單片機加電啟動時信號穩定性的電路的製作方法
2023-08-04 06:56:46
單片機加電啟動時信號穩定性的電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了單片機加電啟動時信號穩定性的電路，包括VCC電源、MCU第一信號端、MCU第二信號端、輸出設備、地信號GND、第一NPN三極體T1、第二NPN三極體T2、電阻R1，電阻R1的一端連接VCC電源，電阻R1的另一端與MCU第二信號端、第二NPN三極體T2的基極、第一NPN三極體T1的集電極相連，第一NPN三極體T1的基極連接MCU第一信號端，第一NPN三極體T1的發射極連接地信號GND，第二NPN三極體T2的發射極連接地信號GND，第二NPN三極體T2的集電極連接輸出設備的信號控制端。它本發明有效消除了MCU加電啟動時所產生的無效信號，確保了MCU輸出信號的穩定性和可靠性。
【專利說明】單片機加電啟動時信號穩定性的電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業控制【技術領域】，具體涉及單片機加電啟動時信號穩定性的電路。【背景技術】
[0002]MCU (MicroControllerUnit)微控制器，主要包括單片機、ARM等，其廣泛應用於測控系統、智能儀表、機電一體化產品、智能接口、智能民用產品、消費電子領域。MCU擁有豐富的I/O資源，其可以接入多種應用設備，MCU通過對I/O施加控制信號，從而控制與其相連的外圍應用設備。控制信號的質量直接關係到外圍應用設備的運行質量。
[0003]在電路中控制信號主要用於選通或者使能，選通是指選擇通過選通端的控制信號進行電路或者傳輸信道的選擇，使能是指通過選通端的控制信號使電路工作正常，選通或者使能主要通過將有效信號接通來實現有效信號的同行，將無效信號設置在高阻態，從而濾除無效信號。
[0004]在以晶片或者門電路的控制信號為輸入端的電路中，只有當控制信號端的信號有效時，整個電路才能正常工作。
[0005]通常設計人員在MCU微控制器的電源輸入端，設置上電復位電路，保證MCU微控制器輸入電壓的穩定性，正是由於復位電路的存在，基本保證了 MCU微控制器的正常運行，設計人員就沒有考慮在MCU微控制器的輸出端設置輸出信號穩定電路，而是將MCU微控制器輸出信號直接進行轉換、放大到外圍應用需要的強輸出信號，以驅動功率管、電磁閥和繼電器、接觸器、電動機等被控制設備的執行元件，使外圍應用設備工作。
[0006]不過MCU微控制器加電啟動時，從MCU微控制器開始加電到內部程序加載完成，再到工作狀態正常，需要一段時間，這段時間MCU微控制器的輸出引腳會輸出一個不穩定的信號，可能為高電平也可能為低電平，甚至會在高低電平之間來回震蕩而形成不規則波形，這種不穩定信號，經過放大後，傳輸給外圍應用設備，會造成設備的錯誤動作，嚴重時候會造成設備故障。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術在MCU加電啟動時，僅採用上電復位電路來保證MCU微控制器工作電源的穩定性，從而實現MCU微控制器輸出信號的穩定，這個技術方案還存在無法消除MCU微控制器啟動的一段時間，輸出端信號不穩定，而導致設備的錯誤動作，嚴重時候會造成設備故障的技術缺陷，本發明提供單片機加電啟動時信號穩定性的電路
為解決上述的技術問題，本發明採用以下技術方案:
單片機加電啟動時信號穩定性的電路，包括VCC電源、MCU第一信號端、MCU第二信號端、輸出設備、地信號GND、第一 NPN三極體Tl、第二 NPN三極體T2、電阻Rl，電阻Rl的一端連接VCC電源，電阻Rl的另一端與MCU第二信號端、第二 NPN三極體T2的基極、第一 NPN三極體Tl的集電極相連，第一 NPN三極體Tl的基極連接MCU第一信號端，第一 NPN三極體Tl的發射極連接地信號GND，第二 NPN三極體T2的發射極連接地信號GND，第二 NPN三極體T2的集電極連接輸出設備的信號控制端。
[0008]本發明的工作原理是，採用MCU第一信號端和第一 NPN三極體Tl的基極相連，將MCU第一信號端的信號作為控制第一 NPN三極體Tl導通的控制信號，採用第一 NPN三極體Tl的集電極和第二 NPN三極體Τ2的基極相連，將第一 NPN三極體Tl的導通作為第二 NPN三極體Τ2導通的控制信號，同時還通過MCU第二信號端和第二 NPN三極體Τ2的基極相連來彌補第一 NPN三極體Tl作為第二 NPN三極體Τ2控制信號端的不足，總的來說就是利用第一 NPN三極體Tl的導通和MCU第二信號端的低電平將第二 NPN三極體Τ2的基極電壓拉低，使第二 NPN三極體Τ2的集電極和發射極關斷，實現集電極輸出信號的高阻態，去除無效信號的幹擾，只有MCU第一信號端的信號為「0」，MCU第二信號端的信號為「 I 」的正常信號才被輸出。其中電阻Rl為高阻值電阻，電阻Rl為IOK歐姆級的電阻，充分實現高阻態的形成，同時也保證本發明工作的安全性和穩定性。
[0009]和現有技術在MCU加電啟動時，僅採用上電復位電路來確保MCU工作電源的穩定性從而實現輸出信號的穩定性的技術方案相比，本發明在現有技術的基礎上，採用MCU第一信號端和第一 NPN三極體Tl的基極相連，第一 NPN三極體Tl的集電極和第二 NPN三極體Τ2的基極相連，還通過MCU第二信號端和第二 NPN三極體Τ2的基極來實現對第二 NPN三極體Τ2工作狀態的控制，通過VCC電源和電阻Rl組成的電源電路來為第二 NPN三極體Τ2提供基極的控制電流，實現輸出信號的穩定性，本發明的技術方案，在現有技術中沒有啟示，也沒有再公知常識中被公開，具有實質性的特點，本發明為現有技術做出了貢獻，同時採用本發明的技術方案能有效消除MCU加電啟動時所產生的無效信號，確保了 MCU輸出信號的穩定性和可靠性，減少接入設備的誤動作，取得了實質的進步。
[0010]為了進一步優化，提高以第一NPN三極體Tl為核心器件的控制電路的安全性和穩定性，作為優選，單片機加電啟動時信號穩定性的電路，還包括第一二極體D1，第一二極體Dl的陰極連接第一 NPN三極體Tl的集電極，第一二極體Dl的陽極均與電阻R1、第二 NPN三極體Τ2的基極、MCU第二信號端連接。
[0011]以上是對單片機加電啟動時信號穩定性的電路的安全性的進一步改進。採用第一二極體Dl的陰極連接第一 NPN三極體Tl的集電極，第一二極體Dl的陽極均與電阻R1、第二 NPN三極體Τ2的基極、MCU第二信號端連接的技術方案，可以很好地利用第一二極體Dl正嚮導通時的壓降，防止設備在異常情況下倒灌入大電壓而燒毀MCU晶片。
[0012]為了進一步優化，提高以MCU第二信號端為核心器件的控制電路的安全性和穩定性，作為優選，單片機加電啟動時信號穩定性的電路，還包括第二二極體D2，第二二極體D2的陰極連接MCU第二信號端，第二二極體D2的陽極均與電阻R1、第二 NPN三極體Τ2的基極、第一二極體Dl的陽極連接。
[0013]以上是對單片機加電啟動時信號穩定性的電路的安全性的進一步改進。採用二二極體D2的陰極連接MCU第二信號端，第二二極體D2的陽極均與電阻R1、第二 NPN三極體Τ2的基極、第一二極體Dl的陽極連接，可利用第二二極體D2正嚮導通時的壓降，防止設備在異常情況下倒灌入大電壓而燒毀MCU晶片。
[0014]為了進一步優化，確保VCC電源對為第二 NPN三極體Τ2提供基極的控制電流，作為優選，VCC電源的電壓為2.6?3.3V。
[0015]以上是對單片機加電啟動時信號穩定性的電路的安全性和可靠性的進一步改進。VCC電源的電壓為2.6?3.3V低於MCU第一信號端、MCU第二信號端的控制信號的電壓，從確保了 MCU晶片的安全性。
[0016]為了進一步優化，提高電阻Rl對電路溫度和電流的適應能力，作為優選，電阻Rl為PTC熱敏電阻。
[0017]以上是對單片機加電啟動時信號穩定性的電路的工作質量和自我保護能力的進一步改進。採用電阻Rl採用PTC熱敏電阻，PTC熱敏電阻，具有正溫度係數的熱敏電阻，當本發明的其他器件出現問題時，本發明電路的電流加大，溫度升高，PTC熱敏電阻的電阻值會呈幾何級數的增加，從而有效降低本發明電路的電流，確保本發明工作的穩定性和安全性。
[0018]為了進一步優化，確保電阻Rl為信號輸出通過足夠的高阻態，同時能讓電源為第二 NPN三極體T2提供基極的控制電流，作為優選，電阻Rl的阻值為8K?15K歐姆。
[0019]以上是對單片機加電啟動時信號穩定性的電路的信號輸出能力的進一步改進。
[0020]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1.和現有技術在在MCU加電啟動時，僅採用上電復位電路來確保MCU工作電源的穩定性從而實現輸出信號的穩定性的技術方案相比，本發明採用採用MCU第一信號端和第一NPN三極體Tl的基極相連，第一 NPN三極體Tl的集電極和第二 NPN三極體T2的基極相連，還通過MCU第二信號端和第二 NPN三極體T2的基極來實現對第二 NPN三極體T2工作狀態的控制，同時在MCU第二信號端和第二 NPN三極體T2的基極之間加裝第二二極體D2，在第一 NPN三極體Tl的集電極和第二 NPN三極體T2的基極之間加裝第一二極體D2的技術方案，從而有效消除了 MCU加電啟動時所產生的無效信號，確保了 MCU輸出信號的穩定性和可靠性，減少接入設備的誤動作。
[0021]2.本發明採用IOK歐姆級的PTC熱敏電阻Rl和2.6?3.3V的VCC電源相配合，為輸出信號提供穩定、有效、安全的電源，同時為輸出端提供有效的高阻態。
[0022]本發明解決了 MCU加電啟動時，晶片輸出信號不穩定的技術問題，為現有技術作出了貢獻，確保晶片的接入設備很少受到無效信號的幹擾，產生誤動作，取得了進步，具有很好的產業價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]為了清楚說明本發明，下面採用附圖對本發明及其實施例進行解釋，並對附圖作出簡要說明。附圖及【專利附圖】
【附圖說明】是示意性的，不構成對本發明的具體限定。在本發明發明構思指導下，還可以通過下面的附圖，得到其它附圖。
[0024]圖1為本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合說明書附圖對本發明的【具體實施方式】進一步說明。對這些實施方式的說明主要用於幫助理解本發明的發明構思、所解決的技術問題、構成技術方案的技術特徵和帶來的技術效果。對這些實施方式的說明是示意性的，不構成對本發明的具體限定。本發明各個實施方式所涉及的技術特徵，只要彼此不構成衝突就可以相互組合，通過等同替代或者是明顯變型方式得到的所有實施例，和本發明的實施例實質上相同。[0026]實施例一:
如圖1所示，本發明，包括VCC電源、MCU第一信號端、MCU第二信號端、輸出設備、地信號GND、第一 NPN三極體Tl、第二 NPN三極體T2、電阻R1，電阻Rl的一端連接VCC電源，電阻Rl的另一端與MCU第二信號端、第二 NPN三極體T2的基極、第一 NPN三極體Tl的集電極相連，第一 NPN三極體Tl的基極連接MCU第一信號端，第一 NPN三極體Tl的發射極連接地信號GND，第二 NPN三極體T2的發射極連接地信號GND，第二 NPN三極體T2的集電極連接輸出設備的信號控制端。
[0027]本發明投入使用時，第一步檢查、調試電路:檢查VCC電源、MCU第一信號端、MCU第二信號端、輸出設備、地信號GND、第一 NPN三極體Tl、第二 NPN三極體T2、電阻Rl是否按本發明的技術方案連接，它們之間的硬體連接是否正常，如果出現異常，予以糾正；第二步，力口電測試設備:啟動電源，確認單片機加電啟動時信號穩定性的電路工作狀態是否正常，正常後才投入使用；第三步，執行穩定MCU加電啟動時的信號穩定作業，具體如下:
MCU第一信號端輸出控制信號I為「0」，MCU第二信號端輸出控制信號2為「1」，第一NPN三極體Tl的基極被拉低，其集電極與發射極關斷，其的集電極為高阻，從而使第二 NPN三極體T2的基極被拉高，T2的集電極與發射極導通，T2的集電極被下拉到地，輸出給設備的控制信號為低；
MCU第一信號端輸出控制信號I為「1」，MCU第二信號端輸出控制信號2為「0」，第一NPN三極體Tl的基極被拉高，Tl的集電極與發射極導通，Tl的集電極被下拉到地，從而使第二 NPN三極體T2的基極被拉低，T2的集電極與發射極關斷，T2的集電極為高阻，輸出給設備的控制信號為高阻；
MCU第一信號端輸出控制信號I為「0」，MCU第二信號端輸出控制信號2為「0」，則第二NPN三極體T2的基極被拉低，T2的集電極與發射極關斷，輸出給設備的控制信號為高阻；MCU第一信號端輸出控制信號I為「1」，MCU第二信號端輸出控制信號2為「1」，則第一NPN三極體Tl的基極被拉高，Tl的集電極及射極導通，使得第二 NPN三極體T2的基極被拉低，輸出給設備的控制信號為高阻。
[0028]這樣，在MCU正常工作的時候，可以讓控制信號I為「0」，控制信號2為「1」，輸出給設備的控制信號為低，控制設備的工作狀態啟動。也可以讓控制信號I為「1」，控制信號2為「0」，輸出給設備的控制信號為高阻，控制設備的工作狀態停止。在MCU加電啟動還未正常工作的時候，控制信號I和控制信號2為不穩定的電平，但不管控制信號I和控制信號2如何變化，它們在同一時刻的輸出必定是相同的，都同時為「O」或者同時為「1」，從而使輸出給設備的控制信號是一個穩定的高阻態。這樣，就使MCU在開機啟動時輸出給設備的控制信號為穩定的狀態，防止了設備因控制信號不穩定而產生的誤動作。第二 NPN三極體T2還將內部電路與設備之間隔離開來，對MCU晶片的I/O埠產生保護作用。
[0029]本領域技術人員可根據實際施工環境和工件的要求自由選擇組件的參數。
[0030]實施例二:
為了單片機加電啟動時信號穩定性的電路的安全性，本實施例在實施例一的基礎上進一步地改進，如圖1所示，本實施例的單片機加電啟動時信號穩定性的電路，還包括第一二極體D1，第一二極體Dl的陰極連接第一 NPN三極體Tl的集電極，第一二極體Dl的陽極均與電阻R1、第二 NPN三極體T2的基極、MCU第二信號端連接。[0031]本實施例在實施例一的基礎上加裝了第一二極體Dl，從而利用第一二極體Dl正嚮導通時的壓降，防止設備在異常情況下通過MCU第一信號端倒灌入大電壓而燒毀MCU晶片。
[0032]本領域技術人員可根據實際施工環境和工件的要求自由選擇組件的參數。
[0033]實施例三:
為了單片機加電啟動時信號穩定性的電路的安全性，本實施例在實施例一?二的任意一個實施例的基礎上進一步地改進，如圖1所示，本實施例的單片機加電啟動時信號穩定性的電路，還包括第二二極體D2，第二二極體D2的陰極連接MCU第二信號端，第二二極體D2的陽極均與電阻R1、第二 NPN三極體T2的基極、第一二極體Dl的陽極連接。
[0034]本實施例在實施例一的基礎上加裝了第二二極體D2，從而利用第二二極體Dl正嚮導通時的壓降，防止設備在異常情況下通過MCU第二信號端倒灌入大電壓而燒毀MCU晶片。
[0035]本實施例在實施例二的基礎上加裝了第二二極體D2，從而同時實現對MCU第一信號端、第二信號端的保護，進而保護了 MCU晶片。
[0036]實施例四:
為了單片機加電啟動時信號穩定性的電路的安全性和可靠性，本實施例在實施例一?三的任意一個實施例的基礎上進一步地改進，如圖1所示，本實施例的VCC電源的電壓為
2.6 ?3.3V。
[0037]本實施例，包括三個實施例，主要是對VCC電源的電壓進行限定從而提高電路的安全性和可靠性。VCC電源的電壓可以為2.6V、3.3V、2.8V、2.9V、本領域技術人員可根據實際施工環境和工件的要求自由選擇參數。
[0038]實施例五:
為了單片機加電啟動時信號穩定性的電路的工作質量和自我保護能力，本實施例在實施例一?四的任意一個實施例的基礎上進一步地改進，如圖1所示，本實施例的電阻Rl的為PTC熱敏電阻。
[0039]本實施例，包括四個基本實施例，通過將實施例一，二，三中的電阻Rl採用熱敏電阻而得到，從而提高電路的自動修復能力。
[0040]實施例六:
為了單片機加電啟動時信號穩定性的電路的信號輸出能力，本實施例在實施例一?四的任意一個實施例的基礎上進一步地改進，如圖1所示，本實施例的電阻Rl的阻值為8K?15K歐姆。
[0041]本實施例，包括五個基本實施例，通過將實施例一，二，三，四中的電阻Rl限定為8K?15K歐姆而得到，電阻Rl的阻值可以為8K、15K、10K，本領域技術人員可根據實際施工環境和工件的要求自由選擇參數。
[0042]以上結合說明書附圖對本發明的實施方式作出詳細說明，但本發明並不限於上述實施方式和實施例，在基於本發明的發明構思的基礎上，對本發明的上述實施方式進行各種變化、修改、替換或變型，均落入本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.單片機加電啟動時信號穩定性的電路，包括VCC電源、MCU第一信號端、MCU第二信號端、輸出設備、地信號GND，其特徵在於，還包括第一 NPN三極體T1、第二 NPN三極體T2、電阻R1，所述電阻Rl的一端連接VCC電源，所述電阻Rl的另一端與MCU第二信號端、第二NPN三極體T2的基極、第一 NPN三極體Tl的集電極相連，所述第一 NPN三極體Tl的基極連接MCU第一信號端，所述第一 NPN三極體Tl的發射極連接地信號GND，所述第二 NPN三極體T2的發射極連接地信號GND，所述第二 NPN三極體T2的集電極連接輸出設備的信號控制端。
2.根據權利要求1所述的單片機加電啟動時信號穩定性的電路，其特徵在於，還包括第一二極體D1，所述第一二極體Dl的陰極連接第一 NPN三極體Tl的集電極，所述第一二極體Dl的陽極均與電阻R1、第二 NPN三極體T2的基極、MCU第二信號端連接。
3.根據權利要求1所述的單片機加電啟動時信號穩定性的電路，其特徵在於，還包括第二二極體D2，所述第二二極體D2的陰極連接MCU第二信號端，所述第二二極體D2的陽極均與電阻R1、第二 NPN三極體T2的基極、第一二極體Dl的陽極連接。
4.根據權利要求1所述的單片機加電啟動時信號穩定性的電路，其特徵在於，所述VCC電源的電壓為2.6?3.3V。
5.根據權利要求1所述的單片機加電啟動時信號穩定性的電路，其特徵在於，所述電阻Rl為PTC熱敏電阻。
6.根據權利要求1所述的單片機加電啟動時信號穩定性的電路，其特徵在於，所述電阻Rl的阻值為8K?15K歐姆。
【文檔編號】G05B19/042GK103676736SQ201310630000
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月30日 優先權日:2013年11月30日
【發明者】劉佳 申請人:成都天奧信息科技有限公司