如何创建模拟输入保护电路

步骤1：您将需要。..

带有少量跳线的面包板

一组标准电阻器值（我使用了模拟零件套件）

电阻器颜色指南或应用程序（我使用了Digilent创建的该应用，但是有很多可用的

二极管，用于开关或整流（也在Analog Parts套件中）

偏置电压源（例如AA电池）

台式电源和数字万用表（用于测试）

第2步：确定输入和输出电压

在进行任何数字运算以选择分压器的电阻值之前，我们需要确定约束。显然，我们受到模拟输入引脚的最大电压的约束，但是我们还希望二极管在达到该阈值之前变得正向偏置。这意味着我们需要有一个二极管连接的电压电平，以使其能够正向偏置到或低于我们想要保护引脚的电压电平。包括的电路图说明了我们所需的设置。

现在，我们需要为二极管提供这一特定电压电平。二极管是非线性元件，因此跨输入的电压降会在一定范围的输入范围内略有变化，但是一般的假设是跨它的电压降为0.7V。这意味着无论我们选择哪个电压+ 0.7V都是正向偏置二极管所需的电压，从而可以保护我们的模拟输入引脚。

取决于可用的电压，您的电压可能会与我的略有不同。我使用了一块AA电池作为高端，其测量值为1.6V，这将导致在输入引脚上看到约2.3V的输入电压，以使二极管处于活动状态。这是一个非常好的最大值，因为它远低于uC32模拟输入引脚的3.3V输入最大值。我要降低到此水平的输入电压约为12V，可以从一台小型直流电动机上读出。

步骤3：确定分压器的电阻值

**快速说明，修改这些电压所采取的步骤对于各种目标都是一致的。我们在此处使用的值是由我们的约束条件决定的，这些约束条件是使用AA电池作为二极管的偏置电压源，以及我们要测量的已知电压。如果您有专用的电源，则可以根据需要更改偏置电压，以便在模拟引脚上获得不同的电压读数（如步骤2中的图所示）

一个已知的目标测量值（我们在上一步中确定的〜2.3V）和我们的12V输入值，我们可以做一些数学运算来确定满足在这些电压下工作的电路所需的电阻值。我设计该电路的总电阻约为1 M 1（类似于典型的万用表的阻抗）。

上图中的蓝色框列出了我们的已知值，从中我们可以使用绿色框中的方程式来计算所需的电阻值。 R1和R2的值将根据您的输入电压和测量的电压值而有所不同，但是很有可能它们与标准电阻器的值有很大不同，因此您需要使用值的组合来接近该值。 （我建议尽量不要对R1或R2使用四个以上的电阻，因为建立精确的计算值并不重要）。

确定要使用的电阻后，测量其电阻尽可能精确地确定价值。此步骤很重要，因为您将需要这些数字来计算实际要测量的电压。

步骤4：构建和测试电路

在上面的白板图像中，我包括了经过测量的电阻值（至四个有效数字），这些电阻值将满足使用上一步中的公式计算出的R1和R2的值。同样，这里要对电阻器本身进行一定程度的测量是很重要的，而不仅仅是使它们与您为这些值计算出的值完全匹配。

现在，将电阻器串联您可以测试电路的工作情况是否接近您的期望。使用电源提供电压，您可以使用数字万用表测量等效R1和R2电阻之间的电压。这将是模拟引脚看到的电压。

上面的面包板图片中指出了一些连接。绿色方框代表输入的输入电压（12V），蓝色方框代表我们的微控制器将读取的导线（橙色线连接到模拟引脚，黑色线连接到公共接地），橙色框在+和

第5步：测量

上面的图片提供了镜头在不同条件下工作的电路前两个包括在电路中在正常12V操作和17.8V下实现的二极管钳位（模拟电压的潜在尖峰）。最下面的两个是输入电压相同（ish）的图片，而电路中未连接二极管部分。

虽然我们清楚地读取的电压低于我们预期的2.3V的电压，但这仍然说明二极管起到了并联的作用（看到该范围保持在12V至17.8V之间）。这允许多余的电流通过它，而不是在测量点积聚并导致该点电压升高。

前两幅图像中〜1.9V的读数可能是多种因素的乘积，但是这表明，我们感兴趣的电压在二极管两端的压降低于我们假定的0.7V 。造成这种情况的确切原因不在本Instructable的范围之内，但是我们可以对补偿因子进行假设，以便获得更准确的结果（假设我们的预期〜2.3V与12V输入成正比）。

步骤6：补偿因子

由于该电路中的电流已经非常低（以微安为单位），因此二极管将消耗大量电流。一旦电流变为甚至略微向前偏斜的百分比。这将导致电压测量值的下降与二极管两端的压降成正比。为了使我们的测量在目标电压范围内更加准确，我们可以测量连接二极管和不连接二极管时的输出电压。取这两者的差给我们这个因素，尽管它并不精确，但它使我们可以将误差最小化。

对于上一步中图像中可用的测量，我得到的补偿因子为0.21 V，它将与从模拟引脚读取的电压相加。

步骤7：结果

如果您有足够的信号源（或您可以查看上面的图片以确认概念）。从图中的仪表可以看出，即使在电路上施加30V的电压，输出电压也可以很好地保持在〜2V的水平（大约为35µA的电流）。白板上包含的方程式为我们提供了一种基于电阻值，补偿系数和测得的电压来计算输入电压的方法。仅当我们的输入电压实际为12V或更低时，这才真正能够可靠地提供结果，但是这很重要，因为我们希望保护电路板免受潜在的电压尖峰的影响。

插入被测电压从第5步的右上图，我们的补偿因子和电阻值到上面的方程式中，我得到的计算输入电压约为11.823V（误差约为-1.47％），非常好！如前所述，这将不是最准确的数据，但是您现在可以进行测量并在微控制器上对其执行各种操作！