Eingangsschaltung: Sensoren und Schalter mit 12-14V

Michael W. #2791515
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Hallo Leute,

ich bin schon seit längerem darüber einen Board zu bauen, welches 
mehrere Sensoren oder Schalter einlesen soll (32 um genau zu sein).

Wenn an den Eingängen Sensoren angeschlossen werden, dann ist ein 
Spannungspegel von 0 bis ca. 14 V (Autobatteriespannung) zu erwarten. 
Bei Schaltern je nach Verbau. Die Schalter werden je nach 
Umsetzung(Pulldown-R oder Pullup-R) verbaut. Da ich das ganze über einen 
IO-Expander (MCP23016) an meinen µC (MSP430G2231) betreiben will muss 
ich ja die Spannung auf ca 5V herabsetzen.

Da das ganze 32 mal auf die Platine gebracht werden soll muss ich auch 
irgendwie auf die Kosten schauen. Ich habe da ein Bild angehängt, in dem 
ich drei Möglichkeiten aufgeführt habe.

Was meint ihr? Würde die Variante 3 immer noch zuverlässig funktionieren 
bzw. findet ihr hier irgendwelche Fehler?

Braucht man den Kondensator überhaupt, wenn die Z-Diode so verbaut ist 
wie hier gezeigt?

Die Variante 1 habe ich aus dem Internet. Sie ist allerdings ziemlich 
aufwendig.

Mfg
Michael
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Stefan Gast #2791888
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Variante 3 führt zu einem Kurzschluss, weil die Spannung der Z-Diode 
geringer ist, als die Boardspannung (12V).
Folgende Schaltung reicht aus:
1
         10k          / 

2
+12V O--[===]---+----/   ----- GND

3
                |

4
                |                        47k

5
                +-----------------------[===]---> AVR Input

Schalter und 10k Widerstand kannst Du auch vertauschen. Die Schutzdioden 
im innern des AVR begrenzen zusammen mit dem 47 Widerstand die 
Eingangsspannung und den Eingangsstrom auf erlaubte Werte.
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Michael W. #2792076
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Ich wusste nicht, dass der IO-Expander auch Schutzdioden drin hat.

Aber das mit der Z-Diode aus Variante 3 ist mir noch nicht ganz klar. 
Wenn ich eine Z-Diode mit einer Durchbruchspannung von 5V wähle, dann 
sollte durch den Widerstand von 680Ohm eine maximaler Strom von ca 10mA 
(12V Eingangsspannung --> 7V Spannungsabfall am 680Ohm Widerstand) 
fließen. Den müsste die Z-Diode ja locker aushalten bzw. 10mA sind ja 
meistens der minimale Arbeitsstrom oder habe ich da was falsch 
verstanden?

Ich habe das mal mit SimulationX simuliert und aus meiner Sicht hat das 
da funktioniert. Kennt jemand von euch SimulationX bzw. hat damit 
gearbeitet? Ich habe zur Zeit die Studentenversion.

Evtl. sind die Zeichnungen ein bisschen unübersichtlich. Auf der linken 
Seite wo IO_EXP... steht ist im Endeffekt der Eingang des IO-Expanders. 
Die Leitung die rechts vom 680Ohm Widerstand ist soll den eingentlichen 
Eingang von außen, also Schalter oder Sensor, darstellen.

Aber schon mal danke für die Hinweise.

Mfg
Michael
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Stefan Gast #2792332
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Jedes IC in CMOS Technik hat Schutzdioden in den Eingängen, glaube ich.

Im Datenblatt steht unter "Absolute maximum ratings "Input Clamp Current 
VI<0 or VI>VDD 20mA", woraus ich ableite, dass der Eingangsstrom 
begrenzt werden muss, wenn die Spannung außerhalb der 
Spannungsversorgung liegt. Das wiederum ist typisch, für Mikrochips mit 
Eingangs-Schutzdioden.

Du kannst ja einfach mal mit dem Dioden-Test eines Multimeters 
nachmessen, ob es diese Dioden erkennt.

Zur Schaltung 3: Ich habe mich verguckt. Ich dachte, links sei der 
Eingang und rechts der Ausgang. Wieso ist das Schalbild "rückwärts" 
gezeichnet worden?
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Michael W. #2792560
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Warum ich die Ein- bzw. Ausgänge so gezeichnet habe kann ich jetzt auch 
nicht mehr sagen.

Hat hier schonmal jemand praktische Erfahrungen mit diesem IO-Expander 
gemacht? Würde meine Schaltung (Variante 3) oder die Schaltung vom 
Stefan so funktionieren? (Diesen IC habe ich zur Zeit nicht da, sonst 
hätte ich es selbst getestet.)
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