本发明总的涉及一种控制器的操作，特别是涉及用于操作一种控制器的方法和装置以为控制器提供输入保护。 微控制器和微处理器目前已广泛使用，许多系统，例如加热系统就用它们控制。在控制一个加热系统方面，控制器的部分功能是监测代表加热系统中系统状况的输入信号。根据监测的信号，控制器控制各个输出信号，这些信号又改变加热系统的控制。例如，在一些加热系统中，监测压力开关，检验加热系统的火焰，并且也监测其它安全状况。根据这些状况，控制器可以关闭加热系统或者使它按需要的状况以各种方式运行。
在任何情况下，通常需要向控制器的输入端子或输入口提供保护，以防护于诸如静态放电所引起的瞬变及电压脉冲。这种保护通常采用一个二极管和电阻网络的形式，它由附于控制器集成电路块外部的各个分立元件完成。另外，某些微控制器和微处理器集成电路块还有内部保护，它采用一个类似的二极管和电阻网络。
然而有一些原因使得这些保护技术或者无效，或者不合适。首先，目前应用的微控制器和微处理器均要求很小的尺寸。这就要求集成块制造商不断地减小微控制器和微处理器集成电路块的模块。为了减小模块的尺寸，则要求集成块制造商降低模块上用于输入保护的电阻及二极管的尺寸。同样，亦要求用于保护的外部二极管和电阻尺寸很小。减小输入保护电阻和二极管的尺寸，于是导致了输入保护效力的相应降低。
其次，微控制器或微处理器的输入口通常与一个由操作员实际设定或控制的装置相耦接，如与一个恒温器耦接。当操作员揿下控制开关，由静态放电所造成的大约在25千伏范围内的瞬间电压就会加到微控制器或微处理器的输入端。然而，用于上述内部及外部保护技术地典型的电阻一般被加上300伏-400伏电压时便击穿。因此，该内部和外部保护技术不足以应付25千伏范围内的瞬间电压。
由于上述原因，人们一直需要提供合适且有效的技术来保护微控制器和微处理器以及其它电路，以防瞬间电压。
在一个具有控制器端的控制器的系统内提供输入保护的一种方法和装置。该控制器端被耦接成用于双向操作。该控制器在它不监测控制器端时，被编程为使控制端成为输出端。因此，控制端的配置在其没有被监测时提供了输入保护。
图1是本发明的控制系统中一个输入保护电路的示意图。
图2是本发明的控制系统中一个内部保护电路的示意图。
图3是本发明的施加到输入端上的输入电压和在本发明控制系统输入节点上出现的实际电压对时间的关系曲线。
图1是控制系统10的图，控制器12以方框形式表示，外输入保护电路14以原理形式表示。控制系统10包括控制器12、输入保护电路14和操作选择开关16（开关16）。输入保护电路14包括电阻R1、R2、R3以及二极管D1、D2，而且输入保护电路14与控制器12的输入/输出（I/O）端18耦接。虽然本发明可在用于多个系统输入的多控制器端上实施，但为方便起见仅描述一个端（I/O端18）。
在此最佳实施例中，控制系统10是一个加热控制系统，控制器12是一个用于控制加热系统的加热系统控制器，开关16是一个操作选择开关，它由本领域的操作者设定以给控制器12指示一定的操作参数。控制器12在其输入端和I/O端监测和检验各种加热系统参数并基于这些参数控制各种输出。例如，选择开关16向控制器12指示被控加热机构型号序数中的一部分，从而控制器12相应地调节其操作。这样，当电源接通时，控制器通过监测I/O端18识别开关16的状态。根据开关16的状态，控制器12调节其操作，以在其操作期间控制某一些输出。
在此最佳实施例中使用了输入保护电路14来保护I/O端18免受开关16施加的，例如可能由静态放电引起的高电压瞬变。电阻R2作为电流限制电阻来阻止在开关16施加的任何瞬变。二极管D1当电压瞬变值到达一个高于电压VDD的门槛电压时，二极管D1钳住电压瞬变值。同样，二极管D2当电压瞬变值到达低于地电位的门槛电压时钳住电压瞬变值。R3是进一步限制电流和阻止瞬变。
虽然输入保护电路14提供了某种防止瞬变的保护，但是，典型地，电阻R2的击穿电压范围在300V～400V。因此，如果在开关16处施加25KV的瞬变电压，电阻R2击穿并且失去了电流限制器的效果。同样，二极管D1、D2也不能瞬时导通。因此，如果在开关16上施加一个尖的瞬态电压脉冲，二极管D1、D2不能完全避免电压脉冲到达控制器12，并且输入保护电路14失效，且不能为控制器12提供充分保护。
另外，输入保护电路14的电阻R1、R2和R3以及二极管D1、D2常常由分离元件组成。由于这些分离元件要花费时间组装并且在电路板上所占空间大，所以它们既昂贵又效率低。因此，人们期望消除输入保护电路14。
本发明的一些实施例显示了输入保护电路14是随意的。另一些实施例提供了除由输入保护电路14保护外的对控制器12的增强的输入保护。图2是控制系统10的示意图，输入保护电路14以方框形式表示，控制器12部分地以示意图的形式表示。控制器12包括一个与输入保护电路14类似的内部保护电路。内部保护电路包括电阻R4和二极管D3和D4。而且，由于I/O端18即可作为输入又可作为输出操作，控制器12具有一个输入级和一个输出级，输入级包括三极管Q1、Q2，输出级包括Q3和Q4。控制器12还包括处理逻辑20。
为了监测I/O端18的信号（在本最佳实施例中，开关16的状态下），处理逻辑20用常用的方式控制输入级和输出级。例如，为监测I/O端18的信号，处理逻辑20关断三极管Q3和Q4。将在I/O端18出现的信号提供给内部保护电路和输入级三极管Q1和Q2。根据开关16的状态，Q1和Q2二者之一导通，另一个截止。然后，处理逻辑20监测在输入节点22处出现的信号，并根据该信号控制某些输出。
虽然内部保护电路向控制器12提供某种保护，如同输入保护电路14一样以避免高电压瞬变，但是内部保护电路有可能无效和不适当，电阻R4在远低于施加到开关16上的典型电压瞬变值以下击穿。同样，由于不断要求IC集成电路块制造商缩小控制器12模块尺寸，R4的尺寸和二极管D3和D4的速度降低，尺寸减小，这使控制器12中的输入保护电路效果降低。
为了向控制器12提供附加的输入保护，本发明利用了控制器12的输出级。在此实施例中，当打开电源时，开关16的状态只能一次读出。因此，在开关16的状态被读出之后，控制器12不再监测I/O端18出现的信号。为了提供附加的输入保护，处理逻辑20在开关状态已被读出之后按程序接通输出三极管Q3。当Q3导通时，它使I/O端18上出现的信号为一个逻辑低电位。实质上，三极管Q3在I/O端和地之间作用为一个附加电阻。由三极管Q3提供的有效电阻是将电流从输入瞬变值下降至地电位的附加机制。
在此最佳实施例中，在控制器12操作期间，开关16只读一次。在开关16最初读出后，处理逻辑20立即导通三极管Q3。因此，三极管Q3在整个控制器其余操作中为控制器提供附加的瞬变保护以避免I/O端18上出现的瞬变。
在I/O端18出现的信号是周期地由控制器12监测的情况下，也可以使用将I/O端18变为输出端和产生一个逻辑低电位的技术。例如，在开关16由表示一个不同加热系统参数的信号，例如一个热需求信号、一个再循环限制信号或一个联锁信号代替的情况下，可以实施本发明。在这种情况下，在I/O端18出现的信号典型地为一个正弦波或方波，并且控制器12每半个周期监测一次信号，以保证正弦或方波的出现。
图3是一个曲线图，表示实施本发明的技术情况下，施加到I/O端18的一个信号VIO（表示上面所述的一个系统参数）和在逻辑输入节点22处的输入信号VIN对时间的曲线。在此最佳实施例中，控制器12每半个周期监测I/O端18，以确定是否出现VIO（即在连续的半个周期内是否将为正或负）。控制器12等待时间t1直到VIO达到某个电压阈值。然后，控制器12监测I/O端18达t2-t1的时间，以确定VIO是否大于电压阈值，然后，控制器12等至时间t3，它再监测I/O端18达t4-t3的时间，以判断是否VIO已低于电压阈值。控制器12每半个周期一次地连续监测I/O端18，以保证VIO的存在。
当使用本发明的技术时，处理逻辑20按程序除去在每个周期的监测窗（t2-t1和t4-t3）外在所有时间导通三极管Q3。这就导致在每个操作周期的大部分时间形成Q3对地的有效电阻。例如，这里VIO是60Hz的正弦波而监测窗t2-t1和t4-t3各是50微秒，三极管Q3导通时间达一个周期的99%以上。这里，当I/O端18没被监测时，只简单地在控制器12的输出级使处理逻辑20按程序导通三极管Q3，不用附加空间也不用任何附加装配时间就为控制器R提供了附加的输入保护。
本发明为微控制器和微处理器提供了防止在其输入端出现的瞬变信号的输入保护。仅仅通过在I/O端18不监测时，让处理逻辑20按程序导通三极管Q3（这样迫使I/O端呈现逻辑低电平），则有效地提供了一个降低电流的附加电阻。这种附加输入保护的技术可以用来代替输入保护电路14或只是作为控制器12的附加输入保护。
另外，这个输入保护技术是很活灵并且可以用在不由控制器12监测的I/O端18，这里I/O端18在控制器12操作期间仅监测一次或I/O端被周期性地监测。
再有，本发明的技术可以在不增加控制器12尺寸的情况下使用，其中，被监测端被构成用作操作的一个输入端和一个输出端。然而，如果一个三极管（Q3）加到控制器12的内部电路或外部电路中，其中I/O端仅作为一个输入端则本发明的技术还可以使用。
虽然本发明参考了最佳实施例进行了描述，但本领域的普通技术人员在不脱离本发明的构思和范围的情况下，可对本发明在形式上和细节上进行修改。