第三章：微機(jī)及其接口技術(shù)機(jī)電一體化設(shè)計-ppt課件

1、第一篇:微機(jī)及接口技術(shù) 概述概述 地址譯碼器、地址譯碼器、I / O口與口與CPU的接口的接口 人機(jī)接口人機(jī)接口 機(jī)電接口機(jī)電接口 功率接口功率接口 概述概述nI / O 口是CPU輸入接口和輸出接口。最簡單的接口僅僅是連接二個設(shè)備的一組導(dǎo)線，或是一對標(biāo)準(zhǔn)連接件nI / O 口可分為簡單 I / O 口和可編程 I / O 口(又分為并行接口和串行接口) 。n常用的簡單輸入接口有 74 xx 244 、245n簡單輸出接口有 74 xx 273、373 n可編程并行接口有 8255、8155 等，可編程串行接口有 8251。 機(jī)電一體化產(chǎn)品基本組成及接口機(jī)電一體化產(chǎn)品基本組成及接口 人機(jī)對話輸

2、出設(shè)備I / O口 出接口控制輸執(zhí)行元件 微 機(jī)人機(jī)對話輸入設(shè)備I / O口集接口信息采傳感器機(jī)械分系統(tǒng)人機(jī)接口機(jī)電接口n從上圖看出，人機(jī)對話輸入和輸出設(shè)備沒有和 CPU 直接連接，而是通過 I / O 口與 CPU 連接在一起 n外設(shè)和 CPU 不能直接連接的原因有下面兩個：n人機(jī)對話設(shè)備和 CPU 的阻抗不匹配；nCPU 不能直接控制人機(jī)對話設(shè)備鍵盤、LED等的接通和關(guān)閉。nCPU 通過地址譯碼器、RD和WR等控制 I / O 口的接通和關(guān)閉，從而控制外設(shè)的接通和關(guān)閉。 概述概述 138 和和 139的引腳名的引腳名稱稱 地址譯碼器、地址譯碼器、I / O口與口與CPU的接口的接口 地址譯

3、碼器與地址譯碼器與 CPU 的接口的接口 地址譯碼器與地址譯碼器與 CPU 的接口的接口 139 的功能表的功能表 138 的 功 能 表 273 的引腳名稱及與的引腳名稱及與CPU 的接口的接口 地址譯碼器、地址譯碼器、I / O口與口與CPU的接口的接口 簡單輸出口與簡單輸出口與CPU的接口的接口 273 的功能表的功能表 245 的引腳名稱及與的引腳名稱及與CPU的接口的接口 地址譯碼器、地址譯碼器、I / O口與口與CPU的接口的接口 簡單輸入口與簡單輸入口與CPU的接口的接口 245 的功能表的功能表 8255A的引腳名稱及接口電路的引腳名稱及接口電路 可編程的含義1（18255的端

4、口基本工作方式可選擇的端口基本工作方式可選擇 8255 有三種工作方式，在這三種工作方式有三種工作方式，在這三種工作方式中各條端口線的功能如下表所示。中各條端口線的功能如下表所示。工作方式工作方式0 適用于無條件傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備。作為輸適用于無條件傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備。作為輸出口時，類似于前面講過的出口時，類似于前面講過的74xx273, 作為作為輸入口時，類似于輸入口時，類似于74xx245。設(shè)計鍵盤接口、。設(shè)計鍵盤接口、LED接口可以采用這種方式。接口可以采用這種方式。工作方式工作方式1和工作方式和工作方式2為特殊的工作方式為特殊的工作方式 如選通工作方式。如選通工作方式。 8255 方式選擇控制

5、字各位含義方式選擇控制字各位含義 （2PA、PB、PC用作輸入和輸出的功能可選擇方式選擇控制字決定這種更改是通過方式選擇控制字決定的 可編程的含義2(3) 8255的三個輸出端口可選擇A1、A0 接到CPU的地址總線上，A1、A0是芯片內(nèi)部尋址信號線，尋址的方法是： A1 A0 = 0 0 ，對應(yīng)于 PA 口； A1 A0 = 0 1 ，對應(yīng)于 PB 口； A1 A0 = 1 0 ，對應(yīng)于 PC 口； A1 A0 = 1 1 ，對應(yīng)于控制口?？删幊痰暮x3 8255不同工作方式下端口線的功能不同工作方式下端口線的功能 n控制微機(jī)控制微機(jī)8031、地址碼譯碼器、接口芯、地址碼譯碼器、接口芯片與輸

6、入、輸出設(shè)備的連線總圖片與輸入、輸出設(shè)備的連線總圖例一：例一：01000100000按鍵的按鍵的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)10000100100100100100+5V111100000001D7 =1特征位為1D6D5 =00A組工作方式為0D4 =0PA口作輸出D3 =0PC口高四位作輸出D2 =0B組工作方式為0D1=0PB口作輸出D3 =0PC口高四位作輸出00對對8255進(jìn)行預(yù)進(jìn)行預(yù)定義定義00100100+5V00000000000100數(shù)據(jù)00100100+5V10100000000100數(shù)據(jù)00100100+5V01010000000100數(shù)據(jù) 人機(jī)接口n在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，常用的輸入設(shè)備有開關(guān)

7、、BCD二十進(jìn)制碼撥盤、鍵盤等；常用的輸出設(shè)備有指示燈、LED發(fā)光二極管）、液晶顯示器、微型打印機(jī)、CRT陰極射線管）、揚聲器等。人機(jī)接口分為輸入接口和輸出接口。n人機(jī)接口有下述二個特點：n專用性。根據(jù)對人機(jī)接口的專門要求，人機(jī)接口的設(shè)計方案要根據(jù)產(chǎn)品的要求而定。n低速性。外設(shè)的工作速度是較低的，設(shè)計時要考慮微機(jī)與外設(shè)的速度配合，提高制微機(jī)的工作效率 按鈕開關(guān)通斷時的電壓抖動按鈕開關(guān)通斷時的電壓抖動 撥盤的結(jié)構(gòu)簡圖及接口電路圖撥盤的結(jié)構(gòu)簡圖及接口電路圖 BCD碼撥盤通斷狀態(tài)表碼撥盤通斷狀態(tài)表 （0表示與表示與A線不通，線不通，1表示與表示與A線接通）線接通） n采用8031做控制微機(jī)，通過簡單

8、輸入口74LS245設(shè)計出四位十進(jìn)制輸入、BCD碼輸出的撥盤，若輸入1357這個數(shù),試畫出接口電路.例二: 撥盤與微機(jī)接口電路圖輸入“1那么 B1 B2 B3 B4分別對應(yīng)為 0 0 0 1 輸入“3那么 B5 B6 B7 B8分別對應(yīng)為 0 0 1 1 輸入“5那么 B1 B2 B3 B4分別對應(yīng)為 0 1 0 1 輸入“7那么 B5 B6 B7 B8分別對應(yīng)為 0 1 1 1 A0A1A2A3A4A5A6A7WRRDA8A9A10A11A12A13A14A158031Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7ABCG2AG2BG1B1B2B3B4B5B6B7B8A1A2A3A4A5A6A7A8DIR

9、 GB1B2B3B4B5B6B7B8A1A2A3A4A5A6A7A8DIR GGNDGNDA8421A8421A8421A8421+5VY1Y2+RD+RD74LS13874LS245()74LS245(). 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及接口電路矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及接口電路 n（1LED顯示器的接口設(shè)計顯示器的接口設(shè)計 n 發(fā)光二極管的接口方法發(fā)光二極管的接口方法n發(fā)光二極管具有體積小、亮度高、壽命發(fā)光二極管具有體積小、亮度高、壽命長、價格低、接口電路簡單可靠等優(yōu)點。長、價格低、接口電路簡單可靠等優(yōu)點。下圖是二個實際接口電路。下圖是二個實際接口電路。 人機(jī)接口人機(jī)接口 發(fā)光二極管的接口電路發(fā)光二極管的接口

10、電路 八段八段LED顯示器的結(jié)構(gòu)圖及與顯示器的結(jié)構(gòu)圖及與I / O口的接口電路口的接口電路 人機(jī)接口人機(jī)接口 八段八段LED的接的接口設(shè)計口設(shè)計n采用8031做控制機(jī)，要求通過74LS164串行通訊芯片控制八位LED靜態(tài)顯示器,試畫出接口電路。串行通訊、多位靜態(tài)顯示串行通訊、多位靜態(tài)顯示LEDLED接接口電路口電路 共陽共陽極極 GP16與與CPU的接口電路的接口電路 人機(jī)接口人機(jī)接口（2與與GP16微型打印機(jī)接口微型打印機(jī)接口蜂鳴器電路蜂鳴器電路 n蜂鳴器音量較小，在噪聲較大的環(huán)境中通常采用揚聲器做聲音輸出，揚聲器要求以音頻信號驅(qū)動。n以集成電路產(chǎn)生音頻信號，經(jīng)放大后驅(qū)動揚聲器工作。人機(jī)接口

11、人機(jī)接口n在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，被控對象所需要的驅(qū)動功率一般都比較大，而計算機(jī)發(fā)出的數(shù)字控制信號或經(jīng)D / A轉(zhuǎn)換后得到的模擬控制信號的功率都很小，因而必須經(jīng)過功率放大后才能用來驅(qū)動被控對象。n實現(xiàn)功率放大的接口電路被稱為功率接口電路。在控制微機(jī)和 功率放大電路之間，人們常常使用光電隔離技術(shù)，下面首先介紹光電隔離器件。 功率接口功率接口n1 1、光電耦合隔離器的結(jié)構(gòu)原理及其隔離電、光電耦合隔離器的結(jié)構(gòu)原理及其隔離電路；路； n2 2、數(shù)字量輸入通道中幾種典型電路；、數(shù)字量輸入通道中幾種典型電路；n3 3、數(shù)字量輸出通道幾種典型驅(qū)動電路；、數(shù)字量輸出通道幾種典型驅(qū)動電路；n 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，除了

12、要處理模擬量信號以外，還在微機(jī)控制系統(tǒng)中，除了要處理模擬量信號以外，還要處理另一類數(shù)字信號，包括開關(guān)信號、脈沖信號。它們要處理另一類數(shù)字信號，包括開關(guān)信號、脈沖信號。它們是以二進(jìn)制的邏輯是以二進(jìn)制的邏輯“1“1和和“0“0或電平的高和低出現(xiàn)的。或電平的高和低出現(xiàn)的。如開關(guān)觸點的閉合和斷開，指示燈的亮和滅，繼電器或接如開關(guān)觸點的閉合和斷開，指示燈的亮和滅，繼電器或接觸器的吸合和釋放，馬達(dá)的啟動和停止，晶閘管的通和斷，觸器的吸合和釋放，馬達(dá)的啟動和停止，晶閘管的通和斷，閥門的打開和關(guān)閉，儀器儀表的閥門的打開和關(guān)閉，儀器儀表的 BCD BCD 碼，以及脈沖信號碼，以及脈沖信號的計數(shù)和定時等等的計數(shù)和

13、定時等等 。1 1 光電耦合隔離技術(shù)光電耦合隔離技術(shù) 主要知識點主要知識點v （1） 光電耦合隔離器光電耦合隔離器 v （2） 光電耦合隔離電路光電耦合隔離電路 n光電耦合隔離器按其輸出級不同可分為三光電耦合隔離器按其輸出級不同可分為三極管型、單向晶閘管型、雙向晶閘管型等極管型、單向晶閘管型、雙向晶閘管型等幾種，如圖幾種，如圖1所示。它們的原理是相同的，所示。它們的原理是相同的，即都是通過電即都是通過電光光電這種信號轉(zhuǎn)換，利電這種信號轉(zhuǎn)換，利用光信號的傳送不受電磁場的干擾而完成用光信號的傳送不受電磁場的干擾而完成隔離功能的。隔離功能的。 現(xiàn)以最簡單的三極管型光電耦合隔離器現(xiàn)以最簡單的三極管型光

14、電耦合隔離器為例來說明它的結(jié)構(gòu)原理，如圖為例來說明它的結(jié)構(gòu)原理，如圖 2 2 所示。所示。 端入輸端出輸V5+V5+n光電耦合隔離器的輸入輸出類似普通三光電耦合隔離器的輸入輸出類似普通三極管的輸入輸出特性，即存在著截止區(qū)、極管的輸入輸出特性，即存在著截止區(qū)、飽和區(qū)與線性區(qū)三部分。利用光耦隔離飽和區(qū)與線性區(qū)三部分。利用光耦隔離器的開關(guān)特性即光敏三極管工作在截器的開關(guān)特性即光敏三極管工作在截止區(qū)、飽和區(qū)），可傳送數(shù)字信號而隔止區(qū)、飽和區(qū)），可傳送數(shù)字信號而隔離電磁干擾，簡稱對數(shù)字信號進(jìn)行隔離。離電磁干擾，簡稱對數(shù)字信號進(jìn)行隔離。例如在數(shù)字量輸入輸出通道中，以及在例如在數(shù)字量輸入輸出通道中，以及在模

15、擬量輸入輸出通道中的模擬量輸入輸出通道中的A/DA/D轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與CPUCPU或或CPUCPU與與D/AD/A轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)字信號的耦合傳送，都可用光耦的這種開關(guān)特的耦合傳送，都可用光耦的這種開關(guān)特性對數(shù)字信號進(jìn)行隔離。性對數(shù)字信號進(jìn)行隔離。n 要注意的是，用于驅(qū)動發(fā)光管的電源與驅(qū)動光敏管的電源不應(yīng)是共地的同一個電源，必須分開單獨供電，才能有效避免輸出端與輸入端相互間的反饋和干擾.因而，利用光耦隔離器可用來傳遞信號而有效地隔離電磁場的電干擾。 n為了適應(yīng)計算機(jī)控制系統(tǒng)的需求，目前已生產(chǎn)出各種集成的多路光耦隔離器，如TLP系列就是常用的一種。n 數(shù)字量同相傳遞如圖數(shù)字量同

16、相傳遞如圖3a所示，光耦的輸入正端接正電源，輸入負(fù)端接到與數(shù)據(jù)總線相連的數(shù)所示，光耦的輸入正端接正電源，輸入負(fù)端接到與數(shù)據(jù)總線相連的數(shù)據(jù)緩沖器上，光耦的集電極據(jù)緩沖器上，光耦的集電極c端通過電阻接另一個正電源，發(fā)射極端通過電阻接另一個正電源，發(fā)射極e端直接接地，光耦輸出端直接接地，光耦輸出端即從集電極端即從集電極c端引出。當(dāng)數(shù)據(jù)線為低電平端引出。當(dāng)數(shù)據(jù)線為低電平“0時，發(fā)光管導(dǎo)通且發(fā)光，使得光敏管導(dǎo)通，輸出時，發(fā)光管導(dǎo)通且發(fā)光，使得光敏管導(dǎo)通，輸出c端接地而獲得低電平端接地而獲得低電平“0”；當(dāng)數(shù)據(jù)線為高電平；當(dāng)數(shù)據(jù)線為高電平“1時，發(fā)光管截止不發(fā)光，則光敏管也截止使輸時，發(fā)光管截止不發(fā)光，則

17、光敏管也截止使輸出出c端從電源處獲得高電平端從電源處獲得高電平“1”。如此，完成了數(shù)字信號的同相傳遞。如此，完成了數(shù)字信號的同相傳遞。2 2 光電耦合隔離電路光電耦合隔離電路 路電離隔合耦電光3-4圖遞傳相同量字?jǐn)?shù)遞傳相反量字?jǐn)?shù)+5V+5V+5V+5Vccee+-D7D074LS273數(shù)據(jù)緩沖器選通脈沖b(a(D7D074LS273數(shù)據(jù)緩沖器選通脈沖 數(shù)字量反相傳遞如圖數(shù)字量反相傳遞如圖3 3b b所示，與所示，與a a不同的是光耦的集電極不同的是光耦的集電極 c c 端直接接另一個正端直接接另一個正電源，而發(fā)射極電源，而發(fā)射極 e e 端通過電阻接地，則光耦輸端通過電阻接地，則光耦輸出端從發(fā)

18、射極出端從發(fā)射極 e e 端引出。從而完成了數(shù)字信號端引出。從而完成了數(shù)字信號的反相傳遞。的反相傳遞。路電離隔合耦電光3-4圖遞傳相同量字?jǐn)?shù)遞傳相反量字?jǐn)?shù)+5V+5V+5V+5Vccee+-D7D074LS273數(shù)據(jù)緩沖器選通脈沖b(a (D7D074LS273數(shù)據(jù)緩沖器選通脈沖3 3 數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道主要知識點v（1） 開關(guān)輸入電路開關(guān)輸入電路 v （2） 脈沖計數(shù)電路脈沖計數(shù)電路 l 凡在電路中起到通、斷作用的各種按鈕、觸點、開關(guān)，其端子引出均統(tǒng)稱為開關(guān)信號。在開關(guān)輸入電路中，主要是考慮信號調(diào)理技術(shù)，如電平轉(zhuǎn)換，RC濾波，過電壓保護(hù)，反電壓保護(hù)，光電隔離等。 （1電平轉(zhuǎn)換是用電

19、阻分壓法把現(xiàn)場的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。 （2RC濾波是用RC濾波器濾出高頻干擾。 （3過電壓保護(hù)是用穩(wěn)壓管和限流電阻作過電壓保護(hù)；用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬態(tài)尖峰電壓箝位在安全電平上。 （4反電壓保護(hù)是串聯(lián)一個二極管防止反極性電壓輸入。 （5光電隔離用光耦隔離器實現(xiàn)計算機(jī)與外部的完全電隔離。（1 1） 開關(guān)輸入電路開關(guān)輸入電路 -+S2D到到輸輸入入緩緩沖沖器器CCV+2R1R1C1D3R光光耦耦S2D到到輸輸入入緩緩沖沖器器CCV+2R1R1C1D3R光光耦耦圖圖 4 4- -4 4 開開關(guān)關(guān)量量輸輸入入信信號號調(diào)調(diào)理理電電路路C2R3(a) 直流輸入電路(b) 交流輸入電路l 典型的開關(guān)量輸

20、入信號調(diào)理電路如圖4所示。點劃線右邊是由開關(guān)S與電源組成的外部電路，（a是直流輸入電路，（b是交流輸入電路。交流輸入電路比直流輸入電路多一個降壓電容和整流橋塊，可把高壓交流(如380VAC)變換為低壓直流(如5VDC)。開關(guān)S的狀態(tài)經(jīng)RC濾波、穩(wěn)壓管D1箝位保護(hù)、電阻R2限流、二極管D2防止反極性電壓輸入以及光耦隔離等措施處理后送至輸入緩沖器，主機(jī)通過執(zhí)行輸入指令便可讀取開關(guān)S的狀態(tài)。比如,當(dāng)開關(guān)S閉合時，輸入回路有電流流過，光耦中的發(fā)光管發(fā)光，光敏管導(dǎo)通，數(shù)據(jù)線上為低電平，即輸入信號為“0對應(yīng)外電路開關(guān)S的閉合；反之，開關(guān)S斷開，光耦中的發(fā)光管無電流流過，光敏管截止，數(shù)據(jù)線上為高電平，即輸入

21、信號為“1對應(yīng)外電路開關(guān)S的斷開。n （2 ） 脈沖計數(shù)電路脈沖計數(shù)電路 有些用于檢測流量、轉(zhuǎn)速的傳感器發(fā)出有些用于檢測流量、轉(zhuǎn)速的傳感器發(fā)出的是脈沖頻率信號，對于大量程可以設(shè)計一的是脈沖頻率信號，對于大量程可以設(shè)計一種定時計數(shù)輸入接口電路，即在一定的采樣種定時計數(shù)輸入接口電路，即在一定的采樣時間內(nèi)統(tǒng)計輸入的脈沖個數(shù)，然后根據(jù)傳感時間內(nèi)統(tǒng)計輸入的脈沖個數(shù)，然后根據(jù)傳感器的比例系數(shù)可換算出所檢測的物理量。器的比例系數(shù)可換算出所檢測的物理量。圖 4-5 脈沖計數(shù)輸入電路+12VCCV8253/8254CLK0OUT0GATE1CLK1OUT1CLK2OUT2GATE0GATE2系統(tǒng)時鐘TSTWCR

22、CEOL+5V計數(shù)通道1PC總線RCR光耦Dzn 圖5為一種定時計數(shù)輸入接口電路，傳感器發(fā)出的脈沖頻率信號，經(jīng)過簡單的信號調(diào)理，引到8254芯片的計數(shù)通道1的CLK1口。8254是具有3個16位計數(shù)器通道的可編程計數(shù)器/定時器。圖中，計數(shù)通道0工作于模式3，CLK0用于接收系統(tǒng)時鐘脈沖，OUT0輸出一個周期為系統(tǒng)時鐘脈沖N倍N為通道0的計數(shù)初值的連續(xù)方波脈沖，其高、低電平時段是計數(shù)通道1的采樣時間和采樣間隔時間，分別記為TS、TW；計數(shù)通道1和2均選為工作模式2，且OUT1串接到CLK2，使兩者構(gòu)成一個計數(shù)長度為232的脈沖計數(shù)器，以對TS內(nèi)的輸入脈沖計數(shù)。 如果獲得TS時間內(nèi)的輸入脈沖個數(shù)為

23、n，則單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)即脈沖頻率為n/TS，從而可換算出介質(zhì)的流量或電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。比如，發(fā)出脈沖頻率信號的是渦輪流量計或磁電式速度傳感器，它們的脈沖當(dāng)量(即一個脈沖相當(dāng)?shù)牧髁炕蜣D(zhuǎn)數(shù))為K，則介質(zhì)的流量或電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)就為n/TSK。4 數(shù)字量輸出通道主要知識點v 引言引言v （1 1） 三極管驅(qū)動電路三極管驅(qū)動電路 v （2 2） 繼電器驅(qū)動電路繼電器驅(qū)動電路 v （3 3） 晶閘管驅(qū)動電路晶閘管驅(qū)動電路 v （4 4） 固態(tài)繼電器驅(qū)動電路固態(tài)繼電器驅(qū)動電路 引言 數(shù)字量輸出通道簡稱數(shù)字量輸出通道簡稱 DO 通道，它的任務(wù)通道，它的任務(wù)是把計算機(jī)輸出的微弱數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能對生是把計算機(jī)輸出的微

24、弱數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的數(shù)字驅(qū)動信號。根據(jù)現(xiàn)場負(fù)產(chǎn)過程進(jìn)行控制的數(shù)字驅(qū)動信號。根據(jù)現(xiàn)場負(fù)荷的不同，如指示燈、繼電器、接觸器、電機(jī)、荷的不同，如指示燈、繼電器、接觸器、電機(jī)、閥門等，可以選用不同的功率放大器件構(gòu)成不閥門等，可以選用不同的功率放大器件構(gòu)成不同的開關(guān)量驅(qū)動輸出通道。常用的有三極管輸同的開關(guān)量驅(qū)動輸出通道。常用的有三極管輸出驅(qū)動電路、繼電器輸出驅(qū)動電路、晶閘管輸出驅(qū)動電路、繼電器輸出驅(qū)動電路、晶閘管輸出驅(qū)動電路、固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動電路等。出驅(qū)動電路、固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動電路等。 n 對于低壓情況下的小電流開關(guān)量，用功率三極管就可作開關(guān)驅(qū)動組件，其輸出電流就是輸入電流與三極管

25、增益的乘積。（1 1） 三極管驅(qū)動電路三極管驅(qū)動電路1 .1 .普通三極管驅(qū)動電路普通三極管驅(qū)動電路 當(dāng)驅(qū)動電流只有十幾當(dāng)驅(qū)動電流只有十幾 mA mA或幾十或幾十 mA mA時，只要采用一個時，只要采用一個普通的功率三極管就能構(gòu)成驅(qū)動電路，如圖普通的功率三極管就能構(gòu)成驅(qū)動電路，如圖 6 6所示。所示。6047K3 . 3管極三DELV5+033圖4-6 小功率三極管輸出電路Din2. 達(dá)林頓驅(qū)動電路達(dá)林頓驅(qū)動電路 當(dāng)驅(qū)動電流需要達(dá)到幾百毫安時，如驅(qū)當(dāng)驅(qū)動電流需要達(dá)到幾百毫安時，如驅(qū)動中功率繼電器、電磁開關(guān)等裝置，輸出電動中功率繼電器、電磁開關(guān)等裝置，輸出電路必須采取多級放大或提高三極管增益的辦

26、路必須采取多級放大或提高三極管增益的辦法。達(dá)林頓陣列驅(qū)動器是由多對兩個三極管法。達(dá)林頓陣列驅(qū)動器是由多對兩個三極管組成的達(dá)林頓復(fù)合管構(gòu)成，它具有高輸入阻組成的達(dá)林頓復(fù)合管構(gòu)成，它具有高輸入阻抗、高增益、輸出功率大及保護(hù)措施完善的抗、高增益、輸出功率大及保護(hù)措施完善的特點，同時多對復(fù)合管也非常適用于計算機(jī)特點，同時多對復(fù)合管也非常適用于計算機(jī)控制系統(tǒng)中的多路負(fù)荷?？刂葡到y(tǒng)中的多路負(fù)荷。 圖圖7給出達(dá)林頓陣列驅(qū)動器給出達(dá)林頓陣列驅(qū)動器MC1416的結(jié)構(gòu)圖與每對復(fù)合管的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖與每對復(fù)合管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，MC1416內(nèi)含內(nèi)含7對達(dá)林頓復(fù)合管，每個復(fù)合管的集電對達(dá)林頓復(fù)合管，每個復(fù)合管的集電極電

27、流可達(dá)極電流可達(dá)500mA，截止時能承受，截止時能承受100V電壓，其輸入輸出電壓，其輸入輸出端均有箝位二極管，輸出箝位二極管端均有箝位二極管，輸出箝位二極管D2抑制高電位上發(fā)生的抑制高電位上發(fā)生的正向過沖，正向過沖，D1、D3可抑制低電平上的負(fù)向過沖?？梢种频碗娖缴系呢?fù)向過沖。1C2C3C4C5C6C7CC O M161514131211109G N D7B6B5B4B3B2B1B1234567810.5kBR07.2kR1D1R2T1T2D3CED2C O M3k(a)M C 14716結(jié) 構(gòu) 圖（ b） 復(fù) 合 管 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)圖4-7 M C 1416達(dá) 林 頓 陣 列 驅(qū) 動 器1

28、 C2 C3 C4 C5 C6 C7 CC O M1 61 51 41 31 21 11 09G N D7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B123456781 0 .5 k BR07 .2 k R1D1R2T1T2D3CED2C O M3 k (a )M C 1 4 7 1 6 結(jié) 構(gòu) 圖（ b ） 復(fù) 合 管 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)圖 4 -7 M C 1 4 1 6 達(dá) 林 頓 陣 列 驅(qū) 動 器 圖 8為達(dá)林頓陣列驅(qū)動中的一路驅(qū)動電路，當(dāng)CPU數(shù)據(jù)線Di 輸出數(shù)字“0即低電平時，經(jīng)7406反相鎖存器變?yōu)楦唠娖?，使達(dá)林頓復(fù)合管導(dǎo)通，產(chǎn)生的幾百毫安集電極電流足以驅(qū)動負(fù)載線圈，而且利用復(fù)合管內(nèi)的

29、保護(hù)二極管構(gòu)成了負(fù)荷線圈斷電時產(chǎn)生的反向電動勢的泄流回路。圖圖 4-8 達(dá)林頓陣列驅(qū)動電路達(dá)林頓陣列驅(qū)動電路7406達(dá)林頓復(fù)合管達(dá)林頓復(fù)合管負(fù)荷線圈負(fù)荷線圈+24VDi1B1CGNDn3. 繼電器驅(qū)動電路繼電器驅(qū)動電路 電磁繼電器主要由線圈、鐵心、銜鐵和觸電磁繼電器主要由線圈、鐵心、銜鐵和觸點等部件組成，簡稱為繼電器，它分為電壓繼點等部件組成，簡稱為繼電器，它分為電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器等幾種類型。電器、電流繼電器、中間繼電器等幾種類型。繼電器方式的開關(guān)量輸出是一種最常用的輸出繼電器方式的開關(guān)量輸出是一種最常用的輸出方式，通過弱電控制外界交流或直流的高電壓、方式，通過弱電控制外界交流

30、或直流的高電壓、大電流設(shè)備。大電流設(shè)備。D DL LK K控控制制電電流流外外部部設(shè)設(shè)備備線線圈圈鐵鐵芯芯觸觸點點銜銜鐵鐵n 繼電器驅(qū)動電路的設(shè)計要根據(jù)所用繼電器線圈的吸合電壓和電流而定，控制電流一定要大于繼電器的吸合電流才能使繼電器可靠地工作。 常用的繼電器有電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器等幾種類型。由于繼電器線圈需要一定的電流才能動作，所以必須采取措施加以驅(qū)動。 繼電器的驅(qū)動電路繼電器的驅(qū)動電路 驅(qū)動電路的設(shè)計要根據(jù)所用繼電器線圈驅(qū)動電路的設(shè)計要根據(jù)所用繼電器線圈的吸合電壓和電流而定，一定要大于繼電的吸合電壓和電流而定，一定要大于繼電器的吸合電流才能使繼電器可靠地工作。器的吸合電流才能

31、使繼電器可靠地工作。 圖9為經(jīng)光耦隔離器的繼電器輸出驅(qū)動電路，當(dāng)CPU數(shù)據(jù)線Di輸出數(shù)字“1即高電平時，經(jīng)7406反相驅(qū)動器變?yōu)榈碗娖?，光耦隔離器的發(fā)光二極管導(dǎo)通且發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，繼電器線圈KA得電，動合觸點閉合，從而驅(qū)動大型負(fù)荷設(shè)備。 由于繼電器線圈是電感性負(fù)載，當(dāng)電路突然關(guān)斷時，會出現(xiàn)較高的電感性浪涌電壓，為了保護(hù)驅(qū)動器件，應(yīng)在繼電器線圈兩端并聯(lián)一個阻尼二極管，為電感線圈提供一個電流泄放回路。 cVpV耦耦光光6047K A2 2 0 V圖圖 4 - 9 繼繼電電器器輸輸出出驅(qū)驅(qū)動動電電路路DicVpV耦耦光光6047KA220V圖圖 4-9 繼繼電電器器輸輸出出驅(qū)驅(qū)動動電電路路D

32、i4 晶閘管驅(qū)動電路晶閘管驅(qū)動電路n 晶閘管又稱可控硅SCR），是一種大功率的半導(dǎo)體器件，具有用小功率控制大功率、開關(guān)無觸點等特點，在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。n 晶閘管是一個三端器件，其符號表示如圖4-10所示，（a為單向晶閘管，有陽極A、陰極K、控制極門極G三個極。當(dāng)陽、陰極之間加正壓時，控制極與陰極兩端也施加正壓使控制極電流增大到觸發(fā)電流值時，晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通；只有在陽、陰極間施加反向電壓或陽極電流減小到維持電流以下，晶閘管才由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。單向晶閘管具有單向?qū)щ姽δ?，在控制系統(tǒng)中多用于直流大電流場合，也可在交流系統(tǒng)中用于大功率整流回路。AGKT 2T 1Gn

33、 雙向晶閘管也叫三端雙向可控硅，在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個單向晶閘管的反向并聯(lián)，但雙向晶閘管也叫三端雙向可控硅，在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個單向晶閘管的反向并聯(lián)，但共享一個控制極，結(jié)構(gòu)如圖共享一個控制極，結(jié)構(gòu)如圖b所示。當(dāng)兩個電極所示。當(dāng)兩個電極T1、T2之間的電壓大于之間的電壓大于1.5V時，不時，不論極性如何，便可利用控制極論極性如何，便可利用控制極G觸發(fā)電流控制其導(dǎo)通。雙向晶閘管具有雙向?qū)üδ埽|發(fā)電流控制其導(dǎo)通。雙向晶閘管具有雙向?qū)üδ埽虼颂貏e適用于交流大電流場合。因此特別適用于交流大電流場合。T2T1G+5V6047180400470.01FT2GT1KSMOC3041220V圖圖 4-11 雙

34、雙向向晶晶閘閘管管輸輸出出驅(qū)驅(qū)動動電電路路RLDin 晶閘管常用于高電壓大電流的負(fù)載，不適宜與晶閘管常用于高電壓大電流的負(fù)載，不適宜與CPU直接相連，在直接相連，在實際使用時要采用隔離措施。圖實際使用時要采用隔離措施。圖4-11為經(jīng)光耦隔離的雙向晶閘管輸出驅(qū)為經(jīng)光耦隔離的雙向晶閘管輸出驅(qū)動電路，當(dāng)動電路，當(dāng)CPU數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線Di輸出數(shù)字輸出數(shù)字“1時，經(jīng)時，經(jīng)7406反相變?yōu)榈碗娖剑聪嘧優(yōu)榈碗娖?，光耦二極管導(dǎo)通，使光敏晶閘管導(dǎo)通，導(dǎo)通電流再觸發(fā)雙向晶閘管導(dǎo)通，光耦二極管導(dǎo)通，使光敏晶閘管導(dǎo)通，導(dǎo)通電流再觸發(fā)雙向晶閘管導(dǎo)通，從而驅(qū)動大型交流負(fù)荷設(shè)備從而驅(qū)動大型交流負(fù)荷設(shè)備RL。n 5. 固態(tài)繼

35、電器驅(qū)動電路固態(tài)繼電器驅(qū)動電路 固態(tài)繼電器SSR Solid State Relay是一種新型的無觸點開關(guān)的電子繼電器，它利用電子技術(shù)實現(xiàn)了控制回路與負(fù)載回路之間的電隔離和信號耦合，而且沒有任何可動部件或觸點，卻能實現(xiàn)電磁繼電器的功能，故稱為固態(tài)繼電器。它具有體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械噪聲、無抖動和回跳、壽命長等傳統(tǒng)繼電器無法比擬的優(yōu)點，在計算機(jī)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，大有取代電磁繼電器之勢。n 固態(tài)繼電器SSR是一個四端組件，有兩個輸入端、兩個輸出端，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于圖11中的晶閘管輸出驅(qū)動電路。圖12所示為其結(jié)構(gòu)原理圖，共由五部分組成。光耦隔離電路的作用是在輸入與輸出之間起信號傳遞作用，

36、同時使兩端在電氣上完全隔離；控制觸發(fā)電路是為后級提供一個觸發(fā)信號，使電子開關(guān)三極管或晶閘管能可靠地導(dǎo)通；電子開關(guān)電路用來接通或關(guān)斷直流或交流負(fù)載電源；吸收保護(hù)電路的功能是為了防止電源的尖峰和浪涌對開關(guān)電路產(chǎn)生干擾造成開關(guān)的誤動作或損害，一般由RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和壓敏電阻組成；零壓檢測電路是為交流型SSR過零觸發(fā)而設(shè)置的。u SSR的輸入端與晶體管、TTL、CMOS電路兼容，輸出端利用器件內(nèi)的電子開關(guān)來接通和斷開負(fù)載。工作時只要在輸入端施加一定的弱電信號，就可以控制輸出端大電流負(fù)載的通斷。 SSR的輸出端可以是直流也可以是交流，分別稱為直流型SSR和交流型SSR。直流型SSR內(nèi)部的開關(guān)組件為功率三極管

37、，交流型SSR內(nèi)部的開關(guān)組件為雙向晶閘管。而交流型SSR按控制觸發(fā)方式不同又可分為過零型和移相型兩種，其中應(yīng)用最廣泛的是過零型。u 過零型交流SSR是指當(dāng)輸入端加入控制信號后，需等待負(fù)載電源電壓過零時，SSR才為導(dǎo)通狀態(tài)；而斷開控制信號后，也要等待交流電壓過零時，SSR才為斷開狀態(tài)。移相型交流SSR的斷開條件同過零型交流SSR，但其導(dǎo)通條件簡單，只要加入控制信號，不管負(fù)載電流相位如何，立即導(dǎo)通。 直流型SSR的輸入控制信號與輸出完全同步。直流型SSR主要用于直流大功率控制。一般取輸入電壓為4-32V，輸入電流5-10mA。它的輸出端為晶體管輸出，輸出工作電壓為30-180 V。n 交流型SSR主要用于交流大功率控制。一般取輸入電壓為4-32V，輸入電流小于500mA。它的輸出端為雙向晶閘管，一般額定電流在1A-10A范圍內(nèi)，電壓多為380V或220V。圖13為一種常用的固態(tài)繼電器驅(qū)動電路，當(dāng)數(shù)據(jù)線Di輸出數(shù)字“0時，經(jīng)7406反相變?yōu)楦唠娖?，使NPN型三極管導(dǎo)通, SSR輸入端得電則輸出端接通大型交流負(fù)荷設(shè)備RL。 6047cVLRRSS_圖 4-13固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動電路交流電源+Din 當(dāng)然，在實際使用中，要特別注意固態(tài)繼電器的過電流與過電壓保護(hù)以當(dāng)然，在實際使用中，要特別注意固態(tài)繼電器的過電流與過電壓保護(hù)以及浪涌電流的承受等工程問題，在選用固