在電子技術(shù)領(lǐng)域，單片機(jī)對(duì)直流信號(hào)的檢測(cè)至關(guān)重要，其應(yīng)用廣泛，從簡(jiǎn)單的電子設(shè)備到復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)都有涉及。不過，直流信號(hào)的電壓范圍差異很大，如常見的 3.3V、5V，也有 12V、24V、36V 甚至 220V 等，所以在檢測(cè)時(shí)，需要做好限流、分壓、轉(zhuǎn)換或隔離等處理。以下將詳細(xì)介紹單片機(jī)檢測(cè)直流信號(hào)的常用電路，如有考慮不周之處，歡迎指正。
對(duì)于 3.3V/5V 信號(hào)，通常可采用三極管或者 MOS 管來(lái)搭建電平轉(zhuǎn)換電路。雖然市場(chǎng)上有現(xiàn)成的轉(zhuǎn)換芯片和 LDO 可供使用，但從成本角度考慮，三極管或 MOS 管更為常用。
若僅使用一個(gè)三極管，邏輯會(huì)反轉(zhuǎn)。三極管工作在線性放大區(qū)時(shí)可放大信號(hào)，當(dāng)作開關(guān)使用時(shí)則工作在非線性區(qū)，即輸入高電平時(shí)導(dǎo)通，輸入低電平時(shí)截止。為確保有明確的電平，下拉一個(gè) 4.7k 電阻到地，否則可能出現(xiàn)不確定的開通或關(guān)斷情況。當(dāng)左邊 VIN 輸入低電平時(shí)，Q1 不導(dǎo)通，Q2 導(dǎo)通，Vout 被拉高，輸出高電平；當(dāng) VIN 輸入 5V 高電平時(shí)，Q1 導(dǎo)通，其集電極接地，VOUT 輸出低電平。
若要實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)高、低轉(zhuǎn)低的正邏輯，還需再增加一個(gè)三極管。當(dāng)左邊 VIN 輸入低電平時(shí)，Q1 不導(dǎo)通，Q2 導(dǎo)通，Q2 集電極接地，Vout 被拉低，輸出低電平；當(dāng) VIN 輸入 5V 高電平時(shí)，Q1 導(dǎo)通，其集電極接地，Q2 截止，VOUT 輸出 3.3V 高電平。
對(duì)于 -6V 至 6V 之間符合規(guī)范的電壓信號(hào)，可采用電阻限流 + 二極管鉗位的組合方式，實(shí)現(xiàn)雙向過壓保護(hù)，該電路也可用于單片機(jī) IO 輸入保護(hù)。
此電路中的二極管選用 SS34B 肖特基二極管，它正向壓降低、反應(yīng)速度快，適合用于保護(hù)電路。輸入信號(hào)為 3.3V 或 5V，經(jīng)過一個(gè) 1kΩ 的電阻 R11 后，有兩個(gè)二極管 D1 和 D2 分別連接到地和電源。當(dāng)輸入電壓正常時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，不影響信號(hào)傳輸；當(dāng)輸入電壓超過 VCC（如 5V）加上二極管的壓降時(shí)，D1 導(dǎo)通，將多余的電壓導(dǎo)向 VCC，防止高壓進(jìn)入后續(xù)電路；若輸入電壓低于 GND，D2 導(dǎo)通，將電壓鉗位到 GND，防止負(fù)壓損壞電路。
電阻 R3（1kΩ）的作用主要有：限制輸入電流，防止瞬間高壓損壞后級(jí)電路；與二極管配合形成鉗位電路時(shí)進(jìn)行限流保護(hù)；降低信號(hào)源的輸出阻抗要求。肖特基二極管 D1 可將輸入電壓鉗位在 VCC + 0.3V（假設(shè)系統(tǒng)電源 VCC = 5V 時(shí)，輸入電壓超過 5.3V 時(shí)導(dǎo)通），D2 可將輸入負(fù)壓鉗位在 GND - 0.3V，防止負(fù)電壓沖擊。
該電路的保護(hù)邏輯如下：正常信號(hào)（3.3V/5V）時(shí)，D1/D2 均處于截止?fàn)顟B(tài)，信號(hào)通過 R3 無(wú)衰減地傳輸至后級(jí)電路；過壓保護(hù)（>5.3V）時(shí)，若輸入電壓超過 VCC + 0.3V，D1 正向?qū)?，將多余電壓通過 VCC 電源回路泄放，避免高壓沖擊后級(jí)電路；負(fù)壓保護(hù)（< -0.3V）時(shí)，若出現(xiàn)負(fù)電壓，D2 正向?qū)ǎ瑢㈦妷恒Q位在 -0.3V 左右，保護(hù)后級(jí) CMOS 器件。
不過，該電路也有一定的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和應(yīng)用限制。雖然允許輸入信號(hào)略大于 VCC，但需確保系統(tǒng)電源能吸收 D1 泄放的電流，且瞬時(shí)功率不超過二極管和電阻的額定值。它不適合持續(xù)高壓輸入，對(duì)高頻干擾防護(hù)能力有限，信號(hào)傳輸存在約 0.3V 的電壓誤差。其典型應(yīng)用場(chǎng)景包括微控制器的按鍵檢測(cè)接口、工業(yè)傳感器信號(hào)輸入（24V 系統(tǒng)需增加分壓電路）、防止熱插拔引起的電壓浪涌以及 ESD 靜電防護(hù)（需配合 TVS 二極管）等。
對(duì)于 12V、24V、36V 電壓的檢測(cè)，雖然三極管也可使用，但它不具備隔離功能，若后級(jí)電路損壞，很可能影響前級(jí)電路。因此，通常采用光耦進(jìn)行檢測(cè)。光耦的正向電流與溫度有關(guān)，溫度越高，電流越小。以 70° 為例，設(shè)計(jì)正向電流為 10 - 20mA 即可。以 12V 電壓為例，正向?qū)▔航禐?1.2V，限流設(shè)置為 15mA，則限流電阻阻值為 (12 - 1.2) / 0.015 = 720Ω，功率為 0.015×0.015×720 = 0.162W，可選用 1/4W 的電阻，如 0805 封裝或更大的。
另一種方法是采用電阻分壓，并加一個(gè)跟隨器跟隨，也能起到保護(hù)作用，該方法相對(duì)簡(jiǎn)單，在此不做過多解釋。
對(duì)于 220V 交流信號(hào)檢測(cè)，正向?qū)▔航?1.2V 相對(duì)于 220V 來(lái)說可忽略不計(jì)。從規(guī)格書來(lái)看，導(dǎo)通電流設(shè)置為 1 - 2mA 是可行的，如 220 / 200k = 1.1mA，100k 電阻的功率為 0.0011×0.0011×100k = 0.121W。
交流導(dǎo)通時(shí)，正 / 負(fù)半周電流通過 R4→光耦 LED→R5→零線（或反向），光耦內(nèi)部 LED 發(fā)光，光耦輸出端導(dǎo)通，OUT 引腳被拉低至近地電平（邏輯 0），單片機(jī)檢測(cè)到低電平脈沖，判定交流電存在；交流斷開時(shí)，光耦輸入側(cè)無(wú)電流，輸出端保持高電平（通過 R3 上拉至 3.3V），單片機(jī)檢測(cè)持續(xù)高電平，判定交流電斷開。在過零點(diǎn)處理方面，電容 C2 在電壓過零時(shí)放電，維持光耦輸入側(cè)短暫導(dǎo)通，避免信號(hào)抖動(dòng)。100K 電阻功率余量充足（實(shí)際功耗 0.12W < 0.5W），可避免長(zhǎng)期過載風(fēng)險(xiǎn)。與單向光耦需整流橋方案相比，雙向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了電路，降低了成本，提升了可靠性。
