【硬件小白成长记：给单片机加个开关】

首先，简单介绍一下，单片机在检测输入是通过检测电平的高低状态来完成的，所以如果直接把一个开关接到单片机上市没有任何意义的，其二在设计一开关量输入检测电路时有一些需要注意的问题：

1.输入到单片机的电平不能超过单片机能够承受的最大耐压值，一旦超过会怎样，超过单片机的引脚会出现短暂性失效和永久性失效两种状态，第一种还好，一般断电修复电路，重新上电，单片机正常工作，另一种就只能换单片机了。（关于单片机的引脚耐受电压是不同的，以3.3v供电的STM32F103RCT6为例，有的引脚可以承受5V，有点引脚可以承受3.3V，打开他的手册你看引脚上带有FT的就是耐受5v的引脚，如果电压再高就不能保证了。。。）

说再多都是空口白话，还是从datasheet中截取一段，大家看着更直白：

2.假如本来接开关的端口，被接入了电源该怎么办（同样两个接入端，遇到不懂的人谁管他带电不带电先接上去再讲嘛。），如何有效防止这种意外的发生呢，也是设计硬件时需要考虑的问题。

3.因为输入很容易引入干扰，像静电干扰/电磁干扰，影响小导致你检测信号的不正常，影响大直接损坏你的检测电路。

4.有时候你还需要通过电路来检测一下这个开关量是不是好用的呢，万一一上来就是坏的，万年常开万年常闭，又该如何去判断呢。

其实硬件设计出能用的电路很简单，身为小白的我学校学的那点知识可能就够用了，但是如何设计出简洁稳定低成本的电路却是一门艺术，你不光要从设计者的角度考虑问题，你还要站在使用者的角度去考虑问题，不断地对电路进行升级，伴随着产品的升级，让他越来越好。

闲话扯远了，下面让我们来进入一下正题，那些年大牛们钟爱的那些电路：

先来一个某位大牛曾设计的电路我们看一下，然后小白带你一点点的分析，先上图：

SW9,是单片机输入口的编号，这里的电平是单片机检测的输入端，也是我们需要的测试端。

端口确认了，接下来分析一下这个电路的原理，首先假设接入开关处于断开状态，SW9的电位由+5接10K电阻接1K电阻接过来，所以这个点为高电平。

当接入开关在闭合状态时，SW9端的电位由R125右侧决定，通过分析为0.7V，也就是4148二极管抬升部分的电位。高位5v 低位0.7v，这个电路是可用的哈。

下面来分析一下电路为什么要这么搭：

首先接5v的R126为10K，主要作用就是限流，因为当前电路我们只做电平检测，所以电路取大一些来电路整体的功耗。

再来看104对地接一个电容怎么看：104的电容主要用来屏蔽高频干扰信号，所以这里主要用来屏蔽干扰。

再来看104电容串接1k的电阻，主要是用来防止电容充放电时，造成的冲击干扰，串个电阻限下流，因容值本身就比较小，所以这里选择串接一个较大的1k的电阻。

再来看看这个二极管4148，这里稍微展开看一下。下面先看下这个4148的datasheet吧。

先看下一手册给出的参数，第一组手册给出的是最大额定值的参数：

运行温度和存储稳定都是-65到200度。

最大通过电流200mA在环境温度为25度的情况下，根据实际经验随着环境温度越高，其通过的最大电流值会降低，实际再设计电路时，要注意不要在最大额定值的附近设计，一旦环境温度提高会导致硬件损坏。

降额因数：1.14mA/度，这个没大研究明白，先略过。

浪涌电流（正玄波）2A，最高持续8.3ms

浪涌电流（方波）1.41A,最高持续8.3ms

接下来是额定参数，25度时候（好像接触的datasheet额定参数都是25度下给出的）：

继续翻翻翻，这个是封装尺寸：

接下来看一下，伏安特性曲线（这里不是课本给出的，而是厂家给出的）：

从图中可以看出，温度不同，元件的特性也不同，但是基本走势是一样的，开启电压，电流上升趋势，跟当年课本学习的还是很像的。

接下来就是看一下加反向电压时候，二极管的表现了：

到这里基本上把整个datasheet都看完了，不需要记住他所有的参数，只是设计时，想到某个地方不肯定时会想起来翻一翻手册，这就很棒啦。

条条大路通罗马，每条都有收费站。。。硬件的方案并不是一成不变的，有时候要分析各种电路的优缺点，选出适合你的一种，虽然要花不少功夫，但是这是提高自己的一条有效之路，下面我们来看大牛的另一种方案。

接下来我们看一下这个电路与上面的有什么不同：

第一点：多了一路发光二极管，用于指示开关的状态（如果不追求极致的功耗与稳定性还是不错的设计）。

第二点：这个电路中也有一个4148的二极管，但是作用缺截然不同。

第三点：输入下半部分加入了一个ESD器件。这个后面讲。

发光二极管那一路不讲了，详情参考点灯第一课，我们来一下这个4148，这里的作用是当输入高于VCC的信号时，由于二极管的存在，大部分能量从二极管进入电源，拉低输入信号的电压值，将输入电平钳位在VCC附近，来保护好我们的MCU。

这里有一个ESD，型号为ULCE1012A015FR，问度娘也没有找到其数据手册，估摸着停产了，只找到个学名：瞬态电压抑制器。

这里对照一下两种：ESD和TVS 稍微展开一下：

ESD 为静电放电。

TVS 为瞬态电压抑制二极管。

二者原理是一样的，度娘讲：当TVS 二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它 能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元 器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。ESD和TVS比较的话,要看用在那些用途上,像ESD主要是用来防静电,防静电就要求电容值低,一般是1--3.5PF之间为最好.而TVS就做不到这一点,TVS的电容值比较高.

一般情况下，这里你加不加都不影响使用，加了要比不加好。

这里引入了一个另一个神奇的器件，光耦EL357,这个器件之前也没有接触过，还是看看datasheet。

忙了一天，继续我们的霸业，先看下EL357N手册给出的图：

特点里面有一堆的各种认证，先忽略，看看重点的几个参数：
一个叫CTR，这里可以理解为三极管的贝塔，就是放大倍数，光耦因为光隔离，所以这里叫电流转换率。

一个叫高电压隔离，输入输出电压隔离，高达：3750v，其它没啥子了。

继续看两组参数，一组叫最大电气参数，一组叫做额定电气参数：前面分析过，就不赘述了：

重点看一下这个CTR：不同的型号其转换率是不同的，就算是同一型号转换率也会受到IF的影响表现不同，所以就没有写典型值。

接着分析一下曲线：先不看曲线，我的脑海里会出现三条曲线，一条为开启电压与对电流的曲线关系，一条为开启电流与输出电流的曲线关系，一条关于CTR曲线的介绍，其实厂家真正给出的曲线还是很多的，我设计中用光耦只是用来隔离开关控制，所以不需要考虑其它的曲线关系，接下来上图吧：

这里多说一点，光耦分线性光耦和非线性光耦，如果你用在信号采集的时候一定要注意了，这里的EL357可以看做线性光耦来用。

后面的元件封装这里就上图了，没什么用，还是看下官方给出的参考用法：

这里的用法电路，和我们的最后一个开关量采集的方案非常像，但是没有给出匹配电阻和电压的具体参数，这些其实不用给我，根据电气参数的额定值和最大值，可以自己进行设计的，其实这么一路自己分析下来做硬件没有想象的那么难，只是做得没有比人做得那么好而已，到这里先暂时告一段落，手里暂时没有EL357的件，等我过两天买的到了再把焊接调试部分补上。

CTR在2倍到4倍之间的范围，实际接一下电路验证一下。

还是先验证一下作为开关量输入的功能是否是有效的：

直接上图：

没有1K的插件，拿3个3.7K的电阻并了一下，见谅哈哈，接下来我们来算一下这个真实的CTR符不符合我们买的器件的CTR的值，输入端电阻为4.7k 输出测电阻为3个4.7k电阻并联，阻值为1.55k，基于输出电流IC/输入电流IF的比值来算一下真实的CTR。

为了测量CTR 拿短路环将开关短路，如下：

接下来测量一下两侧电阻的压降为多少：

4.7K输入侧压降为22.9V：算一下电流为4.87mA。

1.56K输出压降为18V：S算一下电流为：11.53mA。

真实CTR为：236%，符合我买的C系列CTR范围，到此测试学习结束。goodbye。

            【本帖内容】硬件小白学习之神奇的继电器

             硬件小白学习之学会点灯了