Grundlagenfrage zu GND und 5V

  • Guten Tag,

    ich habe drei Grundlagenfragen zu Elektronik der GPIO Pins.


    1. Sollten den GND Pin rechnerisch immer 0 V erreichen ? Für die Berechnung des Widerstandes der für die LED benötigt wird, benutzt man die Differenz aus Einspeisung und Verbrauch der LED (3,3 V-2 V).


    2. In einer Anleitung wird ein LED per 3,3V Pin und einem Widerstand von 325 Ohm angeschlossen. Dafür wird die Formal R = U / I benutzt. Könnte ich die LED auch an einem 5V Pin betreiben, wenn der Widerstand entsprechend höher gewählt wird ?


    3. In nächsten Schritt möchte ich einen Schalter zur Schaltung der LED benutzten. Dieser wird einmal an einen Pin als input angeschlossen und an den selben GND der LED. Der PI überwacht den input, bei einem Inputsignal wird die LED geschaltet.

    Warum kann der Schalter ohne Widerstand an den GND angeschlossen werden ? Müssten nicht die vollen 3,3 V einfach durch den Schalter in den GND gehen ?


    Das verstehe ich nicht ... :(


    Gruß

    Kai

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  • Hallo und willkommen im Forum.

    1. Sollten den GND Pin rechnerisch immer 0 V erreichen ?

    Was heißt rechnerisch? GND ist der Bezugspunkt mit 0V.


    2. In einer Anleitung wird ein LED per 3,3V Pin und einem Widerstand von 325 Ohm angeschlossen. Dafür wird die Formal R = U / I benutzt. Könnte ich die LED auch an einem 5V Pin betreiben, wenn der Widerstand entsprechend höher gewählt wird ?

    ja, ABER beachte, dass du aus GPIO Pins nicht beliebig viel Strom entnehmen kannst, sonst gehen die kaputt. Am besten immer mit Transistor dazwischen arbeiten.


    3. In nächsten Schritt möchte ich einen Schalter zur Schaltung der LED benutzten. Dieser wird einmal an einen Pin als input angeschlossen und an den selben GND der LED. Der PI überwacht den input, bei einem Inputsignal wird die LED geschaltet.

    Warum kann der Schalter ohne Widerstand an den GND angeschlossen werden ? Müssten nicht die vollen 3,3 V einfach durch den Schalter in den GND gehen ?

    Bitte um Schaltplan, sonst kann man das nicht beantworten.


    Allerdings einige Links für dich, wo du dich schonmal einlesen kannst:

    https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/index.htm

    https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/1006011.htm

    http://www.elektronik-kompendi…/raspberry-pi/1907101.htm

    • Best Answer

    Für den Betrieb der LED gilt etwas relativ Spezielles, nämlich, dass der Spannungsabfall der LED immer (ungefähr) gleich ist - 2 Volt zum Beispiel dür eine normale rote LED. Der Rest der Spannung fällt am Widerstand ab. Mit diesem Rest must du also auch den Widerstand so berechnen, dass der gewünschte Strom fließt.

    (3,3 V - 2 V) / 0,004 A = 325 Ohm

    Hier wird die LED mit 4 mA betrieben - für den direkten Anschluss der LED an einen GPIO sollte der Strom auch nicht größer sein. Generell sollte man aus den LED nur sehr wenig Strom entnehmen.

    (5 V - 2 V) / 0,02 A = 150 Ohm

    Das gilt für eine LED an 5 Volt mit 20 mA - die meisten der kleinen üblichen LEDs sind für 20 mA ausgelegt. (10 reichen aber auch)

    (24 V - 2 V) / 0,01 = 1100 Ohm

    Somit kannst du eine LED an 24 V anschließen mit 10 mA.


    Für den Fall mit dem Schalter sieht es anders aus. Wenn der GPIO auf INPUT steht, fließt gar kein Strom (bzw. er ist vernachlässigbar klein). Beim Input wird nicht der Strom durch den Schalter vom GPIO gemessen, sondern die Spannung, die anliegt - man sagt auch, das Potenzial. Verbindest du den Input-GPIO mit 3,3 V, dann fließt kein Strom (nur ein winziges Bisschen für einen kurzen Moment, bis am Eingang die Spannung von 3,3 V anliegt. Das erkennt der GPIO dann. Schaltest du den Schlater aus, muss diese Spannung wieder abfließen, damit das Potenzial null wird. Deshalb verwendet man einen Pulldown-Widerstand - einen relativ großen Widerstand (10-100 KOhm), über den der Strom abfließen kann.

    Im Grunde bilden der Schalter und der Pulldown-Widerstand einen Spannungsteiler. Wobei der Schalter eingeschaltet 0 Ohm und ausgeschaltet einen unendlich hohen Widerstand hat.

    Das Ganze kann man auch umdrehen und den Schlater mit GND und den Widerstand (der dann Pullup heißt) mit 3,3 V verbinden.

    Pull-Widerstände sind bereits im Pi eingebaut, man muss sie nur mit der Software aktivieren. Man kann aber auch "richtige" Widerstände in die Schaltung einbauen.

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

  • Deine LED leuchtet permanent... ist das so beabsichtigt oder willst du sie nicht per Software ein- und ausschalten?

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  • Dann wird es ein Pullupschalter sein.

    definiere "Pullupschalter", üblicherweise weil sicherer macht man das mit einem R als pullup und einen Schalter oder Taster nach GND.

    Es gibt keinen Kurzschluß und der Strom wird durch den R begrenzt. Ob der Schalter oder Taster betätigt wurde kann man auch mit Abfrage auf low feststellen, niemand muss auf high abfragen!

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
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    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)

  • Deine LED leuchtet permanent... ist das so beabsichtigt oder willst du sie nicht per Software ein- und ausschalten?

    Nein, dazu gehört natürlich noch ein Script, welches den Input-Wert abfragt und dann den Output auf high bzw. low setzt.

    Und wenn versehentlich der Pin 11 auf Output steht, hast du einen Kurzschluss, wenn man den Taster drückt.

    Ja, das stimmt leider. Darauf wird auch hingewiesen.

    Ich versuche mal das Showbild mit Widerstand zu verstehen.

    definiere "Pullupschalter", üblicherweise weil sicherer macht man das mit einem R als pullup und einen Schalter oder Taster nach GND.

    Es gibt keinen Kurzschluß und der Strom wird durch den R begrenzt. Ob der Schalter oder Taster betätigt wurde kann man auch mit Abfrage auf low feststellen, niemand muss auf high abfragen!

    Pullupschalter ist natürlich falsch. Aber ich habe es noch nicht richtig verstanden. Bei dem Schaubild vom Gnom, sind 1 und 2 Pulldown Schaltungen einmal offen und einmal geschlossen oder ? Und 3 und 3 sind Pullup-Schaltungen je offen und geschlossen.


    Wenn ich die Schaltung so nachbauen will brauche ich doch 3 Pins (3,3 V Output, Input und Ground) oder nicht ?

  • Aber ich habe es noch nicht richtig verstanden

    das wäre aber vorteilhafter bevor man den PI schrottet!

    Fange erst mal mit einer günstigen Quelle (z.B. Batteriehalter mit 2 - 3 xAA) einem Steckbrett, einer LED und Taster.

    Basteln ohne Verständnis wird zu oft mit kaputten PI bestaft! Ein Arduino nano auch China ist billiger und an den Ports geschützt!

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    • Official Post

    Nein, dazu gehört natürlich noch ein Script, welches den Input-Wert abfragt und dann den Output auf high bzw. low setzt.

    Pin 1 kann man nicht schalten, weil das kein GPIO ist, sondern ein 3V3 Pin.


    Btw. Sieh mal hier: https://gpiozero.readthedocs.i…tml#button-controlled-led ABER ein externer Pullup ist sicherer.

  • Vielen Dank für den Hinweis. In der Anleitungen waren es andere Pins, ich wusste nicht das Pin 1 nicht schaltbar ist. In meinem Schaubild habe ich den einfach ausgesucht.


    Ich habe mir Videos und Anleitungen durchgelesen jetzt wird mir die Sache schon klarer.


    Was ich aber immer noch nicht verstehe sind die Schaltbilder der Pull-up oder -down Schaltungen. z. B. hier https://www.elektronik-kompend…public/schaerer/pullr.htm

    Dort werden immer drei Anschlüsse oder "Enden" dargestellt.

    Ich habe das in Gnom's Zeichnung eingezeichnet.

    Die Nummern der Pin's sind nicht die vom Pi sondern nur fortlaufend. Warum braucht man nur zwei Pin's am Pi und nicht drei ?


    Gruß Kai

    • Official Post

    Die Nummern der Pin's sind nicht die vom Pi sondern nur fortlaufend. Warum braucht man nur zwei Pin's am Pi und nicht drei ?

    Die RPi haben interne Pullup Widerstände eingebaut. Diese sind per default nicht aktiviert. Bei dem (leider noch) sehr viel verwendetem Python Modul RPi.GPIO muss man diese Pullups erst aktivieren, bei dem von mir verlinkten gpiozero sind diese von Haus aus aktiv. Deshalb könnte man, wenn man mit gpiozero arbeitet, nur zwei Pins (GPIO und GND) verwenden. Der Hinweis "ABER ein externer Pullup ist sicherer." bezieht sich darauf, dass wenn man mit einem anderen Modul arbeitet oder ein GPIO in einem "unbestimmten" Zustand befindet, kein interner Widerstand da ist und im schlimmsten Fall magischer Rauch aufsteigen könnte. ;)


    Der von fred0815 gezeigte Weg aus Beitrag #12 ist der Sicherste, den man, gerade als Anfänger, gehen sollte.

  • Die RPi haben interne Pullup Widerstände eingebaut. Diese sind per default nicht aktiviert.

    ausser die fest verbauten an I2C die kann man nicht abschalten und einschalten ist auch nicht nötig :lol:

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  • Was du grün markiert hast, geht an einen GPIO-Eingang. Ich dachte, das sei selbsterklärend.

    Ein zusätzlicher 1000 Ohm Widerstand an dieser Stelle zum Schutz vor versehentlich Kurzschluss ist zu empfehlen.


    Du benötigst nur zwei Pins, wenn du die internen Pullup- oder Pulldown-Widerstände benutzt - dann ist der dritte Anschluss im Pi verborgen. Wie ich oben schon sagte, kannst du aber auch extern Widerstände anschließen - dann sind es drei Anschlüsse.

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

    Edited once, last by Gnom ().

  • Ein zusätzlicher 1000 Ohm Widerstand

    vor dem GPIO Eingang auf jeden Fall!

    wer keinen pullup Widerstand und Taster nach GND einsetzen will, dann kann zumindest auch die Software den GPIO Port auf out und low schalten und der Strom ist weiterhin auf 3mA begrenzt.

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