一种可用于单片机的0-10V模拟量采集电路(一)

在嵌入式系统中会用到0-10V电压信号输出的传感器。 而单片机ADC引脚的输入电压却比较低。 如STM32引脚输入电压最高为3.3V，高于3.3V会导致单片机损坏。 这篇文章介绍一种可用于单片机的0-10V模拟量采集电路。 让我们一起来看看吧!

如下图所示，使用两个电阻分压，阻值可取为2：1，分压后得到信号源1/3的电压，这样可以将0-10V之间变化的信号变成0-3.33V之间变化的信号。 如下图所示，为最基本的电阻分压采样原理图。 我使用了2K和1K电阻分压。

仿真波形如下图所示。

对上图进行完善，使用R3和C1构成低通滤波电路，用于滤除传输过程中的高频干扰信号，在PCB布局时电阻电容应靠近单片机ADC管脚。 二极管D1为钳位二极管，用于保证在电路故障时(比如R2虚焊或者R2,R1电阻焊错位置等)，或出现尖峰浪涌电压时，VF1可以保持在一个安全电压，不至于损坏单片机。 电路中D1应选择导通压降低的肖特基二极管。

下图展示了，故意将R1和R2焊错位置时，二极管D1开始作用，将VF1钳位在一个安全的电压，保护了单片机。

上述电路，工作时R3中会流过电流，影响到采样精度。 对以上电路继续优化，使用一个输入输出Rail-to-rail的运放构成了一个电压跟随器。

电路中使用理想情况下运放输入阻抗无穷大的特点。 在信号采集中对R1，R2分压电路影响小，使电阻分压结果更加精准。

细心的朋友应该已经注意到了，在电路中去掉了用于保护的钳位二极管。 那么请问这样的电路当出现故障时，还具有保护单片机的能力吗? 答案是具有的，具体原因大家可以复习下运放参数中的输入输出轨至轨。