответствующий регистр чипа.
Всякое
prescaler – предделитель частоты
to set a bit – установить бит в 1
to clear/reset a bit – сбросить бит в 0 (reset – фишка даташитов STM)
to toggle a bit – поменять значение бита на противоположное (см. пример в начале статьи)
Что дальше
Вообще тут планировалась практическая часть с демонстрацией трех проектов на STM32 и STM8, выполненных специально для этой статьи при помощи даташитов, с лампочками, SPI, таймерами, ШИМом и прерываниями:
Но текста получается многовато, поэтому проекты отправляются во вторую часть.
Обозначение gnd на схеме
Провод GND на материнской плате/схеме означает земля (масса, минус). Стандартный цвет — черный, белый. Варианты цвета провода питания — красный, синий, зеленый, оранжевый, желтый.
Пример — обозначение черного провода маркировкой GND на разьеме подключения USB к материнской плате:
GND на материнской плате/схеме — важная информация
Стоит учитывать также:
Важный комментарий по поводу обозначений:
Простыми словами. Я подключал в компьютерном корпусе дополнительный вентилятор. Ноль вентилятора, черный провод — подключал к проводу молекс-разьема блока питания, который также имеет черный цвет (важно — это и есть GND). Питание на вентиляторе был желтым — его подключал к желтому проводу питания молекса. На молексе главное нужно понимать:
Еще по поводу молекса. Возможно так задумано, но кажется для подключения нужно использовать провода, которые идут рядышком. Например желтый и черный (12 вольт), красный и черный (5 вольт) — они идут рядом. Два черных провода GND возможно специально предназначены для двух видов подключения.
Под молекс разьемом подразумеваю данный тип коннектора (к нему подключаются жесткие диски например):
Также на плате/коннекторах можете заметить маркировку POWER — означает питание (плюс).
Подключая устройства, например переднюю панель ПК к материнке — будьте очень аккуратны, читайте инструкцию к материнской плате, чтобы не спалить например порты USB. Также смотрите на коннекторы и гнезда — иногда их конструкция исключает неправильное подключение. На заметку — кнопки компьютера, например включение, перезагрузка — неважно как подключить, дело в том, что здесь главное — замыкание. Неважно где плюс/минус, важно — замыкание контактов на секунду, что и делает кнопка, что и приводит к включению/выключению/перезагрузки компа.
Главное — правильно соблюдайте полярность, перед подключением не ленитесь сто раз проверить, чтобы быть уверенными. Ведь короткое замыкание — почти всегда ведет к неисправности.
Надеюсь информация кому-то пригодилась. Удачи и добра!
Добавить комментарий Отменить ответ
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.
Автор: Kavka
Опубликовано 23.05.2013.
Создано при помощи КотоРед.
Крошка-сын к отцу пришел,
и спросила кроха:
— Что такое Vcc, Vee, Vdd, Vss…
и что их так много?
Каждый человек увлекающийся электроникой сталкивается с материалами иностранного происхождения. И будь то схема электронного устройства или спецификация на чип, там могут встречаться множество различных обозначений цепей питания, которые вполне могут ввести в замешательство начинающего или незнакомого с этой темой радиолюбителя. В интернете достаточно информации чтобы внести ясность в этот вопрос. Далее кратко изложено то что было найдено о происхождении обозначений и их применении.
VCC, VEE, VDD, VSS — откуда такие обозначения? Обозначения цепей питания проистекают из области анализа схем на транзисторах, где, обычно, рассматривается схема с транзистором и резисторами подключенными к нему. Напряжение (относительно земли) на коллекторе (collector), эмиттере (emitter) и базе (base) обозначают VC, VE и VB. Резисторы подключенные к выводам транзистора обозначим RC, RE и RB. Напряжение на дальних (от транзистора) выводах резисторов часто обозначают VCC, VEE и VBB. На практике, например для NPN транзистора включенного по схеме с общим эмиттером, VCC соответствуют плюсу, а VEE минусу источника питания. Соответственно для PNP транзисторов будет наоборот.
Аналогичные рассуждения для полевых транзисторов N-типа и схемы с общим истоком дают объяснение обозначений VDD и VSS (D — drain, сток; S — source, исток): VDD — плюс, VSS — минус.
Обозначения напряжений на выводах вакуумных ламп могут быть следующие: VP (plate, anode), VK (cathode, именно K, не C), VG (grid, сетка).
Как написано выше, Vcc и Vee используются для схем на биполярных транзисторах (VCC — плюс, VEE — минус), а Vdd и Vss для схем на полевых транзисторах (VDD — плюс, VSS — минус). Такое обозначение не совсем корректно, так как микросхемы состоят из комплементарных пар транзисторов. Например, у КМОП микросхем, плюс подключен к P-FET истокам, а минус к N-FET истокам. Тем не менее, это традиционное устоявшее обозначение для цепей питания независимо от типа проводимости используемых транзисторов.
Для схем с двух полярным питанием VCC и VDD могут интерпретироваться как наибольшее положительное, а VEE и VSS как самое отрицательное напряжение в схеме относительно земли.
Для микросхем питающихся от одного или нескольких источников одной полярности минус часто обозначают GND (земля). Земля может быть разной, например, сигнальная, соединение с корпусом, заземление.
Вот перечень некоторых обозначений (далеко не полный).
Как видно, часто обозначения образуются путём добавления слова, одной или нескольких букв (возможно цифр), которые соответствуют буквам в слове отражающем функцию цепи (например, как Vref).
Иногда обозначения Vcc и Vdd могут присутствовать у одной микросхемы (или устройства), тогда это может быть, например, преобразователь напряжения. Так же это может быть признаком двойного питания. В таком случае, обычно, Vcc соответствует питанию силовой или периферийной части, Vdd питанию цифровой части (обычно Vcc>=Vdd), а минус питания может быть обозначен Vss.
Совмещение в современных микросхемах различных технологий, традиции, или какие-то другие причины, привели к тому, что нет чёткого критерия для выбора того или иного обозначения. Поэтому бывает, что обозначения «смешивают», например, используют VCC вместе с VSS или VDD вместе с VEE, но смысл, обычно, сохраняется — VCC > VSS, VDD > VEE. Например, практически повсеместно, можно встретить в спецификации на микросхемы серии 74HC (HC = High speed CMOS), 74LVC и др., обозначение питания как Vcc. Т.е. в спецификации на CMOS (КМОП) микросхемы используется обозначение для схем на биполярных транзисторах.
Текстов какого либо стандарта (ANSI, IEEE) по этой теме найти не удалось. Именно поэтому в тексте встречаются слова «может быть», «иногда», «обычно» и подобные. Несмотря на это, приведённой информации вполне достаточно, чтобы чуть лучше ориентироваться в иностранных материалах по электронике.
| | | |
| Соединение с корпусом | Сигнальная земля | Заземление |
Содержание
Разновидности [ править | править код ]
Сигнальная земля [ править | править код ]
Сигнальная земля — узел цепи, относительно которого отсчитываются потенциалы сигналов в схеме. Соответственно, сигналы подаются в схему (и снимаются со схемы) таким образом, что один вывод источника (приёмника) сигнала подключен к сигнальной земле.
Виртуальная земля [ править | править код ]
В электронных схемах могут существовать такие узлы, потенциал которых равен потенциалу земли, при том, что они не имеют короткого соединения с землёй. Узел, обладающий такими свойствами, называют виртуальная земля. Классическим случаем виртуальной земли является инвертирующий вход операционного усилителя, включенного как инвертирующий усилитель.
«Мекка» заземления [ править | править код ]
В некоторых случаях даже сплошной медный проводник не обеспечивает достаточной эквипотенциальности по всей своей длине. Такая ситуация имеет место при протекании большого тока по земляному проводнику малого сечения. В результате потенциал в различных точках земли может отличаться на десятки милливольт. В некоторых случаях это может привести к нежелательным последствиям. Например, если несколько мощных нагрузок подключены к источнику напряжения через общую земляную шину, то изменение тока, потребляемого одной нагрузкой, будет вызывать изменение напряжения на всех остальных нагрузках. Для минимизации подобного взаимного влияния земляные проводники, идущие к каждой нагрузке, должны расходиться от одной точки, которая и получила название «мекка» заземления.
От этой же точки следует брать потенциал для обратной связи в стабилизаторе, который регулирует напряжение для нагрузок, подключённых к «мекке» заземления. При этом можно быть уверенным, что выходное напряжение стабилизатора стабилизировано относительно «мекки» заземления, а не какой-либо другой точки шин заземления.