6.3.1. Согласование в режиме ввода

(Руководство разработчика по микроконтроллерам семейства HCS08)

Обычно амплитуда сигналов, которые необходимо подключить ко входам МК, не совпадает с его напряжением питания микроконтроллера. Поэтому типичная задача, которую решает инженер-схемотехник, состоит в преобразовании уровней напряжения входных сигналов.

Обычно в промышленных установках используются сигналы с максимальным уровнем напряжения 24В, в то время как на входах портов МК могут присутствовать только сигналы с напряжением, не превышающим напряжение питания МК, т.е. 5.0 или 3.3В. На Рис.6.4 представлена простейшая схема согласования для этого случая с использованием делителя напряжения. Чтобы рассчитать номиналы резисторов R1 и R2, воспользуемся следующим условием: максимальный ток резистивного делителя не должен превышать 1мА. Током утечки микроконтроллера в этом случае можно пренебречь, так как он мал (не более 1мкА).

Рис.6.4. Простейшая схема согласования входного сигнала.

Для МК с напряжением питания 3.3В расчетные значения резисторов составляют R1 = 20.7кОм и R2 = 3.3кОм. Поскольку сопротивление 20.7кОм в стандартном ряде номиналов отсутствует, воспользуемся сопротивлением 22кОм. Тогда максимальное значение напряжения на входе порта МК будет составлять 3.13В при напряжении источника сигнала 24В.

Для МК с напряжением питания 5.0В необходим резистор R1 сопротивлением 19кОм и резистор R2 сопротивлением 5кОм. Выберем ближайшие значения из стандартного ряда номиналов: R1 = 18кОм и R2 = 4.7кОм. В результате напряжение на входе порта при напряжении источника сигнала 24В будет составлять 4.96В.

Более простое схемное решение основано на использовании внутренних ограничительных диодов (Рис.6.5). В этом случае необходимо точно рассчитать токоограничивающий резистор, чтобы максимальный ток через диод не превышал 200мкА (в соответствии с техническими данными для линии порта МК). Так, например, для преобразования сигнала с напряжением 5.0В с целью подключения ко входу МК с напряжением питания 3.3В необходим резистор сопротивлением 10кОм (Рис.6.5). Однако помните, что для рассматриваемого решения важно не только ограничить ток встроенных защитных диодов. Большой ток в цепи защитный диод — цепь питания VDD может вызвать выход из строя стабилизатора напряжения!

Рис.6.5. Схема согласования, использующая встроенные ограничительные диоды.

Хорошим решением для защиты входов МК от выбросов напряжения является использование варисторов и ограничительных TVS-диодов. Резистор R1 необходим для ограничения пикового тока через диод или варистор при возникновении перенапряжения (Рис.6.6).

Рис.6.6. Схема согласования с ограничительным диодом.

Также для согласования уровней можно использовать оптрон. Такое решение идеально в случае, когда необходимо обеспечить гальваническую развязку. Сопротивление резистора R1 вычисляется для максимального значения напряжения VIN. Для больших уровней напряжений на входе может потребоваться дополнительная схема его понижения.

Рис.6.7. Схема согласования с опторазвязкой.

Подтягивающий резистор R2 можно не устанавливать, если есть возможность подключить внутренний подтягивающий резистор микроконтроллера. Помните, что при использовании входа KBI изменение фронта срабатывания приводит к внутреннему изменению типа подтягивающего резистора. Если необходимо детектировать спадающий фронт, то подтягивающий резистор все равно необходим!

Электронные компоненты Freescale >>>
Подробнее о компании Freescale >>>