Вхідні лінії портів МК реагують на зміну напруги відносно загального проводу. Отже, в цьому сенсі МК можна віднести до класу порогових пристроїв і використовувати стандартні схеми з імпульсної техніки.

Якщо амплітуда приходять сигналів гарантовано не перевищує напруги живлення Ус і не має негативної складової, то вхідні лінії МК можна взагалі не захищати (Мал. 3.9, а … к).

Якщо існує ймовірність появи на вході МК імпульсних перешкод, що виходять за діапазон від -0.5 В до Ксс +0.5 В, значить потрібно додатковий захист у вигляді пасивних обмежувачів (Мал. 3.10, а … н) або активних буферних каскадів (Мал. 3.11, а … о).

 

 

Рис. 3.9. Схеми подачі низьковольтних сигналів на лінії портів МК {початок):

а) елементи R1, С1 фільтрують вхідний сигнал. Резистор R2 потрібен при великій ємності конденсатора С1 для зниження струму через вхідний діод М К при знятті харчування;

б) однозвенную фільтр LI, С1 має досить крутий спад частотної характеристики; Ф

 

 

Рис. 3.9. Схеми подачі низьковольтних сигналів на лінії портів МК (закінчення):

в) діоди VDI … VDn і резистор RI виконують логічну функцію «АБО»;

г) діоди VDI … VDn і резистор R1 виконують логічну функцію «І»;

д) НИЗЬКИЙ рівень ^ bxi — ^ bxn в будь-якому з каналів призводить до зміни напруги на вході обробки переривання INT за рахунок діодів VDL .. VDn. Це стандартний спосіб економічного «прослуховування» стану датчиків, коли МК знаходиться в «сплячому» режимі;

е) резистором R1 виставляється оптимальний рівень спрацьовування цифрового входу МК (може застосовуватися і внутрішній АЦП). Конденсатор С1 пеполярний великої місткості, щоб можна було на вхід подавати наднизькочастотних сигнали;

ж) обробка сигналів довільної форми. Резистором RI встановлюється початкова напруга в каналі АЦП при відсутності сигналу. Замість АЦП може бути цифрова лінія;

з) замикання контактів кнопки SBI дозволяє досліджувати сигнали з постійної складової. Резистори RI, R3 створюють досить велике навантаження для вхідного сигналу при крайніх положеннях сімметрірующего резистора R2

и) ємнісний дільник вхідного змінного сигналу на конденсаторах С1, С2

к) прийом одногосігнала потремо лініях МК. Використовуються: АЦП, звичайний цифровий порт і вхід переривання INT. Переключення між трьома каналами програмне.

 

 

Рис. 3.10. Схеми захисту ліній МК пасивними обмежувачами {початок):

а) захист входу МК внутрішніми діодами, струм через які обмежується резистором R2 на рівні 1 … 2 мА при сплесках напруги вхідного сигналу від -20 до +25 В;

б) якщо перешкода має велику амплітуду і потужність, то треба захищати внутрішні діоди М До зовнішніми діодами Шотткі VDI, VD2. Джерело живлення +5 В має бути потужним і мати зворотний зв'язок по напрузі, щоб при перешкодах підтримувався стабільний рівень;

в) конденсатор С1 пригнічує імпульсні перешкоди. Збірка діодів Шоттки VD1 має малі габарити. Резистор RI не дає лінії МК «висіти в повітрі» при відсутності сигналу;

г) при UBX <0 діоди VDI, VD2 відкриваються і на вході М К формується «істинний нуль». При (JBX> 5 В обидва діода закриваються, що захищає лінію МК від перенапруг;

д) амплітуда вхідного сигналу регулюється резистором R2. Захисна ланцюг складається тільки з одного діода VDI, оскільки вхідний сигнал завжди позитивний;

е) резистор R2 входить до складу дільника напруги {R1) і одночасно «прив'язує» до загального проводу лінію МК, щоб вона не «висіла в повітрі» за відсутності сигналу;

ж) TVS-діод VDI обмежує потужні імпульсні перешкоди. Ще захист – R3, діоди М К;

з) діоди VDI, VD2 звичайні (не Шоттки), тому наявність обмежувального резистора R3 обов'язково. Його опір можна зменшити на порядок; Про

 

 

 

 

Про Рис. 3.10. Схеми захисту ліній МК пасивними обмежувачами (закінчення):

и) на елементах VDI, HL1 зібраний аналог стабілітрон з граничним напруженням 4.9 … 5.1 В. Резистор R1 підбирається так, щоб при максимумі вхідного сигналу забезпечувався струм в діапазоні 3 … 20 мА через індикатор HL1, щоб він світився і вказував на наявність сигналу;

к) світлодіод HL1 служить індикатором великої амплітуди (поріг задається стабілітронів VDI). Конденсатор С1 фільтрує перешкоди, резистор R3 обмежує струм через діоди М К;

л) резистор R2 обмежує струм через стабілітрон VD2, а резистор R3 – через внутрішні діоди МК. Якщо встановити перемичку S1, то у вхідний датчик буде подаватися постійний струм не більше 1.5 мА. Діод Шотткі VD1 запобігає потраплянню високої напруги ззовні в ланцюг живлення +5 В при перевантаженнях;

м) TVS-діод VD1 (називають також «сапрессор» або «супресор», від англ. "supressor») може короткочасно розсіювати дуже велику потужність. Резистор R2 забезпечує початкове замикання діодів VD2, VD3. Резистор R3 знижує струм через внутрішні діоди МК.

н) запобіжник FU1 може бути звичайним або самовідновлюватися. Двосторонній TVS-діод VD1 може застосовуватися, наприклад, SM BJ5.0CA (5.0 В), Р6КЕ6.8СА (6.8 В).

 

 

 

 

Рис. 3.11. Схеми захисту ліній МК активними буферними каскадами {початок):

а) підсилювач-формувач на транзисторі VTI (підсилювач для слабких сигналів, формувач прямокутних імпульсів для сигналів великої амплітуди). Резистор R4 захищає лінію МК від короткого замикання на GND, якщо вона помилково програміста стане виходом;

б) обробка ВЧ-сигналів з частотою до 1 Мгц. Діод VD1 захищає перехід «база – емітер» транзистора VTI від великих негативних напруг;

в) буферний підсилювач змінного напруги звукової частоти. Резистор R1 можна про-градуювати в децибелах або вольтах. Резистором R2 підбирають поріг спрацьовування;

г) транзисторний еквівалент логічного елемента «2-АБО-НЕ» (аналог РТЛ-логіки);

д) логічне «АБО-НЕ» на діодах VDl … VDn з інвертором на транзисторі VT1. Замикання контактів кнопки SB1 дозволяє зімітувати відкритий транзистор VT1 в тестових цілях;

е) транзистор VT2 вводиться у вже існуючий виріб для знімання інформації з стоку транзистора VT1. Завдяки високому вхідному опору VT2 робота не порушується;

ж) мікросхема детектора «просідань» харчування DA I служить захисним буфером для М К, а також вхідним елементом в порогом спрацьовування 2.1 … 4.5 В в залежності від модифікації DAI

з) транзистор VTI служить захисним буферним повторювачем напруги; Про

 

 

Рис. 3.11. Схеми захисту ліній МК активними буферними каскадами (закінчення):

і) стабілізатор DA1 захищає МК від сплесків напруги амплітудою до +30 В. Якщо живлення М До здійснюється від джерела +3 В, то DA I краще замінити мікросхемою 78L03;

к) підсилювач DAI служить буферним елементом і виконує функцію детектора переходу двухполярного сигналу UBX через нуль;

л) «візуальний» датчик наявності напруги +8 … +14 В насветодіоде HL1. Транзистор VTI і резистор R1 утворюють генератор стабільного струму 3 мА;

м) визначник знака вхідного постійної напруги (плюс або мінус), не реагує на змінні звукові сигнали. Може застосовуватися в пристрої захисту УНЧ від пробою вихідних транзисторів. Конденсатори С1, С2 повинні бути неполярними великої місткості;

н) резистором встановлюється гістерезис компаратора DA1 в межах 50 … 70 мВ;

о) перша ступінь захисту – стабілітрон VD1, друга – транзистор VTI, третя – внутрішні діоди МК і обмежувальний резистор R5. Резистором / врегулюється чутливість.

    Джерело:
Рюмік С.М. 1000 і одна мікроконтроллерной схема. (Випуск 1)