第一篇點燈的成長之路已經(jīng)完成，你可以用單片機來控制如何點燈玩耍了，至于具體如何寫代碼讓單片機完成這個點燈的動作，還是往后放一放，看看其它一些常用的電路設(shè)計，這里講一個，有關(guān)于單片機的輸入開關(guān)量檢測的設(shè)計。
開關(guān)量檢測是在單片機控制中非常常用和簡單的一類處理了，經(jīng)常用到的開關(guān)有光電開關(guān)，水位開關(guān)，壓力開關(guān)，微動開關(guān)等等，其實很多，這里我們講一下無源開關(guān)的檢測設(shè)計（有源的后面講），也叫干接點輸入，就是閉合和斷開無極性。（你可以理解為家里常用的插座開關(guān)，只是一個通斷的控制，電源由外部提供）。
首先，簡單介紹一下，單片機在檢測輸入是通過檢測電平的高低狀態(tài)來完成的，所以如果直接把一個開關(guān)接到單片機上市沒有任何意義的，其二在設(shè)計一開關(guān)量輸入檢測電路時有一些需要注意的問題：
1.輸入到單片機的電平不能超過單片機能夠承受的最大耐壓值，一旦超過會怎樣，超過單片機的引腳會出現(xiàn)短暫性失效和永久性失效兩種狀態(tài)，第一種還好，一般斷電修復(fù)電路，重新上電，單片機正常工作，另一種就只能換單片機了。（關(guān)于單片機的引腳耐受電壓是不同的，以3.3v供電的STM32F103RCT6為例，有的引腳可以承受5V，有點引腳可以承受3.3V，打開他的手冊你看引腳上帶有FT的就是耐受5v的引腳，如果電壓再高就不能保證了。。。）
說再多都是空口白話，還是從datasheet中截取一段，大家看著更直白：
2.假如本來接開關(guān)的端口，被接入了電源該怎么辦（同樣兩個接入端，遇到不懂的人誰管他帶電不帶電先接上去再講嘛。），如何有效防止這種意外的發(fā)生呢，也是設(shè)計硬件時需要考慮的問題。
3.因為輸入很容易引入干擾，像靜電干擾/電磁干擾，影響小導(dǎo)致你檢測信號的不正常，影響大直接損壞你的檢測電路。
4.有時候你還需要通過電路來檢測一下這個開關(guān)量是不是好用的呢，萬一一上來就是壞的，萬年常開萬年常閉，又該如何去判斷呢。
其實硬件設(shè)計出能用的電路很簡單，身為小白的我學(xué)校學(xué)的那點知識可能就夠用了，但是如何設(shè)計出簡潔穩(wěn)定低成本的電路卻是一門藝術(shù)，你不光要從設(shè)計者的角度考慮問題，你還要站在使用者的角度去考慮問題，不斷地對電路進行升級，伴隨著產(chǎn)品的升級，讓他越來越好。
閑話扯遠了，下面讓我們來進入一下正題，那些年大牛們鐘愛的那些電路：
先來一個某位大牛曾設(shè)計的電路我們看一下，然后小白帶你一點點的分析，先上圖：
SW9,是單片機輸入口的編號，這里的電平是單片機檢測的輸入端，也是我們需要的測試端。
端口確認了，接下來分析一下這個電路的原理，首先假設(shè)接入開關(guān)處于斷開狀態(tài)，SW9的電位由+5接10K電阻接1K電阻接過來，所以這個點為高電平。
當(dāng)接入開關(guān)在閉合狀態(tài)時，SW9端的電位由R125右側(cè)決定，通過分析為0.7V，也就是4148二極管抬升部分的電位。高位5v 低位0.7v，這個電路是可用的哈。
下面來分析一下電路為什么要這么搭：
首先接5v的R126為10K，主要作用就是限流，因為當(dāng)前電路我們只做電平檢測，所以電路取大一些來電路整體的功耗。
再來看104對地接一個電容怎么看：104的電容主要用來屏蔽高頻干擾信號，所以這里主要用來屏蔽干擾。
再來看104電容串接1k的電阻，主要是用來防止電容充放電時，造成的沖擊干擾，串個電阻限下流，因容值本身就比較小，所以這里選擇串接一個較大的1k的電阻。
再來看看這個二極管4148，這里稍微展開看一下。下面先看下這個4148的datasheet吧。
先看下一手冊給出的參數(shù)，第一組手冊給出的是最大額定值的參數(shù)：
運行溫度和存儲穩(wěn)定都是-65到200度。
最大通過電流200mA在環(huán)境溫度為25度的情況下，根據(jù)實際經(jīng)驗隨著環(huán)境溫度越高，其通過的最大電流值會降低，實際再設(shè)計電路時，要注意不要在最大額定值的附近設(shè)計，一旦環(huán)境溫度提高會導(dǎo)致硬件損壞。
降額因數(shù)：1.14mA/度，這個沒大研究明白，先略過。
浪涌電流（正玄波）2A，最高持續(xù)8.3ms
浪涌電流（方波）1.41A,最高持續(xù)8.3ms
接下來是額定參數(shù)，25度時候（好像接觸的datasheet額定參數(shù)都是25度下給出的）：
接下來我們看一下這個電路與上面的有什么不同：
第一點：多了一路發(fā)光二極管，用于指示開關(guān)的狀態(tài)（如果不追求極致的功耗與穩(wěn)定性還是不錯的設(shè)計）。
第二點：這個電路中也有一個4148的二極管，但是作用缺截然不同。
第三點：輸入下半部分加入了一個ESD器件。這個后面講。
發(fā)光二極管那一路不講了，詳情參考點燈第一課，我們來一下這個4148，這里的作用是當(dāng)輸入高于VCC的信號時，由于二極管的存在，大部分能量從二極管進入電源，拉低輸入信號的電壓值，將輸入電平鉗位在VCC附近，來保護好我們的MCU。
這里有一個ESD，型號為ULCE1012A015FR，問度娘也沒有找到其數(shù)據(jù)手冊，估摸著停產(chǎn)了，只找到個學(xué)名：瞬態(tài)電壓抑制器。
這里對照一下兩種：ESD和TVS 稍微展開一下：
ESD 為靜電放電。
TVS 為瞬態(tài)電壓抑制二極管。
二者原理是一樣的，度娘講：當(dāng)TVS 二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它 能以10的負12次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值，有效地保護電子線路中的精密元 器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。ESD和TVS比較的話,要看用在那些用途上,像ESD主要是用來防靜電,防靜電就要求電容值低,一般是1--3.5PF之間為最好.而TVS就做不到這一點,TVS的電容值比較高.
一般情況下，這里你加不加都不影響使用，加了要比不加好。
這里引入了一個另一個神奇的器件，光耦EL357,這個器件之前也沒有接觸過，還是看看datasheet。
特點里面有一堆的各種認證，先忽略，看看重點的幾個參數(shù)：
一個叫CTR，這里可以理解為三極管的貝塔，就是放大倍數(shù)，光耦因為光隔離，所以這里叫電流轉(zhuǎn)換率。
一個叫高電壓隔離，輸入輸出電壓隔離，高達：3750v，其它沒啥子了。
繼續(xù)看兩組參數(shù)，一組叫最大電氣參數(shù)，一組叫做額定電氣參數(shù)：前面分析過，就不贅述了：
重點看一下這個CTR：不同的型號其轉(zhuǎn)換率是不同的，就算是同一型號轉(zhuǎn)換率也會受到IF的影響表現(xiàn)不同，所以就沒有寫典型值。
接著分析一下曲線：先不看曲線，我的腦海里會出現(xiàn)三條曲線，一條為開啟電壓與對電流的曲線關(guān)系，一條為開啟電流與輸出電流的曲線關(guān)系，一條關(guān)于CTR曲線的介紹，其實廠家真正給出的曲線還是很多的，我設(shè)計中用光耦只是用來隔離開關(guān)控制，所以不需要考慮其它的曲線關(guān)系，接下來上圖吧：
這里多說一點，光耦分線性光耦和非線性光耦，如果你用在信號采集的時候一定要注意了，這里的EL357可以看做線性光耦來用。
后面的元件封裝這里就上圖了，沒什么用，還是看下官方給出的參考用法：
這里的用法電路，和我們的最后一個開關(guān)量采集的方案非常像，但是沒有給出匹配電阻和電壓的具體參數(shù)，這些其實不用給我，根據(jù)電氣參數(shù)的額定值和最大值，可以自己進行設(shè)計的，其實這么一路自己分析下來做硬件沒有想象的那么難，只是做得沒有比人做得那么好而已，到這里先暫時告一段落，手里暫時沒有EL357的件，等我過兩天買的到了再把焊接調(diào)試部分補上。
CTR在2倍到4倍之間的范圍，實際接一下電路驗證一下。
沒有1K的插件，拿3個3.7K的電阻并了一下，見諒哈哈，接下來我們來算一下這個真實的CTR符不符合我們買的器件的CTR的值，輸入端電阻為4.7k 輸出測電阻為3個4.7k電阻并聯(lián)，阻值為1.55k，基于輸出電流IC/輸入電流IF的比值來算一下真實的CTR。
為了測量CTR 拿短路環(huán)將開關(guān)短路，如下：
接下來測量一下兩側(cè)電阻的壓降為多少：
4.7K輸入側(cè)壓降為22.9V：算一下電流為4.87mA。
1.56K輸出壓降為18V：S算一下電流為：11.53mA。
真實CTR為：236%，符合我買的C系列CTR范圍，到此測試學(xué)習(xí)結(jié)束。goodbye。
【本帖內(nèi)容】硬件小白學(xué)習(xí)之神奇的繼電器
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