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第11 功率接口技术11.1 开关型接口 11.2.电压调节接口 11.3习题与思考题

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11.1 开关型接口 在工业控制中，单片机的被控对象大多都是功率设备，需要高电压大电流，单片机 不能直接驱动，要通过相应的接口电路才 能输出一定的功率来驱动功率设备。功率 接口有开关型、继电器型、光电隔离型和 可控硅等多种形式。

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11.1 开关型接口 在许多应用埸合，是使用开关量来进行控制的，开关量是通过单片机的I/O口或扩展 I/O口输出的。当被控对象功率不大时，可 以由CPU直接驱动。当被控对象的功率比较 大时，需要通过功率三极管或其它功率器 件去驱动。

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11.1.1.简单开关量输出接口 如图11.1所示,通过CPU的I/O口直接输出开关量0、1信号，为了确保开关量的1电平信号稳定，要在 输出端加电平上拉电阻。

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11.1.1.简单开关量输出接口 当CPU在端口上置1时，通过上拉电阻R,使输出电平稳定地维持在5V。当CPU在端口置0时，由于R的存在，且R的值较大，一般在10KΩ左右, 所以流过R的电流在0.5mA以下，影响不大。该输出端也可以直接接 三极管，达林顿管或缓冲器，增加输出口的驱动电流，通过这些器件 去驱动LED发光器件或继电器。如图11.2所示为CPU通过缓冲器控制 LED灯。P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 8031 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 ALE WR 1D 1Q 2D 2Q 3D 3Q 4D 4Q 5D 5Q 6D 6Q 7D 7Q 8D 8Q G Vcc CLK GND

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11.1.1.简单开关量输出接口 图中,74LS377是八D触发器，内部有数据锁存器， 单片机CPU通过P0口将数 据写入74LS377,并锁存 在74LS377内部的1Q – 8Q 端口。当端口的值为1电 平时，由于发光二极管的 两端没有电压差，没有电 流流过，发光二极管不亮。 当端口的值为0电平时， 由于发光二极管的两端有 电压差存在，有电流流过， 发光二极管点亮，300Ω电 阻为限流电阻。

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11.1.1.简单开关量输出接口 对于图11.2,编写不同的程序可以实现多种形式的灯光显示。例如要使8个灯亮1秒钟再暗1 秒钟，如此循环，形成闪烁的效果，程序可 以为： MOV MOVA,#0FFH ;累加器置全l DPTR,#7FFFH ;设置 74LS377芯片的地址值 MOVX @DPTR,A ;使74LS377输 出端全为l,8个灯全暗 LCALL SS ;调用子程序延时l 秒钟 MOV A,#00H ;累加器置全0 MOV DPTR,#7FFFH ;设置 74LS377芯片地址值 MOVX @DPTR,A ;使74LS377 输出端全为0,8个灯全亮 LCALL SS ;调用子程序延时 l秒钟 LJMP S1 ;使8个灯每隔l秒 钟全暗、全亮循环工作

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11.1.1.简单开关量输出接口 图11.3所示为CPU通过三极管控制LED灯，单片机通过功率三极管来增加驱动功率。图中CPU使P1.0=1,输出5V电压通过 R1使三极管B饱和导通，Vec=0.2V左右，发光二极管D通过限 流电阻R3流过电流，D发光。当CPU

使P1.0=0,三极管 Vbe=0,三极管截止，Vec=5V,发光二极管不导通,不发光。 选用大功率的三极管，可以产生大的电流，驱动大电流的显 示器或大功率负载。单片机通过P1口，对P1.0端口置l或清0 就可以控制三极管的导通与截止来带动负载。

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11.1.2 光电耦合接口 光电耦合接口是通过光电元器件来实现的，光电元器件由发光二极管和光电三极管构成。可应用 于信号隔离、开关电路、数模转换、逻辑电路、 长线传输、过载保护、高压控制和电路变换。 光电三极管是一种光电转换装置，它的输出特性 与三极管基本相同，不同的是光电三极管接收的 是光能量。由于光三极管的基极一射极的接合电 容受到密勒效应影响，并且与负载电阻大小有关， 所以光电三极管的响应通常比较慢。它的输出特 性也有截止区，放大区和饱和区。

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11.1.2 光电耦合接口 发光二极管是一种电光转换装置，当有电 流通过会产生光，它 的输入特性与普通二 极管也相似。但它的 正向压降较大，为1.0 左右，反向电压较小， 在6V左右。图11.4为 光电耦合器的输入输 出特性和结构。

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11.1.2 光电耦合接口

如图所示，当发光二极管加上正向电压时，会发出光线，光线的强弱与正向电压有关，光电三极管的基极接收到光 能量后，产生IC电流，完成了电—光—电的转换过程。由 于发光二极管与光电三极管之间是通过光来传递信息的， 没有电气上的联系，从而实现了电气上的隔离。这就是光 电耦合器的作用。

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11.1.2 光电耦合接口 光电耦合技术被广泛用于测量控制系统。图11.5是光电耦合器的典型应用电路。

D

T

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11.1.2 光电耦合接口D T

图中D为红外发光二极管，VC为工作电源，R1为限流电阻，在二极管

的负端接一脉冲电压，当输入脉冲信号=1时，无电流流过，不发光， 光电三极管T没有接收到光能量，处于截止状态，输出电压V0=VD。 当输入脉冲信号=0时，有电流流过D,产生红外光线，T接收到光能 量，从工作区进入饱和区，三极管导通，V0=0V,输出低电平。 一般二极管D的工作电流表在10mA左右，R1阻值与工作电压和二极 管的正向降VF有关，通过计算可以求出。VD是负载工作电压，R2为 三极管负载电阻，应通过计算或调试，使T工作在截止区可饱和区， 以保证V0输出为可靠的0或1电平。

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11.1.2 光电耦合接口 也可以使二极管D的负极直接接地，控制端为VC电 …… 此处隐藏：2644字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……