Ingresso 12V sul pin del microcontrollore

Sto cercando di contare gli impulsi / sec. su un pin del microcontrollore nell'intervallo da ~ 5 a 100Hz. L'µC può funzionare con un ingresso di 5 V, quindi devo abbassare il livello di tensione in sicurezza.

Mi viene in mente un semplice resistore, che tuttavia lascia qualsiasi impulso aperto direttamente al pin µC - meh .

Ho trovato questa risposta, ma la domanda rimane se quel circuito è capace di cambiamenti "veloci" a 100Hz.

Esiste un modo comprovato e affidabile (forse tramite un circuito integrato?) Di contattare i pin 5 V o 3,3 V per ingressi da 12 V "sporchi" ? Ho i 12V e 5V disponibili per pilotare qualsiasi IC "ready made".

Usa un circuito come questo:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

R1 e R2 determinano l'intervallo di tensione ed eseguono la divisione iniziale. Questi resistori devono essere in grado di avere una certa potenza. Tipico è MELF 0.4W. Tutti gli altri possono essere resistori / condensatori di chip.

R3 impedisce che eventuali sovratensioni causino danni al grilletto schmitt. R4 e R5 sono opzionali per prevenire segnali fluttuanti.
Tuttavia, la combinazione R3 / R4 può anche essere utilizzata per regolare la soglia, se necessario.

C1 e C2 determinano la velocità massima. La combinazione R3 / C2 può filtrare lentamente. C1 filtra i transitori.

Viene utilizzato un trigger schmitt separato poiché puoi ottenerli davvero piccoli ed economici. E impedisce di instradare un segnale debole su lunghe tracce. Pur essendo anche una parte sacrificale sulle impennate maggiori.

Ho progettato questo circuito in base a ciò che ho visto all'interno dei PLC. Il circuito sopra è per 24V. Regolare le resistenze in modo che corrispondano a 12V secondo IEC61131-2.

Il concetto di standard è garantire che l'ingresso debba assorbire una quantità minima di corrente prima di considerarlo un '1'. I tre tipi specificano quanto e vengono applicati in base al rumore ambientale. Questo impedisce ai glitch di toccarlo o relè nelle vicinanze. Lo svantaggio è che R1 / 2 deve avere una potenza decente e una bassa resistenza.

Vorrei provare una soluzione di divisione del resistore come mostrato di seguito.

Selezionare il rapporto di resistenza in modo che la tensione divisa sia al livello corretto per l'MCU quando l'ingresso è alla sua tensione nominale. La tensione del diodo zener è selezionata per bloccare l'ingresso MCU quando l'ingresso supera l'ingresso massimo. Lo zener proteggerà anche l'MCU se l'ingresso diventa negativo.

Questa soluzione funzionerà alla grande per la gamma di frequenza relativamente bassa che hai specificato.

Vorrei utilizzare un divisore di resistenza e quindi proteggere l'UC con uno Zener 5.1v

Se metti lo zener tra il pin e la terra in parallelo con, diciamo, un resistore pull down da 10k, quindi immetti il ​​segnale diviso in tensione ... zener è più che abbastanza veloce ed economico / facile.

Faccio spesso questo e divido il segnale prima del bit zener con un piatto.

Un'altra opzione è collegata, se la tua preoccupazione era davvero che potesse essere usata un'opto, se non fosse un problema di sicurezza andrei con quanto sopra o avrei il pin normalmente alto da 5 V Vcc e lo tirerei basso con un fet (fuori dalla mia testa 2N7000 dovrebbe funzionare) - ma è meno semplice dell'opzione zener.

Se i livelli del segnale sono GND e 12V (o> 5V), il modo più semplice e sicuro al 100% è questo:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Se serve davvero al tuo scopo dipende dall'effettiva impedenza del segnale 12V (dovrebbe essere molto al di sotto di R1) e da cosa intendi per "sporco".

Inoltre, come giustamente sottolineato da @MichaelKaras, il livello basso sull'ingresso del µC può essere spostato al livello basso del segnale 12V più Vf del diodo (fino a circa 0,7 V). Dovresti verificare se questo è un problema nel tuo caso o meno. In tal caso, puoi ancora provare a utilizzare un diodo Schottky con un Vf di circa 0,35 V.

Userei un optoisolatore, 100Hz è facilmente nel raggio di qualsiasi altro decente. 4n25 viene in mente come un numero di parte comune e so che è in grado di fare molto meglio di 100Hz.

Il metodo selezionato dipende in parte da ciò che fa il segnale di ingresso, da come si comporta e da come ciò potrebbe influenzare il circuito di ingresso e il codice che lo legge?

es. è sempre 12 V? Ha punte o rumore? Quanta corrente può guidare? La corrente può essere guidata in esso? Prendere corrente da esso influirà su qualcos'altro? È fondamentale per la sicurezza? ....

Per questo motivo non può mai esserci una risposta universale a questa domanda poiché la soluzione "corretta" dipende da ciò che fa il resto del sistema. La soluzione scelta che soddisfa i requisiti avrà costi e complessità diversi.

Detto questo, come nessun altro ha ancora suggerito, sceglierò un input FET.

È possibile utilizzare un JFET o MOSFET e possono essere sia fonti comuni che modalità di scarico comuni. Ad esempio, scarico comune:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Il vantaggio della modalità drain comune è che consente l'ingresso dell'ingresso a un pin analogico (ad es. ADC) o digitale. Se il segnale è veramente digitale, abiliterei il trigger schmitt sull'ingresso CPU (se ne ha uno), o aggiungerei un buffer schmitt esterno al pin di ingresso della CPU.

vantaggi

• Impedenza di ingresso molto elevata
• Ingresso parzialmente isolato (può resistere a +/- 30 V, a seconda della selezione FET)
• Analogico possibile
• Effetto minimo sul segnale esterno

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Figura 1. Interfaccia optoisolata. Usa pull-up interno su GPIO.

Un optoisolatore risolve diversi problemi.

• Completo isolamento elettrico tra il circuito a 12 V e la logica a 5 V.
• Gestisce il segnale sporco a 12 V senza rischi.
• Semplicità.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

R1, R2 e C1 formano un divisore di tensione con un filtro passa basso da 1kHz. Qualsiasi segnale ad alta frequenza indesiderato che viaggia sul 12V può essere filtrato. Il calcolo per la frequenza del filtro è 1 / (2 pi R2 C1). Nota: la Base richiede almeno 0,7 V per funzionare correttamente, fare attenzione quando si regola la resistenza.

BJT viene utilizzato perché è molto comune paragonarlo a mosfet. Nel caso in cui il 12V sia ancora attivo ma il 5V per il tuo uC è inattivo, il BJT non passerà corrente nel pin e causerà danni.

Per la programmazione uC, utilizzare un trigger da alto a basso per contare il polso. Poiché questo circuito invertirà l'impulso.

Generalmente gli ingressi MCU sono già protetti con diodi clamp, purché si abbia un resistore con un valore ottimizzato (abbastanza alto per i morsetti e abbastanza basso per il campionamento) e si abbia una buona capacità di bypass tra VDD e VSS, non si ha di cui preoccuparsi. Quindi, solo una resistenza è abbastanza buona.

modifica: Grazie al commento di PeterJ, voglio spiegarlo un po 'di più. La minima potenza assorbita dall'MCU (supponendo che non sia inattiva), la capacità di bypass, il valore della resistenza; quando tutti questi sono nel punto compromettente - che è facilmente il caso molto generale con solo la condizione che usa un resistore di circa 10kOhm - l'unico resistore va bene per la semplice applicazione dell'OP.

Puoi optare per un regolatore di tensione LM7805 / LM7803 rispettivamente per 5 V e 3,3 V. Suppongo che l'uC sia isolata da un carico che richiede corrente, se presente.