一种用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路，包括光电耦合器、电阻、N沟道MOS管、单片机和电源，电阻包括光电耦合器限流电阻R1和电阻R2、N沟道MOS管限流电阻R3、N沟道MOS管下拉电阻R4和光电耦合器输出电阻R5，N沟道MOS管为开关管，单片机周期性采集开关量数据，当需要采集开关量时单片机I/O口输出高电平，N沟道MOS管导通，此时光电耦合器输入端若有高电平，则形成光电耦合器输入回路，光电耦合器二极管导通，从而使光电耦合器输出端的晶体管导通；当不需要采集开关量时，单片机I/O输出低电平，N沟道MOS管关断，光电耦合器输入侧回路关断，不再耗电。

A Low Power Switching Input Signal Acquisition Circuit for Single Chip Microcomputer

The utility model discloses a collection circuit for input signals of low power switching quantities of single chip microprocessors, including photocouplers, resistors, N-channel MOS transistors, single chip microprocessors and power supplies. Resistance includes photocoupler current limiting resistors R1 and R2, N-channel MOS transistors current limiting resistors R3, N-channel MOS transistors pull-down resistors R4 and output of photocouplers. Resistor R5, N-channel MOS transistor is a switch transistor. SCM collects switching data periodically. When it needs to collect switching data, the I/O port of SCM outputs high level, and the N-channel MOS transistor is on. If the input end of the photocoupler has high level, the input circuit of the photocoupler will be formed, and the photocoupler diode will be on, so as to make the photocoupler photoelectric. The transistor at the output end of the coupler is turned on; when the switching quantity is not needed, the I/O output of the single chip computer is low, the N-channel MOS transistor is turned off, and the input circuit of the photocoupler is turned off, so the power consumption is no longer needed.

【技术实现步骤摘要】
一种用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路
本技术涉及开关量输入信号采集领域，尤其涉及一种用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路。
技术介绍
开关量型信号在数字信息领域有着极其广泛的应用，各种装置状态信号与部分传感器输出信号都可转换成开关量信号，尤其现在数字信息化程度越来越高，开关量被单片机等各CPU芯片处理。目前常用的开关量处理方式为，在电路中，当有高电平开关量输入时，光电耦合器的发光二极管端导通，进而使输出端的晶体管接通，输出逻辑状态“低”；当有低电平状态光电耦合器的发光二极管端截止，进而使输出端的晶体管截止，输出逻辑状态“高”；输出的逻辑电平可以供单片机系统进行采集判断。现在为减少敷线带来的人工、材料等成本，工业数据采集往往采用无线通讯及电池供电，以往开关量电路在追求低功耗性能的产品中不再适用。在嵌入式智能产品中，为降低产品功耗，采用周期性采集数据，即需要时采集开关量数据，不需要时不再采集开关量数据。所以不需要采集开关量时，当某一开关量持续发生时，光电耦合器输入端回路持续导通，耗电量大大提高，不能有效实现低功耗。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供一种通过N沟道MOS管解决低功耗产品周期性采集数据时对输入回路的通断控制，解决低功耗设备中开关量持续发生耗电量大的问题。一种用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路，包括光电耦合器、电阻、N沟道MOS管、单片机和电源，所述电阻包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，光电耦合器输入端侧电路开关量信号Vin与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与光电耦合器输入端二极管正极相连；电阻R2一端与光电耦合器输入端二极管负极相连，另一端与N沟道MOS管漏极D相连；电阻R3一端与N沟道MOS管栅极G相连，另一端与单片机I/O口相连；电阻R4一端与N沟道MOS管栅极G端相连，另一端与电源负极电平GND相连；电阻R5一端与芯片供电电压同电位，R5另一端与光耦输出端三极管集电极侧相连；光电耦合器输出端侧三极管发射极与电源负极电平GND地相连，N沟道MOS管源极与电源负极电平GND相连。上述方案中，所述单片机供电电压与R5的值可确定光耦输出端电流，计算值：Ib2≈(Vout-Vce)/R5(1)其中，Vce表示光电耦合器输出端三极管饱和导通电压，根据Ib2和光电耦合器的电流传输比参数可通过式(2)计算出光电耦合器输入端二极管所需的前向电流Ib1：Ib1＝Ib2/电流传输比(2)根据Ib1参数的需求值，可以通过式(3)计算出电阻R1与R2的阻值：R1+R2＝(Vin-VD-VM)/Ib1(3)其中，Vin表示开关量输入信号电压，VD表示光电耦合器B1中二极管的前向导通电压，VM表示N沟道MOS管饱和导通电压。上述方案中，所述电阻R3为N沟道MOS管限流电阻，电阻值在2.2KΩ-50KΩ。上述方案中，所述电阻R4为N沟道MOS管栅源电容CGS放电电阻，根据放电时间选择电阻值，如4.7K、10K、20K。上述方案中，所述电阻R5为光电耦合器输出端上拉电阻，电阻R5的参数值由光电耦合器输出端的负载确定。与现有技术相比本技术的有益效果为：N沟道MOS管为开关管，使用单片机进行控制，当I/O口输出高电平时，N沟道MOS管导通；当I/O输出低电平时，N沟道MOS管截止；单片机周期性采集开关量数据，当需要采集开关量时I/O口输出高电平，N沟道MOS管导通，此时光电耦合器输入端Vin若有高电平，则形成光电耦合器输入回路，光电耦合器二极管导通，从而使光电耦合器输出端的晶体管导通，光电耦合器输出端DI由高电平变为低电平，低电平值输入至单片机；当不需要采集开关量时，单片机输出低电平，N沟道MOS管关断，光电耦合器输入侧回路关断，则光耦输入侧回路不再耗电，有效减少了电路功耗，光电耦合器输出端晶体管截止，DI电平值恢复至高电平。附图说明图1是本技术用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路的电路图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。一种用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路，包括光电耦合器、电阻、N沟道MOS管、单片机和电源，电阻包括光电耦合器限流电阻R1和电阻R2、N沟道MOS管限流电阻R3、N沟道MOS管下拉电阻R4和光电耦合器输出电阻R5，光电耦合器输入端侧电路开关量信号Vin与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与光电耦合器输入端二极管正极相连；电阻R2一端与光电耦合器输入端二极管负极相连，另一端与N沟道MOS管漏极D相连；电阻R3一端与N沟道MOS管栅极G相连，另一端与单片机I/O口相连；电阻R4一端与N沟道MOS管栅极G端相连，另一端与电源负极电平GND相连；电阻R5一端与芯片供电电压同电位，R5另一端与光耦输出端三极管集电极侧相连；光电耦合器输出端侧三极管发射极与电源负极电平GND地相连，N沟道MOS管源极与电源负极电平GND相连。电阻R3为N沟道MOS管限流电阻，电阻值在2.2KΩ-50KΩ。电阻R4为N沟道MOS管栅源电容CGS放电电阻，根据放电时间选择电阻值，如4.7K、10K、20K。电阻R5为光电耦合器输出端上拉电阻，电阻R5的参数值由光电耦合器输出端的负载确定。在开关量输入信号采集电路工作时，单片机电压一般为DC5V或DC3.3V，单片机供电电压与R5的值可确定光耦输出端电流，计算值：Ib2≈(Vout-Vce)/R5(1)其中，Vce表示光电耦合器输出端三极管饱和导通电压；根据Ib2和光电耦合器的电流传输比参数可通过式(2)计算出光电耦合器输入端二极管所需的前向电流Ib1：Ib1＝Ib2/电流传输比(2)根据Ib1参数的需求值，可以通过式(3)计算出电阻R1与R2的阻值：R1+R2＝(Vin-VD-VM)/Ib1(3)其中，Vin表示开关量输入信号电压，VD表示光电耦合器B1中二极管的前向导通电压，VM表示N沟道MOS管饱和导通电压。当需要采集开关量时I/O口输出高电平，N沟道MOS管导通，此时光电耦合器输入端Vin若有高电平，则形成光电耦合器输入回路，光电耦合器二极管导通，从而使光电耦合器输出端的晶体管导通，光电耦合器输出端DI由高电平变为低电平，低电平值输入至单片机；当不需要采集开关量时，单片机输出低电平，N沟道MOS管关断，光电耦合器输入侧回路关断，则光耦输入侧回路不再耗电，光电耦合器输出端晶体管截止，DI电平值恢复至高电平。因为产品为低功耗产品，使用电池供电，单片机周期性采集DI信号，其余时间处于休眠状态，休眠时单片机I/O口输出低电平，MOS关截止，此时无论Vin开关量电平是高电平还是低电平，光电耦合器输入端回路皆断开，不再消耗电能。以上实施例仅为说明本技术的技术思想，不能以此限定本技术的保护范围，凡是按照本技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做得任何改动，均落入本技术保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路，其特征在于：包括光电耦合器、电阻、N沟道MOS管、单片机和电源，所述电阻包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，光电耦合器输入端侧电路开关量信号Vin与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与光电耦合器输入端二极管正极相连；电阻R2一端与光电耦合器输入端二极管负极相连，另一端与N沟道MOS管漏极D相连；电阻R3一端与N沟道MOS管栅极G相连，另一端与单片机I/O口相连；电阻R4一端与N沟道MOS管栅极G端相连，另一端与电源负极电平GND相连；电阻R5一端与芯片供电电压同电位，R5另一端与光耦输出端三极管集电极侧相连；光电耦合器输出端侧三极管发射极与电源负极电平GND地相连，N沟道MOS管源极与电源负极电平GND相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路，其特征在于：包括光电耦合器、电阻、N沟道MOS管、单片机和电源，所述电阻包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，光电耦合器输入端侧电路开关量信号Vin与电阻R1一端相连，电阻R1另一端与光电耦合器输入端二极管正极相连；电阻R2一端与光电耦合器输入端二极管负极相连，另一端与N沟道MOS管漏极D相连；电阻R3一端与N沟道MOS管栅极G相连，另一端与单片机I/O口相连；电阻R4一端与N沟道MOS管栅极G端相连，另一端与电源负极电平GND相连；电阻R5一端与芯片供电电压同电位，R5另一端与光耦输出端三极管集电...

【专利技术属性】
技术研发人员：于继鲁，苏圆圆，丁博闻，
申请(专利权)人：南京榕树自动化系统有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32