单片机原理及应用第12章

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1、第12章MCS-51的功率接口设计要用单片机控制各种各样的高压、大电流负载，如电动机、电磁铁、继电器、灯泡等，不能用单片机的I/O线来直接驱动，而必须通过各种驱动电路和开关电路来驱动。另外，与强电隔离和抗干扰，有时需加接光电耦合器。称此类接口为MCS-51的功率接口。12.1MCS-51的输出驱动能力及其外围集成数字驱动电路12.1.1MCS-51片内I/O口的驱动能力工业生产现场，控制对象是电磁继电器、电磁开关或可控硅、固态继电器和功率电子开关。能否用MCS-51片内的I/O口直接驱动它们呢？P0、P1、P2、P3

2、四个口都可做输出口，但其驱动能力不同。P0口的驱动能力较大，当其输出高电平时，可提供400A的电流；当其输出低电平（0.45V）时，则可提供3.2mA的灌电流，如低电平允许提高，灌电流可相应加大。P1、P2、P3口的每一位只能驱动4个LSTTL，即可提供的电流只有P0口的一半。所以，任何一个口要想获得较大的驱动能力，只能用低电平输出。8031通常要用P0、P2口作访问外部存储器用，所以只能用P1、P3口作输出口。P1、P3口的驱动能力有限，在低电平输出时，一般也只能提供不到2mA的灌电流，通常要加总线驱动器或其它驱

3、动电路。12.1.2外围集成数字驱动电路表12-1为常用的外围集成数字驱动电路的参数。只要加接合适的限流电阻和偏置电阻，即可直接由TTL、MOS以及CMOS电路来驱动。驱动感性负载时，必须加接限流电阻或箝位二极管。此外，有些驱动器内部有逻辑门电路，可以完成与、与非、或以及或非的逻辑功能。例12-1慢开启的白炽灯驱动电路图12-1为慢开启白炽灯驱动电路，白炽灯的延时开启时间长短取决于时间常数RC。此电路能直接驱动工作电压小于30V、额定电流小于500mA的任何灯泡。例12-2大功率音频振荡器图12-2电路能直接驱动一个

4、大功率的扬声器，可用于报警系统。改变电阻或电容的值便能改变电路的振荡频率。电路中的两个齐纳二极管IN751A用于输入端的保护。例12-3驱动大电流负载电路如图12-3所示。ULN2068芯片具有四个大电流达林顿开关，能驱动电流高达1.5A的负载。由于ULN2068在25℃时功耗达2075mW，因而使用时一定要加散热板。12.2MCS-51的开关型功率接口常用的开关型驱动器件有，光电耦合器、继电器、晶闸管、功率MOS管、集成功率电子开关、固态继电器等。12.2.1MCS-51与光电耦合器的接口1.晶体管输出型光电耦合器

5、驱动接口光电晶体管除没有使用基极外,跟普通晶体管一样。取代基极电流的是以光作为晶体管的输入。当光电耦合器的发光二极管发光时，光电晶体管受光的影响在cb间和ce间有电流流过，这两个电流基本上受光的照度控制，常用ce极间的电流作为输出电流，输出电流受Vce的电压影响很小。光电晶体管的集电极电流Ic与发光二极管的电流IF之比称为光电耦合器的电流传输比。光电耦合器在传输脉冲信号时，对不同结构的光电耦合器的输入输出延迟时间相差很大。图12-4是使用4N25的光电耦合器接口电路图。4N25使两部分的电流信号独立。输出部分的地线接

6、机壳或接大地，而8031系统的电源地线浮空，不与交流电源的地线相接。可避免输出部分电源变化对单片机电源的影响，减少系统所受的干扰，提高系统的可靠性。4N25输入输出端的最大隔离电压＞2500V。光电耦合器也常用于较远距离的信号隔离传送。(1)可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响。(2)光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传送形式。由于电流环电路是低阻抗电路，它对噪音的敏感度低，因此提高了通讯系统的抗干扰能力。图12-5用光电耦合器组成的电流环发送和接

7、收电路。图12-5电路可以用来传输数据，最大速率为50Kb/s，最大传输距离为900米。环路连线的电阻对传输距离影响很大，此电路中环路连线电阻不能大于30Ω，当连线电阻较大时，100Ω的限流电阻要相应减小。光电耦合管使用TIL110，开关速度比4N25快。表12-2(P319)为常用的晶体管输出型光电耦合器，供选用光电耦合器参考。2.晶闸管输出型光电耦合器驱动接口输出端是光敏晶闸管或光敏双向晶闸管。当光电耦合器的输入端有一定的电流流入时，晶闸管即导通。有的光电耦合器的输出端还配有过零检测电路，用于控制晶闸管过零触发，

8、以减少用电器在接通电源时对电网的影响。4N40是常用的单向晶闸管输出型光电耦合器。当输入端有15～30mA电流时,输出端的晶闸管导通。输出端的额定电压为400V，额定电流有效值为300mA。隔离电压为1500～7500V。4N40的6脚是输出晶闸管的控制端，不使用此端时，此端可对阴极接一个电阻。MOC3041是常用的双向晶闸管输出的光电耦合器，