CN102692545A - 用于检测mcu电压的检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测MCU电压的检测电路，所述MCU包括第一I/O端口、第二I/O端口、定时装置、被测电压端口、连接电源电压VDD的电压输入端和接地端，所述被测电压端口的电压跟随电源电压VDD，其特征在于，所述检测电路包括电容、电阻和钳位模块,所述电阻的一端连接所述被测电压端口，所述电阻的另一端连接所述电容的一端、所述钳位模块的一端以及所述第一I/O端口，所述钳位模块的另一端连接所述第二I/O端口，所述电容的另一端接地，所述电容放电时，电容放电电荷经由所述钳位模块放电，电容放电电压达到钳位模块的钳电压时电容停止放电。采用本发明的电压检测电路可以有效的降低整体电路的成本。

Description

用于检测MCU电压的检测电路

技术领域

本发明属于电压检测技术领域，尤其涉及一种用于检测MCU电压的检测电路。 

背景技术

随着大规模集成电路的出现及发展，微控制单元（micro controller unit，MCU）可以将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。 

目前的电子产品是一般都由1颗或1颗以上的MCU组成的系统，MCU的电源电压是由电池直接供电或者电池分压后供电的，通过电池分压供电时，MCU的电源电压跟随电池电压的变化而变化，因此通过检测MCU的电源电压VDD能得知当前的电池电压。当电池电压下降到某一值时，会对系统的某些性能产生影响。因此需要对电池电压或者与电池电压有跟随关系的电压进行检测，当检测电压下降到某一阈值时，自动禁止系统的部分功能并提醒更换电池。 

MCU的输入电压检测通常需要利用MCU内置的A/D转换器或者低压检测模块，就可以方便实现电压检测功能，内置A/D转换器或者低压检测模块虽然检测结果较为精确，但是会同时导致MCU的成本增加。在一些低成本的MCU中，并未内置A/D转换器或者低压检测模块，其可以简单的通过外部扩展A/D转换器来实现电压检测功能，但是此种情况下成本并未降低。由上述分析可知，对于一些电压检测精度要求不高，而成本控制要求相对较高的场合，通过内置或者外部扩展A/D转换器的方式都无法满足成本方面的要求。因此有必要开发一种成本更低，同时还能完成MCU的输入电压检测功能的检测电路。 

发明内容

本发明提供一种用于检测MCU电压的检测电路，在降低成本的同时还能完成MCU电压检测功能。 

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于检测MCU电压的检测电路，所述MCU包括第一I/O端口、第二I/O端口、定时装置、被测电压端口、连接电源电压VDD的电压输入端和接地端，所述被测电压端口的电压跟随电源电压VDD，其特征在于，所述检测电路包括电容、电阻和钳位模块,所述电阻的一端连接所述被测电压端口，所述电阻的另一端连接所述电容的一端、所述钳位模块的一端以及所述第一I/O端口，所述钳位模块的另一端连接所述第二I/O端口，所述电容的另一端接地，所述电容放电时，电容放电电荷经由所述钳位模块放电，电容放电电压达到钳位模块的钳电压时电容停止放电。 

可选的，所述被测电压端口电压为V1，所述钳位模块的钳位电压为VD，所述电容的容值为C，所述电阻的阻值为R，所述电容电压为Vc，所述第一I/O端口的输入高电平门限电压为VH，所述第二I/O端口的输出电压由MCU控制。 

可选的，被测电压端口电压V1根据电阻的阻值R、电容的容值C、钳位模块的钳位电压VD、第一I/O端口的输入高电平门限电压VH以及电容从钳位电压VD充电到第一I/O端口的输入高电平门限电压VH的充电时间T得到，关系式为： $T=\mathrm{RC}*\ln \left(\frac{V1-\mathrm{VD}}{V1-\mathrm{VH}}\right).$

可选的，设置所述第一I/O端口为输入端口，第二I/O端口输出初始状态为高电平，第一I/O端口输入端口的电压等于电容电压Vc，设置所述第二I/O端口为输出端口，所述电容电压Vc的初始值Vc等于被测电压端口电压V1；将所述第二I/O端口输出由初始的高电平状态设置为低电平，所述电容开始放电，当电容电压Vc由V1放电到钳位电压VD时，即Vc=VD时，电容放电结束；然后将所述第二I/O端口输出设置为高电平，所述电容开始充电，电容电压Vc由VD开始上升到被测电压端口电压V1，当电容电压Vc大于第一I/O端口的输入高电平门限电压VH时，所述第一I/O端口变为高电平，所述定时装置从所述第 二I/O端口为高电平时开始计时，到所述第一I/O端口变为高电平时结束计时，在此期间内，所述定时装置的计时即为所述检测电路的充电时间T，所述检测电路的充电时间T与MCU的被测电压V1的关系为： 

可选的，所述钳位模块包括一个二极管或者多个串联的二极管。 

可选的，所述钳位模块的钳位电压VD为二极管的正向压降。 

采用本发明提供的电压检测电路，通过测量电容的充电时间，再通过电容的充电时间与被测电压之间关系来计算被测电压的大小。采用更普通、更廉价的电容、电阻和二极管代替了现有技术中使用的A/D转换器或者低压检测模块，实现了检测电压的功能，有效的降低了整体电路的成本，而且还可以简化外围电路的设计。 

附图说明

图1为本发明实施例一的用于检测MCU电压的检测电路的电路图； 

图2为本发明实施例一的用于检测MCU电压的检测电路的检测流程图； 

图3为本发明实施例一电压检测过程中第一I/O端口和第二I/O端口的波形示意图； 

图4为本发明实施例一被测电源电压VDD与检测电路的充电时间T的实测数据图； 

图5为本发明实施例一中的被测电源电压VDD与检测电路的充电时间T的关系示意图； 

图6为本发明实施例二的用于检测MCU电压的检测电路的电路图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图来进一步做详细说明。 

本发明的核心思想在于通过测量电容的充电时间，再通过电容的充电时间 与被测电压之间的关系来计算被测电压的大小，通过采用更普通、更廉价的电容、电阻和二极管代替了传统的A/D转换器或者低压检测模块，同样实现了检测电压的功能，并可有效的降低检测电路的成本，而且还可简化外围电路的设计。 

具体地说，MCU包括第一I/O端口、第二I/O端、电压输入端、被测电压端口和接地端；本发明的用于检测MCU电压的检测电路包括电容、电阻和钳位模块,所述电阻的一端连接所述被测电压端口，所述电阻的另一端连接所述电容的一端、钳位模块的一端以及所述第一I/O端口，所述钳位模块的另一端连接所述第二I/O端口，所述电容的另一端接地。其中，钳位模块包括一个二极管或者多个串联的二极管。 

实施例一 

下面结合图1至图5对本发明实施例一的用于检测MCU电压的检测电路以及该检测电路的电压检测过程进行详细说明。 

图1为本实施例的用于检测MCU电压的检测电路的电路图。如图1所示，所述用于检测MCU电压的检测电路的电路图100包括MCU 110和检测电路120。其中，MCU 110包括：定时装置111，在本实施例中所述的定时装置111为定时装置、第一I/O端口（图1中表示为I/O1）112、第二I/O端口（图1中表示为I/O2）113、被测电压端口114，电压输入端VDD 115和接地端116，其中在电压输入端连接电源电压VDD。 

检测电路120包括：电容121、电阻122和二极管123,所述电阻122的一端连接所述被测电压端口114，所述电阻122的另一端连接所述电容121的一端、二极管123的正极（阳极）以及所述第一I/O端口112，所述二极管123的负极（阴极）连接所述第二I/O端口112，所述电容121的另一端连接地。 

在本实施例中，所述被测电压端口114电压为V1，所述被测电压端口电压V1跟随电源电压VDD，所述二极管123的正向压降为VD所述电容121的容值为C，所述电阻122的阻值为R，所述电容电压为Vc。设置所述第一I/O端口112为输入端口，设置所述第二I/O端口113为输出端口，所述第一I/O端口112 的输入电压始终与所述电容电压Vc相等，所述第一I/O端口112的输入高电平门限电压为VH，所述第二I/O端口113的输出电压由MCU控制。 

如图2所示，所述检测电路120的检测过程如下：在初始状态时，所述第二I/O端口113输出为高电平，这时所述电容电压Vc初始值等于V1。首先，对所述第二I/O端口113输出低电平，这时所述电容121开始放电，当电容电压Vc由V1放电到VD时，即Vc=VD时，电容121的放电过程结束。电容121从开始放电到放电停止的时间计为放电时间Tf。接着，初始化所述定时装置111。然后，对所述第二I/O端口113输出高电平，所述电容121开始充电，电容电压Vc由VD开始上升到V1。在电容121的充放电过程中，所述第一I/O端口112输入端口的电压始终等于电容电压Vc。在所述电容电压Vc从VD充电至V1的过程中，当电容电压Vc大于VH时，即所述第一I/O端口112输入端口的电压大于第一I/O端口112的输入高电平门限电压时，所述第一I/O端口112变为高电平。所述定时装置111从所述第二I/O端口113为高电平时开始计时，到所述第一I/O端口112变为高电平时结束计时，在此期间内，所述定时装置111的计时即为所述检测电路120的充电时间T。 

为了保证对电容121放电后的电压Vc=VD，放电时间Tf不宜过长，优选的，不能超过RC的充电时间常数。 

图3为本发明实施例中电压检测过程中第一I/O端口和第二I/O端口的波形示意图。 

下面结合图2和图3说明所述检测电路的充电时间T与MCU 110的被测电压V1的关系。所述电容121充电的表达公式如下：Vc＝V1(1-e^-t/RC)，其中t为充电时间。假设T1为电容121的电压从零电平充电到VH的时间，T2为电容121的电压从零电平充电到VD的时间，则电容电压从VD充电到VH的时间为T=T1-T2，其中， 

$T1=\mathrm{RC}*\ln \left(\frac{V1}{V1-\mathrm{VH}}\right),$ $T2=\mathrm{RC}*\ln \left(\frac{V1}{V1-\mathrm{VD}}\right).$

由上述公式，可以推导出所述检测电路的电容从VD充电到VH的充电时间 T与MCU 110的被测电压端口电压V1满足下述关系： 

由上述关系可以看出，被测电压端口114电压V1的变化，可以根据电容电压从VD充电到VH的充电时间T、电阻122的阻值、电容121的容值以及二极管123的正向压降、第一I/O端口112的输入高电平门限电压VH得到，而所述被测电压端口电压V1跟随电源电压VDD，因此可以根据需要的充电时间来选择相应的电阻阻值、电容容值以及二极管。 

在实施例一中，所述二极管123为高速开关二极管，例如，所述二极管的型号为1N4148。优选的，所述电容121的容值C的范围为0.1μF~10μF，所述电阻122的阻值R的范围为4.7KΩ~10KΩ，所述二极管123的正向压降为VD的范围为0.5V~0.9V。 

当电阻122的阻值R=4.7KΩ，电容121的容值C=1μF，采用的二极管123的型号为IN4148（VD=0.7V）时，V1=VDD时，实测电源电压VDD和检测电路的充电时间T的详细数据如图4所示。图5为本实施例中的被测电源电压VDD与充电时间T的关系示意图，图4依据图5中的数据绘制的，从图5可以看出检测电路的充电时间T随着MCU 110的电源电压VDD的增大而增大，图5中横坐标表示MCU 110的电源电压VDD，单位为V，纵坐标表示检测电路的充电时间T，单位为mS。 

实施例二 

图6为发明实施例二的用于检测MCU电压的检测电路的电路图，其中钳位模块为两个二极管串联组成的钳位模块。 

如图6所示，所述用于检测MCU电压的检测电路的电路图100包括MCU 110和检测电路120。其中，MCU 210包括：定时装置211、第一I/O端口（图6中表示为I/O1）212、第二I/O端口（图6中表示为I/O2）213、被测电压端口214，电压输入端VDD 215和接地端216，其中。电压输入端连接电源电压VDD。 

如图6所示，检测电路220包括：电容221、电阻222和钳位模块223，所 述钳位模块223包括第一二极管224和第二二极管225，所述第一二极管224的正极（阳极）作为所述钳位模块223的一端，所述第一二极管224的负极（阴极）连接第二二极管225的正极（阳极），所述第二二极管225的负极（阴极）作为所述钳位模块223的另一端。所述电阻122的一端连接所述被测电压端口214，所述电阻222的另一端连接所述电容221的一端、所述钳位模块223的一端以及所述第一I/O端口212，所述钳位模块223的另一端连接所述第二I/O端口212，所述电容221的另一端连接地。 

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，例如，本实施例的用于检测MCU电压的检测电路的电压检测方法与实施例一中的电压检测方法相同，在此不再赘述。 

此外，尽管上述部分是以钳位模块包括一个二极管或者两个串联的二极管为例详细说明了本发明，但是应当理解的是，本技术领域内常规使用的钳位模块器件都属于本发明的保护范围；同样上述部分是以定时装置为一定时装置为例详细说明了本发明，但是应当理解的是，本技术领域内常规使用的钳位模块都属于本发明的保护范围。 

综上，本发明利用包含电阻、电容和二极管的检测电路通过MCU的两个I/O端口，配合使用MCU的内部定时装置共同工作，来测量电容的充电时间，再通过电容的充电时间与MCU的电源电压VDD之间关系来计算MCU的电源电压的大小。通过更普通、更廉价的电容、电阻和二极管代替了现有技术中使用的A/D转换器，同样实现了检测电压的功能，有效的降低了整体电路的成本，而且还可以简化了外围电路的设计。 

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。 

Claims (6)

1.一种用于检测MCU电压的检测电路，所述MCU包括第一I/O端口、第二I/O端口、定时装置、被测电压端口、连接电源电压VDD的电压输入端和接地端，所述被测电压端口的电压跟随电源电压VDD，其特征在于，所述检测电路包括电容、电阻和钳位模块,所述电阻的一端连接所述被测电压端口，所述电阻的另一端连接所述电容的一端、所述钳位模块的一端以及所述第一I/O端口，所述钳位模块的另一端连接所述第二I/O端口，所述电容的另一端接地，所述电容放电时，电容放电电荷经由所述钳位模块放电，电容放电电压达到钳位模块的钳电压时电容停止放电。

2.如权利要求1所述的用于检测MCU电压的检测电路，其特征在于，所述被测电压端口电压为V1，所述钳位模块的钳位电压为VD，所述电容的容值为C，所述电阻的阻值为R，所述电容电压为Vc，所述第一I/O端口的输入高电平门限电压为VH，所述第二I/O端口的输出电压由MCU控制。

3.如权利要求2所述的用于检测MCU电压的检测电路，其特征在于，被测电压端口电压V1根据电阻的阻值R、电容的容值C、钳位模块的钳位电压VD、第一I/O端口的输入高电平门限电压VH以及电容从钳位电压VD充电到第一I/O端口的输入高电平门限电压VH的充电时间T得到，关系式为：

$T=\mathrm{RC}*\ln \left(\frac{V1-\mathrm{VD}}{V1-\mathrm{VH}}\right).$

4.如权利要求2或3所述的用于检测MCU电压的检测电路，其特征在于，设置所述第一I/O端口为输入端口，第二I/O端口输出初始状态为高电平，第一I/O端口输入端口的电压等于电容电压Vc，设置所述第二I/O端口为输出端口，所述电容电压Vc的初始值Vc等于被测电压端口电压V1；将所述第二I/O端口输出由初始的高电平状态设置为低电平，所述电容开始放电，当电容电压Vc由V1放电到钳位电压VD时，即Vc=VD时，电容放电结束；然后将所述第二I/O端口输出设置为高电平，所述电容开始充电，电容电压Vc由VD开始上升到被测电压端口电压V1，当电容电压Vc大于第一I/O端口的输入高电平门限电压VH时，所述第一I/O端口变为高电平，所述定时装置从所述第二I/O端口为高电平时开始计时，到所述第一I/O端口变为高电平时结束计时，在此期间内，所述定时装置的计时即为所述检测电路的充电时间T，所述检测电路的充电时间T与MCU的被测电压V1的关系为：

5.如权利要求1所述的用于检测MCU电压的检测电路，其特征在于，所述钳位模块包括一个二极管或者多个串联的二极管。

6.如权利要求2至5任意一项权利所述的用于检测MCU电压的检测电路，其特征在于，所述钳位模块的钳位电压VD为二极管的正向压降。

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