[实用新型]一种用于单片机低功耗开关量输入信号的采集电路

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种通过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。