在电子技术领域，单片机对直流信号的检测至关重要，其应用广泛，从简单的电子设备到复杂的工业控制系统都有涉及。不过，直流信号的电压范围差异很大，如常见的 3.3V、5V，也有 12V、24V、36V 甚至 220V 等，所以在检测时，需要做好限流、分压、转换或隔离等处理。以下将详细介绍单片机检测直流信号的常用电路，如有考虑不周之处，欢迎指正。

一、3.3V/5V 信号处理

对于 3.3V/5V 信号，通常可采用三极管或者 MOS 管来搭建电平转换电路。虽然市场上有现成的转换芯片和 LDO 可供使用，但从成本角度考虑，三极管或 MOS 管更为常用。

负逻辑电路

若仅使用一个三极管，逻辑会反转。三极管工作在线性放大区时可放大信号，当作开关使用时则工作在非线性区，即输入高电平时导通，输入低电平时截止。为确保有明确的电平，最好下拉一个 4.7k 电阻到地，否则可能出现不确定的开通或关断情况。当左边 VIN 输入低电平时，Q1 不导通，Q2 导通，Vout 被拉高，输出高电平；当 VIN 输入 5V 高电平时，Q1 导通，其集电极接地，VOUT 输出低电平。

正逻辑电路

若要实现高转高、低转低的正逻辑，还需再增加一个三极管。当左边 VIN 输入低电平时，Q1 不导通，Q2 导通，Q2 集电极接地，Vout 被拉低，输出低电平；当 VIN 输入 5V 高电平时，Q1 导通，其集电极接地，Q2 截止，VOUT 输出 3.3V 高电平。

二、电阻限流 + 二极管钳位电路

对于 -6V 至 6V 之间符合规范的电压信号，可采用电阻限流 + 二极管钳位的组合方式，实现双向过压保护，该电路也可用于单片机 IO 输入保护。

此电路中的二极管选用 SS34B 肖特基二极管，它正向压降低、反应速度快，适合用于保护电路。输入信号为 3.3V 或 5V，经过一个 1kΩ 的电阻 R11 后，有两个二极管 D1 和 D2 分别连接到地和电源。当输入电压正常时，二极管处于截止状态，不影响信号传输；当输入电压超过 VCC（如 5V）加上二极管的压降时，D1 导通，将多余的电压导向 VCC，防止高压进入后续电路；若输入电压低于 GND，D2 导通，将电压钳位到 GND，防止负压损坏电路。
电阻 R3（1kΩ）的作用主要有：限制输入电流，防止瞬间高压损坏后级电路；与二极管配合形成钳位电路时进行限流保护；降低信号源的输出阻抗要求。肖特基二极管 D1 可将输入电压钳位在 VCC + 0.3V（假设系统电源 VCC = 5V 时，输入电压超过 5.3V 时导通），D2 可将输入负压钳位在 GND - 0.3V，防止负电压冲击。
该电路的保护逻辑如下：正常信号（3.3V/5V）时，D1/D2 均处于截止状态，信号通过 R3 无衰减地传输至后级电路；过压保护（>5.3V）时，若输入电压超过 VCC + 0.3V，D1 正向导通，将多余电压通过 VCC 电源回路泄放，避免高压冲击后级电路；负压保护（< -0.3V）时，若出现负电压，D2 正向导通，将电压钳位在 -0.3V 左右，保护后级 CMOS 器件。
不过，该电路也有一定的设计注意事项和应用限制。虽然允许输入信号略大于 VCC，但需确保系统电源能吸收 D1 泄放的电流，且瞬时功率不超过二极管和电阻的额定值。它不适合持续高压输入，对高频干扰防护能力有限，信号传输存在约 0.3V 的电压误差。其典型应用场景包括微控制器的按键检测接口、工业传感器信号输入（24V 系统需增加分压电路）、防止热插拔引起的电压浪涌以及 ESD 静电防护（需配合 TVS 二极管）等。

三、12V、24V、36V 直流信号检测

光耦检测

对于 12V、24V、36V 电压的检测，虽然三极管也可使用，但它不具备隔离功能，若后级电路损坏，很可能影响前级电路。因此，通常采用光耦进行检测。光耦的最大正向电流与温度有关，温度越高，电流越小。以 70° 为例，设计正向电流为 10 - 20mA 即可。以 12V 电压为例，正向导通压降为 1.2V，限流设置为 15mA，则限流电阻阻值为 (12 - 1.2) / 0.015 = 720Ω，功率为 0.015×0.015×720 = 0.162W，可选用 1/4W 的电阻，如 0805 封装或更大的。

电阻分压检测

另一种方法是采用电阻分压，并加一个跟随器跟随，也能起到保护作用，该方法相对简单，在此不做过多解释。

四、220V 交流信号检测

对于 220V 交流信号检测，正向导通压降 1.2V 相对于 220V 来说可忽略不计。从规格书来看，导通电流设置为 1 - 2mA 是可行的，如 220 / 200k = 1.1mA，100k 电阻的功率为 0.0011×0.0011×100k = 0.121W。

交流导通时，正 / 负半周电流通过 R4→光耦 LED→R5→零线（或反向），光耦内部 LED 发光，光耦输出端导通，OUT 引脚被拉低至近地电平（逻辑 0），单片机检测到低电平脉冲，判定交流电存在；交流断开时，光耦输入侧无电流，输出端保持高电平（通过 R3 上拉至 3.3V），单片机检测持续高电平，判定交流电断开。在过零点处理方面，电容 C2 在电压过零时放电，维持光耦输入侧短暂导通，避免信号抖动。100K 电阻功率余量充足（实际功耗 0.12W < 0.5W），可避免长期过载风险。与单向光耦需整流桥方案相比，双向结构简化了电路，降低了成本，提升了可靠性。