单管脚检测方法及电路

技术领域

本申请涉及单片机应用的领域，尤其是涉及一种单管脚检测方法及电路。

背景技术

单片机的管脚数量因芯片型号不同而不同，一般比较常见的有28、40、48、64、80、128等脚数。这些管脚可以按照功能进行分类，包括电源、时钟、控制和I/O引脚。I/O引脚是最常用的管脚之一，通常用于连接外设并与其交互，包括输入和输出信号。此外，还有一些定时器/计数器输入和输出、中断线、串口线等管脚。在连接外部电路时，需要了解每个管脚的功能以及如何正确地连线。例如，电源管脚应该连接到适当的电源，时钟管脚需要连接到振荡器等。错误的连接可能会导致单片机无法正常工作。在某些领域，例如UPS产品中，单片机利用多管脚检测输出电压、电流，指示灯控制，这样会极大的浪费单片机的有限的管脚资源。

发明内容

为了节省单片机有限的管脚资源，本申请提供了一种单管脚检测方法及电路。

本申请提供的一种单管脚检测方法及电路，采用如下的技术方案：

第一方面，提供一种单管脚检测方法，应用于单片机电路，包括：

通过所述单片机的单管脚发出导通信号给第一开关单元和第二开关单元；所述第一开关单元和第二开关单元均与输入电压端连接；

导通后的第一开关单元输出的电流使得所述第二开关单元导通；

所述单管脚接收所述第二开关单元导通后输出的第一电压，以判断输入电压端的输入电压是否正常。

优选的，还包括：

当单片机判断所述输入电压处于正常状态后，设置所述单管脚处于高阻态，使得第二开关单元不导通；

通过接收流经第二开关单元的输出地GND1和回路地GND2之间的第一电流，以判断输入电压端输出的电流是否正常。

优选的，还包括：

当所述第一电压和第一电流正常时，单片机设置所述单管脚为第一低电压，使得与所述单管脚连接的发光二极管处于第一状态；

当所述第一电压和/或第一电流异常，单片机设置所述单管脚为第二低电压，使得与所述单管脚连接的发光二极管处于第二状态。

第二方面，提供一种单管脚检测电路，应用于单片机电路，包括：

第一开关单元，用于接收单片机的单管脚输出的导通信号，并输出电流使得第二开关单元导通；

第二开关单元，用于在导通情况下输出第一电压给单片机的所述单管脚，之后在不导通情况下，输出第一电流给单片机的所述单管脚；

单片机，用于利用所述单管脚发出导通信号，并接收所述第二开关单元输出的第一电压和第一电流，并判断所述第一电压和/或第一电流是否正常。

优选的，还包括：发光二极管，用于接收所述单管脚发出的第一低电压或第二低电压，使得发光二极管处于第一状态或第二状态。

优选的，所述第一开关单元，包括：第一场效应管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；所述第二电阻R2一端连接单片机的所述单管脚，所述第二电阻R2的另一端通过第一电阻R1连接到输出地GND1，还通过第一电容C1连接到输出地GND1，还与所述第一场效应管Q1的栅极连接；所述第一场效应管Q1的源极连接输出地GND1，所述第一场效应管Q1的漏极连接所述第二开关单元。

优选的，所述第二开关单元，包括：第二场效应管Q2，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2；所述第五电阻R5的一端连接单片机的所述单管脚，所述第五电阻R5的一端还通过第二电容C2连接到输出地GND1；所述第五电阻R5的另一端通过第六电阻R6连接回路地GND2，还通过第二电阻R2连接第二场效应管Q2的源极；所述第二场效应管Q2的栅极和漏极之间设置有第四电阻R4；所述第二场效应管Q2的栅极与所述第一场效应管Q1的漏极连接。

优选的，所述第一场效应管Q1为NMOS管；所述第二场效益管Q2为PMOS管。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请比常规单片机进行检测结构更简单，极少的零件就能实现输出电压电流检测并反馈；

2.利用发光二极管D1的不同状态判定产品是否有异常出现，适用性更强。

附图说明

图1是单管脚检测方法第一实施例步骤图；

图2是单管脚检测方法第二实施例步骤图；

图3是单管脚检测方法第三实施例步骤图；

图4是单管脚检测电路第一实施例逻辑图；

图5是单管脚检测电路第二实施例逻辑图；

图6是单管脚检测电路的具体构成图。

附图标记说明：1、第一开关单元；2、第二开关单元；3、单片机；4、发光二极管单元。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-附图6及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

术语解释：

高阻态：是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，对下级电路无任何影响，表示该电路的输出端处于开路或短路状态。

本申请提供的一种单管脚检测方法及电路，采用如下的技术方案：

第一方面，如图1所示，提供一种单管脚检测方法，应用于单片机电路，包括：

S1：通过所述单片机的单管脚发出导通信号给第一开关单元和第二开关单元；所述第一开关单元和第二开关单元均与输入电压端连接；

S2：导通后的第一开关单元输出的电流使得所述第二开关单元导通；

S3：所述单管脚接收所述第二开关单元导通后输出的第一电压，以判断输入电压端的输入电压是否正常。

优选的，如图2所示，还包括：

S4：当单片机判断所述输入电压处于正常状态后，设置所述单管脚处于高阻态，使得第二开关单元不导通；

S5：通过接收流经第二开关单元的输出地GND1和回路地GND2之间的第一电流，以判断输入电压端输出的电流是否正常。

优选的，如图3所示，还包括：

S6：当所述第一电压和第一电流正常时，单片机设置所述单管脚为第一低电压，使得与所述单管脚连接的发光二极管单元处于第一状态；

S7：当所述第一电压和/或第一电流异常，单片机设置所述单管脚为第二低电压，使得与所述单管脚连接的发光二极管单元处于第二状态。

第二方面，如图4所示，提供一种单管脚检测电路，应用于单片机电路，包括：

第一开关单元1，用于接收单片机的单管脚输出的导通信号，并输出电流使得第二开关单元导通；

第二开关单元2，用于在导通情况下输出第一电压给单片机的所述单管脚，之后在不导通情况下，输出第一电流给单片机的所述单管脚；

单片机3，用于利用所述单管脚发出导通信号，并接收所述第二开关单元输出的第一电压和第一电流，并判断所述第一电压和/或第一电流是否正常。

还包括电源管理芯片U1，用于给单片机提供直流电压。

优选的，如图5所示，还包括：发光二极管单元4，用于接收所述单管脚发出的第一低电压或第二低电压，使得发光二极管单元4处于第一状态或第二状态。所述发光二极管单元，包括发光二极管D1、第一电容C1和第三电阻R3；所述发光二极管D1的阳极通过第七电阻R7连接到电源管理芯片U1的电压输出端，所述发光二极管D1的阴极连接单片机的所述一根I/O管脚；所述第一电容C1和第三电阻R3并联在所述发光二极管D1的阳极和阴极之间。

优选的，如图6所示，所述第一开关单元1，包括：第一场效应管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；所述第二电阻R2一端连接单片机的所述单管脚，所述第二电阻R2的另一端通过第一电阻R1连接到输出地GND1，还通过第一电容C1连接到输出地GND1，还与所述第一场效应管Q1的栅极连接；所述第一场效应管Q1的源极连接输出地GND1，所述第一场效应管Q1的漏极连接所述第二开关单元。

优选的，如图6所示，所述第二开关单元2，包括：第二场效应管Q2，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2；所述第五电阻R5的一端连接单片机的所述单管脚，所述第五电阻R5的一端还通过第二电容C2连接到输出地GND1；所述第五电阻R5的另一端通过第六电阻R6连接回路地GND2，还通过第二电阻R2连接第二场效应管Q2的源极；所述第二场效应管Q2的栅极和漏极之间设置有第四电阻R4；所述第二场效应管Q2的栅极与所述第一场效应管Q1的漏极连接。

优选的，如图6所示，所述第一场效应管Q1为NMOS管；所述第二场效益管Q2为PMOS管。

单管脚检测电路的工作原理：由于在实际应用中，单片机的管脚数目有限，对于需要多任务处理的系统，如何即减少使用的管脚数目，又不影响单片机系统功能的正常运转，利用单管脚完成之前需要多个管脚才能完成的任务，是个不错的选择。首先，输入电压端的VIN输入电压给电源管理芯片U1，电源管理芯片U1给单片机U2提供芯片电压VCC，之后，单片机U2可以正常工作。在单片机U2正常工作后，单管脚检测电路中的第一开关单元和第二开关单元没有因为有输入电压的输入而导通。单片机U2的任意一根I/O管脚同时连接第一开关单元、第二开关单元和发光二极管单元4中的发光二极管的阴极。

当输入电压端VIN正常输入电压后，在任意时刻，单片机的上述一根I/O管脚根据单片机U2的指令，输出极短脉冲信号；该极短脉冲信号为微妙级别，幅度约为+5V；根据前述可见，第一个开关单元、第二开关单元和发光二极管D1的阴极，都收到了该极短脉冲信号；在收到该极短脉冲信号的时刻T0，第一开关单元中的第一场效应管Q1导通，而第二开关单元中的第二场效应管Q2不导通，因为第一场效应管Q1是NMOS管，第二场效应管Q2是PMOS管。在第一场效应管Q1导通后，在输入电压端VIN与第一场效应管Q1的漏极之间，有电压差，导致在第四电阻R4上有电流流过，因此，第四电阻R4上也有电压差；第四电阻R4的电压差使得第二场效应管Q2导通，因此，有电流流过第二场效应管Q2，并流过第三电阻R3、第六电阻R6；因此，在第六电阻R6、第五电阻R5上形成电压，使得所述一根I/O管脚能够在T0时刻后，很快就能检测到；根据该检测到的第一电压的值，可以判断输入电压端VIN的输入电压是否正常。

在T0时刻之后，如果输入电压端VIN的输入电压被单片机检测到属于正常，则表明单片机所在的电路系统也工作正常；此时单片机所在的PCB上的输出地GND1和回路地GND2之间设置有电阻RIS；由于单片机所在的电路系统正常工作，所以电阻RIS上会有电流流过，使得输出地GND1和回路地GND2之间有电压差。由于第二开关单元的第六电阻R6连接到回路地GND2，第二电容C2连接到输出地GND1；并且，所述一根I/O管脚设置为高阻态，此时，有电流流过第六电阻R6和第五电阻R5，以及第二电容C2，并流过所述一根I/O管脚；单片机在T0时刻后检测该第一电流，如果该第一电流值符合预设置的电流值，则表明该时刻T1，单片机所在的电路系统正常工作。

T0时刻，以及之后的T1时刻都很短暂；在检测到T0时刻的第一电压和T1时刻的第一电流正常后，所述一根I/O管脚在T2时刻输出低电平，低低电平不会导致第一开关单元和第二开关单元中的至少任一个导通，但是，会导致发光二极管D1的阴极在接收到低电平的时候导通，并发光。在第一电流和第一电压均正常的时候，所述一根I/O管脚输出的低电平可以是一直处于低电平状态，使得发光二极管D1处于恒亮状态；如果第一电流正常，第一电压不正常，则所述一根I/O管脚输出的低电平可以是输出包含低电平的第一脉冲串；如果第一电流不正常，第一电压正常，则所述一根I/O管脚输出的低电平可以是输出包含低电平的第二脉冲串；当第一电流和第一电压均不正常，则所述一根I/O管脚输出的低电平可以是输出包含低电平的第三脉冲串。显然，恒亮的发光二极管D1和收到第一脉冲串、第二脉冲串和第三脉冲串时的发光二极管D1发出的光是不一样的。

根据上述单管脚检测电路的工作原理的描述，可以清楚的看到，本申请的单管脚检测电路只需要单片机的一根I/O管脚就可以实现上述检测功能，和现有技术中，需要多根I/O管脚实现第一电流和第一电压的检测是不同的。本申请的方法和电路更节省I/O管脚，且更可靠，不占用更多的管脚和节省单片机的编程数量。

并且，本申请的方法和电路也可以用于其他可编程芯片，用于节省可编程芯片的检测电流和电压的管脚的数目。其他可编程芯片包括FPGA、CPU、ASIC等。在采用上述可编程芯片的时候，外围的检测结构相同或类似，都是只采用了一根I/O管脚实现了第一电流和第一电压的检测，并反馈。具体的实施过程就不在此赘述了。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请比常规单片机进行检测结构更简单，极少的零件就能实现输出电压电流的单管脚检测并反馈；

2.利用发光二极管D1的不同状态判定产品是否有异常出现，适用性更强。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。