一种用于单片机的输入保护电路及单片机系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于单片机的输入保护电路及单片机系统，所述输入保护电路包括反向电流抑制电路和浪涌抑制电路；所述反向电流抑制电路与所述单片机的输入接口和外部信号输入端连接，用于抑制电流倒灌；所述浪涌抑制电路与所述外部信号输入端和地端连接，用于抑制浪涌脉冲冲击。本实用新型专利技术的方案通过在单片机的输入接口设置两个保护电路，简化了信号输入保护电路的组成结构，制作成本低且设置灵活，能够适用于多种占空比需求的场合中。能够适用于多种占空比需求的场合中。能够适用于多种占空比需求的场合中。

【技术实现步骤摘要】
一种用于单片机的输入保护电路及单片机系统


[0001]本技术涉及MCU电路保护
具体地，本技术涉及一种用于单片机的输入保护电路及单片机系统。

技术介绍

[0002]微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，又称单片微型计算机或者单片机，是一种芯片级的计算机，可以对不同的应用场合做不同组合控制。利用单片机及其外围电路，可以形成复杂的单片机系统，从而实现各种复杂功能的设备，例如手机、遥控器、汽车电子等。在自动化和电子电路的应用领域中，MCU(单片机)作为控制中心，需要接收并处理输入的外部信号。输入MCU的外部信号可能是电压、电流或开关触点，如果直接接入电路可能会引起瞬时高压、过压、接触点抖动等问题。而且由于输入的外部信号的供电不同，也将导致输入的外部信号电平和MCU供电电平不一致，在使用过程中经常会出现烧毁IO口，以致MCU工作异常或损坏。因此在外部信号输入MCU之前，需要经过转换、保护、滤波和隔离等相关措施。对于小功率的信号，通常设置相应的滤波电路进行滤波。对于大功率信号，由于外部信号与MCU内部电路的电压的压差相对较大，一般采用光电耦合器(简称光耦)进行隔离。
[0003]光电耦合器是以光为媒介传输电信号的器件，通常把发光器与受光器封装在同一管壳内，当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接收光线之后产生光电流，从输出端流出，从而实现“电—光—电”的转换。但是采用光电耦合器对大功率信号进行隔离的方法存在诸多缺点：(1)在全桥拓扑中，开关器件为4个，则需要3至4个光耦，而每一路光耦都需独立电源供电，增加了电路的复杂性，导致系统成本增加且可靠性降低。(2)由于光耦传输延迟比较较大，为了保证开关器件开通与关断的精确性，必须使各路的结构参数一致，并且使各路的延迟一致，但是目前的技术很难做到各方面的一致性。(3)光电耦合器的开关速度较慢，对驱动脉冲的前后沿产生较大延时，影响控制精度。
[0004]因此，如何设计一种结构简单、抗干扰能力强的输入保护电路对MCU(单片机)的稳定运行至关重要。

技术实现思路

[0005]本技术通过设计一种对单片机进行输入保护的方案，在单片机的输入接口和外部输入端之间设置两个分别用于抑制电流倒灌和静电冲击的保护电路，从而有效保证单片机运行的稳定性。
[0006]为至少解决上述技术问题，根据本技术的第一个方面，本技术提供了一种用于单片机的输入保护电路，包括反向电流抑制电路和浪涌抑制电路；所述反向电流抑制电路与所述单片机的输入接口和外部信号输入端连接，用于抑制电流倒灌；所述浪涌抑制电路与所述外部信号输入端和地端连接，用于抑制浪涌脉冲冲击。
[0007]在一个实施例中，所述反向电流抑制电路中设置有至少一个二极管，所述二极管的正极与所述单片机的输入接口连接，所述二极管的负极与所述外部信号输入端连接，用
于抑制电流倒灌。
[0008]在一个实施例中，所述二极管为肖特基二极管。
[0009]在一个实施例中，所述浪涌抑制电路中设置有稳压管，所述稳压管的一端与所述外部信号输入端连接，所述稳压管的另一端接地，用于抑制浪涌脉冲冲击。
[0010]在一个实施例中，所述稳压管采用双向瞬态抑制二极管。
[0011]在一个实施例中，所述稳压管采用单向瞬态抑制二极管，所述单向瞬态抑制二极管的负极与所述外部信号输入端连接，所述单向瞬态抑制二极管的正极接地。
[0012]在一个实施例中，所述输入保护电路还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容与所述稳压管并联，用于稳定外部输入电压。
[0013]在一个实施例中，所述输入保护电路还包括上拉电阻，所述上拉电阻的一端与单片机的电源端连接，所述上拉电阻的另一端与所述单片机的输入接口连接，用于将外部输入信号钳位在高电平。
[0014]在一个实施例中，所述输入保护电路还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容与所述上拉电阻串联，所述第二滤波电容与所述上拉电阻的串联连接端与所述单片机的输入接口连接，所述第二滤波电容的另一端接地。
[0015]根据本技术的第二方面，本技术还提供了一种单片机系统，所述单片机系统包括单片机以及如前述第一方面的多个实施例中所述的用于单片机的输入保护电路。
[0016]本技术通过在单片机的输入接口和外部信号输入端之间设置反向电流抑制电路和浪涌抑制电路，从而有效抑制外部输入信号带来的浪涌脉冲冲击以及避免电流倒灌的情况发生。通过本方案中的两个电路的设计，即可实现对单片机的输入保护，保护电路的结构也比较简单，有效降低了单片机的输入保护电路的制作成本。进一步地，本技术的方案中，利用瞬态抑制二极管和肖特基二极管的组合，实现了对单片机的输入保护，在保证控制精度的同时减小了信号延时，有效提升单片机的信号处理效率。
附图说明
[0017]通过参考附图阅读下文的详细描述，本技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本技术的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
[0018]图1是示意性示出根据本技术实施例的用于单片机的输入保护电路的示意图；
[0019]图2是示意性示出根据本技术实施例的输入保护电路中反向电流抑制电路的示意图；
[0020]图3是示意性示出根据本技术实施例的浪涌抑制电路中采用双向瞬态抑制二极管的示意图；
[0021]图4是示意性示出根据本技术实施例的浪涌抑制电路中采用单向瞬态抑制二极管的示意图；
[0022]图5是示意性示出根据本技术实施例的浪涌抑制电路中设置第一滤波电容的示意图；
[0023]图6是示意性示出根据本技术实施例的上拉电阻设置的示意图；
[0024]图7是示意性示出根据本技术实施例的第二滤波电容的示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0026]在自动化
中，微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)也叫单片机，作为主要的控制元件，经常工作于恶劣电磁环境中。在外部干扰较多的现场环境中，单片机的输入节点上需要承受高压瞬变，并且伴随着较大干扰信息的传输信号输入至单片机的引脚的能量水平存在显著差异，这也为单片机处理信号的鲁棒性带来挑战，因此需要对单片机设计相应的输入信号保护机制。如果在进行系统设计时，没有考虑这种保护机制，就可能导致系统处理效率和准确性的严重不足，且系统性能下降。本技术的方案便是针对单片机输入信号中可能伴随的浪涌、过压、雷击等干扰，导致将高电压和高电流注入电路中的情况，通过对单片机的输入保护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于单片机的输入保护电路，其特征在于，包括反向电流抑制电路和浪涌抑制电路；所述反向电流抑制电路与单片机的输入接口和外部信号输入端连接，用于抑制电流倒灌；所述浪涌抑制电路与所述外部信号输入端和地端连接，用于抑制浪涌脉冲冲击。2.根据权利要求1所述的输入保护电路，其特征在于，所述反向电流抑制电路中设置有至少一个二极管，所述二极管的正极与所述单片机的输入接口连接，所述二极管的负极与所述外部信号输入端连接，用于抑制电流倒灌。3.根据权利要求2所述的输入保护电路，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。4.根据权利要求1所述的输入保护电路，其特征在于，所述浪涌抑制电路中设置有稳压管，所述稳压管的一端与所述外部信号输入端连接，所述稳压管的另一端接地，用于抑制浪涌脉冲冲击。5.根据权利要求4所述的输入保护电路，其特征在于，所述稳压管采用双向瞬态抑制二极管。6.根据权利要求4所述的输入保护电路，其特征在于，所述稳压管采用单向瞬...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉良，徐兴群，杨俊鹏，付照德，
申请(专利权)人：河南牧原智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：