CN108802606A - 一种可检测输入端口悬空和高低电平的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及检测电路技术领域，尤其涉及一种可检测输入端口悬空和高低电平的电路，包括产品外部的输入电源(VCC)、产品外部开关SW的输入信号端(switch input)、包括两个模数转换器输入端的MCU、两个二极管、四个分压电阻、一个上拉电阻、以及一个防静电元件。本发明的发明目的在于提供一种可检测输入端口悬空和高低电平的电路，采用本发明提供的技术方案解决了输入端口的高低电平检测电路只能检测高电平输入有效或只能检测低电平输入有效的技术问题。

Description

一种可检测输入端口悬空和高低电平的电路
技术领域
本发明涉及检测电路技术领域，尤其涉及一种可检测输入端口悬空和高低电平的电路。
背景技术
目前，存在这样一种应用，如附图中的图1所示，其中VCC为直流供电电源，GND为接地端，SW为开关，MCU为微处理器，产品通过外部的直流电源VCC供电，产品外部有一个开关SW：当开关SW拨向A点时，则该开关连接到VCC即为高电平；当开关SW拨向B点时，则该开关悬空；当开关SW拨向C点时，则该开关连接到GND即为低电平。该产品需要通过检测电路检测开关SW的状态，并把检测到的状态发送到MCU处理，然后MCU根据采集到的状态进行相应的动作。
一般输入端口的高低电平检测电路只能检测一种状态，即只能检测高电平输入有效或只能检测低电平输入有效，而目前产品的需求是需要检测输入端口即开关SW的高电平、低电平和悬空三种状态。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种可检测输入端口悬空和高低电平的电路，采用本发明提供的技术方案解决了输入端口的高低电平检测电路只能检测高电平输入有效或只能检测低电平输入有效的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种可检测输入端口悬空和高低电平的电路，
包括产品外部的输入电源(VCC)、产品外部开关SW的输入信号端(switch input)、包括两个模数转换器输入端的MCU、两个二极管、四个分压电阻、一个上拉电阻、以及一个防静电元件；
所述输入电源(VCC)依次通过第一二极管(D1)、第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)接地；所述第一分压电阻(R1)与第二分压电阻(R2)之间接入MCU的第一模数转换器输入端(ADC1)；
所述输入信号端(switch input)通过第三分压电阻(R5)接入MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)；所述第一二极管(D1)与第一分压电阻(R1)之间依次通过第二二极管(D2)和上拉电阻(R4)接入所述输入信号端(switch input)与第三分压电阻(R5)之间，且所述输入信号端(switch input)与第三分压电阻(R5)之间通过所述防静电元件接地；所述第三分压电阻(R5)与MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)之间通过第四分压电阻(R6)接地。
优选的，所述第一分压电阻(R1)与第二分压电阻(R2)之间接入MCU的第一模数转换器输入端(ADC1)，在该通路中接入限流电阻(R3)。
优选的，在所述限流电阻(R3)的两端分别通过第一滤波电容(C1)和第二滤波电容(C2)接地。
优选的，在所述第三分压电阻(R5)的两端分别通过第三滤波电容(C3)和第四滤波电容(C4)接地。
优选的，所述防静电元件为TVS管(D3)或压敏电阻。
优选的，所述输入信号端(switch input)的输入电平分为三种输入状态，分别为高电平、低电平和悬空状态。
当所述输入信号端(switch input)的输入处于高电平状态时；
MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的电压理论值为V1＝K1＊(K2＊V2+VD1)，其中K1为通过第三分压电阻(R5)和第四分压电阻(R6)的电阻值换算得到的比例系数，K2为第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)的电阻值换算得到的比例系数，V2为第一模数转换器输入端(ADC1)的检测电压，VD1为第一二极管(D1)的正向压降；
当MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的检测电压大于90％＊V1时，则可判断输入信号端(switch input)为高电平输入状态。
或者，当所述输入信号端(switch input)的输入处于悬空状态时；
MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的电压理论值为V1＝K3＊(K2＊V2－VD2)，其中K3为上拉电阻(R4)、第三分压电阻(R5)和第四分压电阻(R6)的电阻值换算得到的比例系数，K2为第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)的电阻值换算得到的比例系数，V2为第一模数转换器输入端(ADC1)的检测电压，VD2为第二二极管(D2)的正向压降；
当MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的检测电压在V1＊(1±10％)范围时，则可判断输入信号端(switch input)为输入悬空状态。
又或者，当所述输入信号端(switch input)的输入处于低电平状态时；
MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的电压理论值为V1＝K1＊Vs，其中K1为通过第三分压电阻(R5)和第四分压电阻(R6)的电阻值换算得到的比例系数，Vs为输入信号端(switch input)输入低电平的最大值；
当MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的检测电压小于V1时，则可判断输入信号端(switch input)为低电平输入状态。
本发明可检测输入端口即开关SW的高电平、低电平和悬空三种状态；所用的电路元件较少，成本较低，可靠性较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有输入端口检测电路图；
图2为本发明实施例输入端口检测电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一般输入端口的高低电平检测电路只能检测一种状态，即只能检测高电平输入有效或只能检测低电平输入有效，而目前产品的需求是需要检测输入端口即开关SW的高电平、低电平和悬空三种状态。
为了解决上述技术问题，本实施例提供一种可检测输入端口悬空和高低电平的电路。
请参见图2，具体的，该电路包括产品外部的输入电源VCC、产品外部开关SW的输入信号端switch input、包括两个模数转换器输入端的MCU、两个二极管、四个分压电阻、一个上拉电阻R4、以及一个防静电元件。
其中，MCU的两个模数转换器输入端分别为第一模数转换器输入端ADC1和第二模数转换器输入端ADC2；两个二极管分别为第一二极管D1和第二二极管D2；四个分压电阻分别为第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R5和第四分压电阻R6；防静电元件为TVS管D3或压敏电阻。
在电路连接结构中：
输入电源VCC依次通过第一二极管D1、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2接地；第一分压电阻R1与第二分压电阻R2之间接入MCU的第一模数转换器输入端ADC1。
其中第一二极管D1为防电源反接二极管，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2是电源VCC经过第一二极管D1后的分压电阻。
输入信号端switch input通过第三分压电阻R5接入MCU的第二模数转换器输入端ADC2；第一二极管D1与第一分压电阻R1之间依次通过第二二极管D2和上拉电阻R4接入输入信号端switch input与第三分压电阻R5之间，且输入信号端switch input与第三分压电阻R5之间通过防静电元件接地；第三分压电阻R5与MCU的第二模数转换器输入端ADC2之间通过第四分压电阻R6接地。
其中第二二极管D2是防止输入信号端switch input接高电平时干扰产品内部电源用的二极管；上拉电阻R4是输入信号端switch input的上拉电阻；第三分压电阻R5和第四分压电阻R6是输入信号端switch input的分压电阻；TVS管D3是瞬态电压抑制二极管，可以用压敏电阻或其他防静电元件替代，防止静电损坏MCU的第二模数转换器输入端ADC2。
作为优选的一种技术方案，第一分压电阻R1与第二分压电阻R2之间接入MCU的第一模数转换器输入端ADC1，在该通路中接入限流电阻R3。
作为优选的一种技术方案，，在限流电阻R3的两端分别通过第一滤波电容C1和第二滤波电容C2接地。其中第二滤波电容C2是MCU的第一模数转换器输入端ADC1的滤波电容。
还可以的，在第三分压电阻R5的两端分别通过第三滤波电容C3和第四滤波电容C4接地。其中第四滤波电容C4是MCU的第二模数转换器输入端ADC2的滤波电容。
对于上述连接结构的电路，输入信号端switch input的输入电平分为三种输入状态，分别为高电平、低电平和悬空状态，本实施例提供的技术方案将通过计算以及检测方式分别对三种输入状态实现检测。
下面针对输入信号端switch input的三种输入电平状态进行详细说明：
1)、当输入信号端switch input的输入电平为高电平，即开关SW接VCC时。
由于第一二极管D1和第二二极管D2有一定的正向压降，导致产品内部的VCC信号并不会通过第一二极管D1、第二二极管D2和上拉电阻R4流向输入信号端switch input，所以此时输入信号端switch input信号会通过第三分压电阻R5和第四分压电阻R6分压后传输到MCU的第二模数转换器输入端ADC2，则此时第二模数转换器输入端ADC2的电压理论值为V1＝K1＊VCC，其中K1为与第三分压电阻R5和第四分压电阻R6相关的比例系数，接着MCU可以通过第一模数转换器输入端ADC1采集VCC经过第一二极管D1、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压后的电压值，设该电压值为V2，设二极管D1的正向压降为VD1，然后MCU通过计算得出VCC的电压值为VCC＝K2＊V2+VD1，其中K2为与第一分压电阻R1和第二分压电阻R2相关的比例系数。
综上，MCU的第二模数转换器输入端ADC2的电压理论值为
V1＝K1＊(K2＊V2+VD1)。
为留有设计余量，当MCU的第二模数转换器输入端ADC2的检测电压大于90％＊[K1＊(K2＊V2+VD1)]，即大于90％＊V1时，则可判断输入信号端switch input为高电平输入状态，即开关SW连接到VCC。
2)、当输入信号端switch input的输入电平为悬空，即开关SW悬空时。
产品内部的VCC信号通过第一二极管D1、第二二极管D2和上拉电阻R4流向输入信号端switch input，再经过第三分压电阻R5和第四分压电阻R6分压后传输到MCU的第二模数转换器输入端ADC2。设第一二极管D1的正向压降为VD1，第二二极管D2的正向压降为VD2，则此时第二模数转换器输入端ADC2的电压理论值为V1＝K3＊(VCC－VD1－VD2)，其中K3为与上拉电阻R4、第三分压电阻R5和第四分压电阻R6相关的比例系数，接着MCU可以通过第一模数转换器输入端ADC1采集VCC经过第一二极管D1、第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压后的电压值，设该电压值为V2，然后MCU通过计算得出VCC的电压值为VCC＝K2＊V2+VD1，其中K2为与第一分压电阻R1和第二分压电阻R2相关的比例系数。
综上，MCU的第二模数转换器输入端ADC2的电压理论值为
V1＝K3＊[(K2＊V2+VD1)－VD1－VD2]＝K3＊(K2＊V2－VD2)。
为留有设计余量，当MCU的第二模数转换器输入端ADC2的检测电压在
K3＊(K2＊V2－VD2)＊(1±10％)范围时，即在(1±10％)＊V1时，则可判断输入信号端switch input为输入悬空状态。
3)、当输入信号端switch input的输入电平为低电平，即开关SW接地时。
输入信号端switch input电压为0V，所以第二模数转换器输入端ADC2电压也为0V。但考虑地偏移问题，如果输入信号端switchinput输入低电平的最大值为Vs，则Vs经过第三分压电阻R5和第四分压电阻R6分压后传输到MCU的第二模数转换器输入端ADC2，此时第二模数转换器输入端ADC2的电压理论值为V1＝K1＊Vs，其中K1为与第三分压电阻R5和第四分压电阻R6相关的比例系数。另外，在本实施例中，Vs取值为0.8V。
综上，MCU的第二模数转换器输入端ADC2的电压理论值为V1＝K1＊0.8。
所以当MCU的第二模数转换器输入端ADC2的检测电压小于K1＊0.8时，则可判断输入信号端switch input为低电平输入状态，即开关SW连接到地。
综上所述，本实施例提供的技术方案，可检测输入端口，即开关SW的高电平、低电平和悬空三种状态；并且所用的电路元件较少，成本较低，可靠性较高。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可检测输入端口悬空和高低电平的电路，其特征在于：
包括产品外部的输入电源(VCC)、产品外部开关SW的输入信号端(switch input)、包括两个模数转换器输入端的MCU、两个二极管、四个分压电阻、一个上拉电阻、以及一个防静电元件；
所述输入电源(VCC)依次通过第一二极管(D1)、第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)接地；所述第一分压电阻(R1)与第二分压电阻(R2)之间接入MCU的第一模数转换器输入端(ADC1)；
所述输入信号端(switch input)通过第三分压电阻(R5)接入MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)；所述第一二极管(D1)与第一分压电阻(R1)之间依次通过第二二极管(D2)和上拉电阻(R4)接入所述输入信号端(switch input)与第三分压电阻(R5)之间，且所述输入信号端(switch input)与第三分压电阻(R5)之间通过所述防静电元件接地；所述第三分压电阻(R5)与MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)之间通过第四分压电阻(R6)接地。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述第一分压电阻(R1)与第二分压电阻(R2)之间接入MCU的第一模数转换器输入端(ADC1)，在该通路中接入限流电阻(R3)。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于：在所述限流电阻(R3)的两端分别通过第一滤波电容(C1)和第二滤波电容(C2)接地。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于：在所述第三分压电阻(R5)的两端分别通过第三滤波电容(C3)和第四滤波电容(C4)接地。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：所述防静电元件为TVS管(D3)或压敏电阻。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于：所述输入信号端(switch input)的输入分为三种输入状态，分别为高电平、低电平和悬空状态。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于：当所述输入信号端(switch input)的输入处于高电平状态时；
MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的电压理论值为V1＝K1*(K2*V2+VD1)，其中K1为通过第三分压电阻(R5)和第四分压电阻(R6)的电阻值换算得到的比例系数，K2为第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)的电阻值换算得到的比例系数，V2为第一模数转换器输入端(ADC1)的检测电压，VD1为第一二极管(D1)的正向压降；
当MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的检测电压大于90％*V1时，则可判断输入信号端(switch input)为高电平输入状态。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于：当所述输入信号端(switch input)的输入处于悬空状态时；
MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的电压理论值为V1＝K3*(K2*V2－VD2)，其中K3为上拉电阻(R4)、第三分压电阻(R5)和第四分压电阻(R6)的电阻值换算得到的比例系数，K2为第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)的电阻值换算得到的比例系数，V2为第一模数转换器输入端(ADC1)的检测电压，VD2为第二二极管(D2)的正向压降；
当MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的检测电压在V1*(1±10％)范围时，则可判断输入信号端(switch input)为输入悬空状态。
9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于：当所述输入信号端(switch input)的输入处于低电平状态时；
MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的电压理论值为V1＝K1*Vs，其中K1为通过第三分压电阻(R5)和第四分压电阻(R6)的电阻值换算得到的比例系数，Vs为输入信号端(switchinput)输入低电平的最大值；
当MCU的第二模数转换器输入端(ADC2)的检测电压小于V1时，则可判断输入信号端(switch input)为低电平输入状态。
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