CN203606643U - 一种mcu加电启动时输出信号稳定性的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，包括VCC电源、MCU第一信号端、MCU第二信号端、输出设备、地信号GND、第一NPN三极管T1、第二NPN三极管T2、电阻R1，电阻R1的一端连接VCC电源，电阻R1的另一端与MCU第二信号端、第二NPN三极管T2的基极、第一NPN三极管T1的集电极相连，第一NPN三极管T1的基极连接MCU第一信号端，第一NPN三极管T1的发射极连接地信号GND，第二NPN三极管T2的发射极连接地信号GND，第二NPN三极管T2的集电极连接输出设备的信号控制端。它本实用新型有效消除了MCU加电启动时所产生的无效信号，确保了MCU输出信号的稳定性和可靠性。

Description

一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路

技术领域

本实用新型涉及工业控制技术领域，具体涉及一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路。

背景技术

MCU(MicroControllerUnit) 微控制器, 主要包括单片机、ARM等，其广泛应用于测控系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口、智能民用产品、消费电子领域。MCU拥有丰富的I/O资源，其可以接入多种应用设备，MCU通过对I/O施加控制信号，从而控制与其相连的外围应用设备。控制信号的质量直接关系到外围应用设备的运行质量。

在电路中控制信号主要用于选通或者使能，选通是指选择通过选通端的控制信号进行电路或者传输信道的选择，使能是指通过选通端的控制信号使电路工作正常，选通或者使能主要通过将有效信号接通来实现有效信号的同行，将无效信号设置在高阻态，从而滤除无效信号。

在以芯片或者门电路的控制信号为输入端的电路中，只有当控制信号端的信号有效时，整个电路才能正常工作。

通常设计人员在MCU微控制器的电源输入端，设置上电复位电路，保证MCU 微控制器输入电压的稳定性，正是由于复位电路的存在，基本保证了MCU 微控制器的正常运行，设计人员就没有考虑在MCU 微控制器的输出端设置输出信号稳定电路，而是将MCU微控制器输出信号直接进行转换、放大到外围应用需要的强输出信号，以驱动功率管、电磁阀和继电器、接触器、电动机等被控制设备的执行元件，使外围应用设备工作。

不过MCU微控制器加电启动时，从MCU微控制器开始加电到内部程序加载完成，再到工作状态正常，需要一段时间，这段时间MCU微控制器的输出引脚会输出一个不稳定的信号，可能为高电平也可能为低电平，甚至会在高低电平之间来回震荡而形成不规则波形，这种不稳定信号，经过放大后，传输给外围应用设备，会造成设备的错误动作，严重时候会造成设备故障。

实用新型内容

为了克服现有技术在MCU加电启动时，仅采用上电复位电路来保证MCU微控制器工作电源的稳定性，从而实现MCU微控制器输出信号的稳定，这个技术方案还存在无法消除MCU微控制器启动的一段时间，输出端信号不稳定，而导致设备的错误动作，严重时候会造成设备故障的技术缺陷，本实用新型提供一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，包括VCC电源、MCU第一信号端、MCU第二信号端、输出设备、地信号GND、第一NPN三极管T1、第二NPN三极管T2、电阻R1，电阻R1的一端连接VCC电源，电阻R1的另一端与MCU第二信号端、第二NPN三极管T2的基极、第一NPN三极管T1的集电极相连，第一NPN三极管T1的基极连接MCU第一信号端，第一NPN三极管T1的发射极连接地信号GND，第二NPN三极管T2的发射极连接地信号GND，第二NPN三极管T2的集电极连接输出设备的信号控制端。

本实用新型的工作原理是，采用MCU第一信号端和第一NPN三极管T1的基极相连，将MCU第一信号端的信号作为控制第一NPN三极管T1导通的控制信号，采用第一NPN三极管T1的集电极和第二NPN三极管T2的基极相连，将第一NPN三极管T1的导通作为第二NPN三极管T2导通的控制信号，同时还通过MCU第二信号端和第二NPN三极管T2的基极相连来弥补第一NPN三极管T1作为第二NPN三极管T2控制信号端的不足，总的来说就是利用第一NPN三极管T1的导通和MCU第二信号端的低电平将第二NPN三极管T2的基极电压拉低，使第二NPN三极管T2的集电极和发射极关断，实现集电极输出信号的高阻态，去除无效信号的干扰，只有MCU第一信号端的信号为“0”， MCU第二信号端的信号为“1”的正常信号才被输出。其中电阻R1为高阻值电阻，电阻R1为10K欧姆级的电阻，充分实现高阻态的形成，同时也保证本实用新型工作的安全性和稳定性。

和现有技术在MCU加电启动时，仅采用上电复位电路来确保MCU工作电源的稳定性从而实现输出信号的稳定性的技术方案相比，本实用新型在现有技术的基础上，采用MCU第一信号端和第一NPN三极管T1的基极相连，第一NPN三极管T1的集电极和第二NPN三极管T2的基极相连，还通过MCU第二信号端和第二NPN三极管T2的基极来实现对第二NPN三极管T2工作状态的控制，通过VCC电源和电阻R1组成的电源电路来为第二NPN三极管T2提供基极的控制电流，实现输出信号的稳定性，本实用新型的技术方案，在现有技术中没有启示，也没有再公知常识中被公开，具有实质性的特点，本实用新型为现有技术做出了贡献，同时采用本实用新型的技术方案能有效消除MCU加电启动时所产生的无效信号，确保了MCU输出信号的稳定性和可靠性，减少接入设备的误动作，取得了实质的进步。

为了进一步优化，提高以第一NPN三极管T1为核心器件的控制电路的安全性和稳定性，作为优选，MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，还包括第一二极管D1，第一二极管D1的阴极连接第一NPN三极管T1的集电极，第一二极管D1的阳极均与电阻R1、第二NPN三极管T2的基极、MCU第二信号端连接。

以上是对MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的安全性的进一步改进。采用第一二极管D1的阴极连接第一NPN三极管T1的集电极，第一二极管D1的阳极均与电阻R1、第二NPN三极管T2的基极、MCU第二信号端连接的技术方案，可以很好地利用第一二极管D1正向导通时的压降，防止设备在异常情况下倒灌入大电压而烧毁MCU芯片。

为了进一步优化，提高以MCU第二信号端为核心器件的控制电路的安全性和稳定性，作为优选，MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，还包括第二二极管D2，第二二极管D2的阴极连接MCU第二信号端，第二二极管D2的阳极均与电阻R1、第二NPN三极管T2的基极、第一二极管D1的阳极连接。

以上是对MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的安全性的进一步改进。采用二二极管D2的阴极连接MCU第二信号端，第二二极管D2的阳极均与电阻R1、第二NPN三极管T2的基极、第一二极管D1的阳极连接，可利用第二二极管D2正向导通时的压降，防止设备在异常情况下倒灌入大电压而烧毁MCU芯片。

为了进一步优化，确保VCC电源对为第二NPN三极管T2提供基极的控制电流，作为优选，VCC电源的电压为2.6～3.3V。

以上是对MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的安全性和可靠性的进一步改进。VCC电源的电压为2.6～3.3V低于MCU第一信号端、MCU第二信号端的控制信号的电压，从确保了MCU芯片的安全性。

为了进一步优化，提高电阻R1对电路温度和电流的适应能力，作为优选，电阻R1为PTC热敏电阻。

以上是对MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的工作质量和自我保护能力的进一步改进。采用电阻R1采用PTC热敏电阻，PTC热敏电阻，具有正温度系数的热敏电阻，当本实用新型的其他器件出现问题时，本实用新型电路的电流加大，温度升高，PTC热敏电阻的电阻值会呈几何级数的增加，从而有效降低本实用新型电路的电流，确保本实用新型工作的稳定性和安全性。

为了进一步优化，确保电阻R1为信号输出通过足够的高阻态，同时能让电源为第二NPN三极管T2提供基极的控制电流，作为优选，电阻R1的阻值为8K～15K欧姆。

以上是对MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的信号输出能力的进一步改进。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.          和现有技术在在MCU加电启动时，仅采用上电复位电路来确保MCU工作电源的稳定性从而实现输出信号的稳定性的技术方案相比，本实用新型采用采用MCU第一信号端和第一NPN三极管T1的基极相连，第一NPN三极管T1的集电极和第二NPN三极管T2的基极相连，还通过MCU第二信号端和第二NPN三极管T2的基极来实现对第二NPN三极管T2工作状态的控制，同时在MCU第二信号端和第二NPN三极管T2的基极之间加装第二二极管D2，在第一NPN三极管T1的集电极和第二NPN三极管T2的基极之间加装第一二极管D2的技术方案，从而有效消除了MCU加电启动时所产生的无效信号，确保了MCU输出信号的稳定性和可靠性，减少接入设备的误动作。

2.          本实用新型采用10K欧姆级的PTC热敏电阻R1和2.6～3.3V的VCC电源相配合，为输出信号提供稳定、有效、安全的电源，同时为输出端提供有效的高阻态。

本实用新型解决了MCU加电启动时，芯片输出信号不稳定的技术问题，为现有技术作出了贡献，确保芯片的接入设备很少受到无效信号的干扰，产生误动作，取得了进步，具有很好的产业价值。

附图说明

为了清楚说明本实用新型，下面采用附图对本实用新型及其实施例进行解释，并对附图作出简要说明。附图及附图说明是示意性的，不构成对本实用新型的具体限定。在本实用新型发明构思指导下，还可以通过下面的附图，得到其它附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式进一步说明。对这些实施方式的说明主要用于帮助理解本实用新型的发明构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果。对这些实施方式的说明是示意性的，不构成对本实用新型的具体限定。本实用新型各个实施方式所涉及的技术特征，只要彼此不构成冲突就可以相互组合，通过等同替代或者是明显变型方式得到的所有实施例，和本实用新型的实施例实质上相同。

实施例一：

如图1所示，本实用新型,包括VCC电源、MCU第一信号端、MCU第二信号端、输出设备、地信号GND、第一NPN三极管T1、第二NPN三极管T2、电阻R1，电阻R1的一端连接VCC电源，电阻R1的另一端与MCU第二信号端、第二NPN三极管T2的基极、第一NPN三极管T1的集电极相连，第一NPN三极管T1的基极连接MCU第一信号端，第一NPN三极管T1的发射极连接地信号GND，第二NPN三极管T2的发射极连接地信号GND，第二NPN三极管T2的集电极连接输出设备的信号控制端。

本实用新型投入使用时，第一步检查、调试电路：检查VCC电源、MCU第一信号端、MCU第二信号端、输出设备、地信号GND、第一NPN三极管T1、第二NPN三极管T2、电阻R1是否按本实用新型的技术方案连接，它们之间的硬件连接是否正常，如果出现异常，予以纠正；第二步，加电测试设备：启动电源，确认MCU加电启动时输出信号稳定性的电路工作状态是否正常，正常后才投入使用；第三步，执行稳定MCU 加电启动时的信号稳定作业，具体如下：

MCU第一信号端输出控制信号1为“0”，MCU第二信号端输出控制信号2为“1”，第一NPN三极管T1的基极被拉低，其集电极与发射极关断，其的集电极为高阻，从而使第二NPN三极管T2的基极被拉高，T2的集电极与发射极导通，T2的集电极被下拉到地，输出给设备的控制信号为低；

MCU第一信号端输出控制信号1为“1”，MCU第二信号端输出控制信号2为“0”，第一NPN三极管T1的基极被拉高，T1的集电极与发射极导通，T1的集电极被下拉到地，从而使第二NPN三极管T2的基极被拉低，T2的集电极与发射极关断，T2的集电极为高阻，输出给设备的控制信号为高阻；

MCU第一信号端输出控制信号1为“0”，MCU第二信号端输出控制信号2为“0”，则第二NPN三极管T2的基极被拉低，T2的集电极与发射极关断，输出给设备的控制信号为高阻；

MCU第一信号端输出控制信号1为“1”，MCU第二信号端输出控制信号2为“1”，则第一NPN三极管T1的基极被拉高，T1的集电极及射极导通，使得第二NPN三极管T2的基极被拉低，输出给设备的控制信号为高阻。

这样，在MCU正常工作的时候，可以让控制信号1为“0”，控制信号2为“1”，输出给设备的控制信号为低，控制设备的工作状态启动。也可以让控制信号1为“1”，控制信号2为“0”，输出给设备的控制信号为高阻，控制设备的工作状态停止。在MCU加电启动还未正常工作的时候，控制信号1和控制信号2为不稳定的电平，但不管控制信号1和控制信号2如何变化，它们在同一时刻的输出必定是相同的，都同时为“0”或者同时为“1”，从而使输出给设备的控制信号是一个稳定的高阻态。这样，就使MCU在开机启动时输出给设备的控制信号为稳定的状态，防止了设备因控制信号不稳定而产生的误动作。第二NPN三极管T2还将内部电路与设备之间隔离开来，对MCU芯片的I/O端口产生保护作用。

本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

实施例二：

为了MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的安全性，本实施例在实施例一的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，还包括第一二极管D1，第一二极管D1的阴极连接第一NPN三极管T1的集电极，第一二极管D1的阳极均与电阻R1、第二NPN三极管T2的基极、MCU第二信号端连接。

本实施例在实施例一的基础上加装了第一二极管D1，从而利用第一二极管D1正向导通时的压降，防止设备在异常情况下通过MCU第一信号端倒灌入大电压而烧毁MCU芯片。

本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

实施例三：

为了MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的安全性，本实施例在实施例一～二的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，还包括第二二极管D2，第二二极管D2的阴极连接MCU第二信号端，第二二极管D2的阳极均与电阻R1、第二NPN三极管T2的基极、第一二极管D1的阳极连接。

本实施例在实施例一的基础上加装了第二二极管D2，从而利用第二二极管D1正向导通时的压降，防止设备在异常情况下通过MCU第二信号端倒灌入大电压而烧毁MCU芯片。

本实施例在实施例二的基础上加装了第二二极管D2，从而同时实现对MCU第一信号端、第二信号端的保护，进而保护了MCU芯片。

实施例四：

为了MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的安全性和可靠性，本实施例在实施例一～三的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的VCC电源的电压为2.6～3.3V。

本实施例，包括三个实施例，主要是对VCC电源的电压进行限定从而提高电路的安全性和可靠性。VCC电源的电压可以为2.6V、3.3V、2.8V、2.9V、本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择参数。

实施例五：

为了MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的工作质量和自我保护能力，本实施例在实施例一～四的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的电阻R1的为PTC热敏电阻。

本实施例，包括四个基本实施例，通过将实施例一，二，三中的电阻R1采用热敏电阻而得到，从而提高电路的自动修复能力。

实施例六：

为了MCU加电启动时输出信号稳定性的电路的信号输出能力，本实施例在实施例一～四的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1所示，本实施例的电阻R1的阻值为8K～15K欧姆。

本实施例，包括五个基本实施例，通过将实施例一，二，三，四中的电阻R1限定为8K～15K欧姆而得到，电阻R1的阻值可以为8K、15K、10K，本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择参数。

以上结合说明书附图对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型并不限于上述实施方式和实施例，在基于本实用新型的发明构思的基础上，对本实用新型的上述实施方式进行各种变化、修改、替换或变型，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，包括VCC电源、MCU第一信号端、MCU第二信号端、输出设备、地信号GND，其特征在于，还包括第一NPN三极管T1、第二NPN三极管T2、电阻R1，所述电阻R1的一端连接VCC电源，所述电阻R1的另一端与MCU第二信号端、第二NPN三极管T2的基极、第一NPN三极管T1的集电极相连，所述第一NPN三极管T1的基极连接MCU第一信号端，所述第一NPN三极管T1的发射极连接地信号GND，所述第二NPN三极管T2的发射极连接地信号GND，所述第二NPN三极管T2的集电极连接输出设备的信号控制端。

2.根据权利要求1所述的一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，其特征在于，还包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的阴极连接第一NPN三极管T1的集电极，所述第一二极管D1的阳极均与电阻R1、第二NPN三极管T2的基极、MCU第二信号端连接。

3.根据权利要求1所述的一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，其特征在于，还包括第二二极管D2，所述第二二极管D2的阴极连接MCU第二信号端，所述第二二极管D2的阳极均与电阻R1、第二NPN三极管T2的基极、第一二极管D1的阳极连接。

4.根据权利要求1所述的一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，其特征在于，所述VCC电源的电压为2.6～3.3V。

5.根据权利要求1所述的一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，其特征在于，所述电阻R1为PTC热敏电阻。

6.根据权利要求1所述的一种MCU加电启动时输出信号稳定性的电路，其特征在于，所述电阻R1的阻值为8K～15K欧姆。

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