在電子技術領域，單片機對直流信號的檢測至關重要，其應用廣泛，從簡單的電子設備到復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)都有涉及。不過，直流信號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，所以在檢測時，需要做好限流、分壓、轉(zhuǎn)換或隔離等處理。以下將詳細介紹單片機檢測直流信號的常用電路，如有考慮不周之處，歡迎指正。

一、3.3V/5V 信號處理

對于 3.3V/5V 信號，通?？刹捎萌龢O管或者 MOS 管來搭建電平轉(zhuǎn)換電路。雖然市場上有現(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。

負邏輯電路

若僅使用一個三極管，邏輯會反轉(zhuǎn)。三極管工作在線性放大區(qū)時可放大信號，當作開關使用時則工作在非線性區(qū)，即輸入高電平時導通，輸入低電平時截止。為確保有明確的電平，最好下拉一個 4.7k 電阻到地，否則可能出現(xiàn)不確定的開通或關斷情況。當左邊 VIN 輸入低電平時，Q1 不導通，Q2 導通，Vout 被拉高，輸出高電平；當 VIN 輸入 5V 高電平時，Q1 導通，其集電極接地，VOUT 輸出低電平。

正邏輯電路

若要實現(xiàn)高轉(zhuǎn)高、低轉(zhuǎn)低的正邏輯，還需再增加一個三極管。當左邊 VIN 輸入低電平時，Q1 不導通，Q2 導通，Q2 集電極接地，Vout 被拉低，輸出低電平；當 VIN 輸入 5V 高電平時，Q1 導通，其集電極接地，Q2 截止，VOUT 輸出 3.3V 高電平。

二、電阻限流 + 二極管鉗位電路

對于 -6V 至 6V 之間符合規(guī)范的電壓信號，可采用電阻限流 + 二極管鉗位的組合方式，實現(xiàn)雙向過壓保護，該電路也可用于單片機 IO 輸入保護。

此電路中的二極管選用 SS34B 肖特基二極管，它正向壓降低、反應速度快，適合用于保護電路。輸入信號為 3.3V 或 5V，經(jīng)過一個 1kΩ 的電阻 R11 后，有兩個二極管 D1 和 D2 分別連接到地和電源。當輸入電壓正常時，二極管處于截止狀態(tài)，不影響信號傳輸；當輸入電壓超過 VCC（如 5V）加上二極管的壓降時，D1 導通，將多余的電壓導向 VCC，防止高壓進入后續(xù)電路；若輸入電壓低于 GND，D2 導通，將電壓鉗位到 GND，防止負壓損壞電路。
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電路；與二極管配合形成鉗位電路時進行限流保護；降低信號源的輸出阻抗要求。肖特基二極管 D1 可將輸入電壓鉗位在 VCC + 0.3V（假設系統(tǒng)電源 VCC = 5V 時，輸入電壓超過 5.3V 時導通），D2 可將輸入負壓鉗位在 GND - 0.3V，防止負電壓沖擊。
該電路的保護邏輯如下：正常信號（3.3V/5V）時，D1/D2 均處于截止狀態(tài)，信號通過 R3 無衰減地傳輸至后級電路；過壓保護（>5.3V）時，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，避免高壓沖擊后級電路；負壓保護（< -0.3V）時，若出現(xiàn)負電壓，D2 正向?qū)?，將電壓鉗位在 -0.3V 左右，保護后級 CMOS 器件。
不過，該電路也有一定的設計注意事項和應用限制。雖然允許輸入信號略大于 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，對高頻干擾防護能力有限，信號傳輸存在約 0.3V 的電壓誤差。其典型應用場景包括微控制器的按鍵檢測接口、工業(yè)傳感器信號輸入（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（需配合 TVS 二極管）等。

三、12V、24V、36V 直流信號檢測

光耦檢測

對于 12V、24V、36V 電壓的檢測，雖然三極管也可使用，但它不具備隔離功能，若后級電路損壞，很可能影響前級電路。因此，通常采用光耦進行檢測。光耦的最大正向電流與溫度有關，溫度越高，電流越小。以 70° 為例，設計正向電流為 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。

電阻分壓檢測

另一種方法是采用電阻分壓，并加一個跟隨器跟隨，也能起到保護作用，該方法相對簡單，在此不做過多解釋。

四、220V 交流信號檢測

對于 220V 交流信號檢測，正向?qū)▔航?1.2V 相對于 220V 來說可忽略不計。從規(guī)格書來看，導通電流設置為 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。

交流導通時，正 / 負半周電流通過 R4→光耦 LED→R5→零線（或反向），光耦內(nèi)部 LED 發(fā)光，光耦輸出端導通，OUT 引腳被拉低至近地電平（邏輯 0），單片機檢測到低電平脈沖，判定交流電存在；交流斷開時，光耦輸入側(cè)無電流，輸出端保持高電平（通過 R3 上拉至 3.3V），單片機檢測持續(xù)高電平，判定交流電斷開。在過零點處理方面，電容 C2 在電壓過零時放電，維持光耦輸入側(cè)短暫導通，避免信號抖動。100K 電阻功率余量充足（實際功耗 0.12W < 0.5W），可避免長期過載風險。與單向光耦需整流橋方案相比，雙向結構簡化了電路，降低了成本，提升了可靠性。