第11章51單片機(jī)輸出控制

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11.1常用輸出接口電路11.2常用D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)*11.3直流電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)第11章51單片機(jī)輸出控制

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第11章51單片機(jī)輸出控制輸出控制是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制算法處理后，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過程。由于應(yīng)用場(chǎng)合和控制對(duì)象不同，單片機(jī)輸出控制可以分為以下幾類：模擬量控制、開關(guān)量控制、電機(jī)控制等。在單片機(jī)的輸出控制中常采用單片機(jī)與光電隔離元件、模擬開關(guān)、繼電器等元件構(gòu)成輸出控制?，F(xiàn)實(shí)生活中大多是連續(xù)變化的模擬量，模擬量的輸出常采用D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。電機(jī)控制應(yīng)用較為廣泛，常用于檢測(cè)和控制系統(tǒng)。本章就以上內(nèi)容，分別用實(shí)例予以說明。

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11.1常用輸出接口電路輸出接口電路主要由抗干擾元件接口電路、D/A轉(zhuǎn)換接口電路和功率驅(qū)動(dòng)接口電路組成。11.1.1單片機(jī)與光電隔離元件的接口電路。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。一、光電隔離器結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上看，光電隔離器由一發(fā)光二極管和光敏晶體管封裝在同一個(gè)管殼內(nèi)組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

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通常使用的光電離器組合形式有四種，如圖所示。其中圖(a)為普通型隔離器，圖(b)為高速型隔離器，圖(c)為達(dá)林頓輸出型隔離器，圖(d)為晶閘管輸出型。

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二、光電隔離器工作原理光電耦合接口是通過光電元器件來實(shí)現(xiàn)的，光電元器件由發(fā)光二極管和光電三極管構(gòu)成?？蓱?yīng)用于信號(hào)隔離、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、長線傳輸、過載保護(hù)、高壓控制和電路變換。光電三極管是一種光電轉(zhuǎn)換裝置，它的輸出特性與三極管基本相同，不同的是光電三極管接收的是光能量。由于發(fā)光二極管與光電三極管之間是通過光來傳遞信息的，沒有電氣上的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)了電氣上的隔離。這就是光電耦合器的作用。

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三、光電耦合器接口電路光電耦合技術(shù)被廣泛用于測(cè)量控制系統(tǒng)。TLP521-4光電耦合器的典型應(yīng)用電路。第11章51單片機(jī)輸出控制

11.1.2單片機(jī)與模擬開關(guān)元件的接口電路一、CD4066介紹CD4066由四個(gè)相互獨(dú)立的雙向模擬開關(guān)組成，每個(gè)開關(guān)由一個(gè)控制端口控制，控制電路在高電平時(shí)導(dǎo)通，在低電平時(shí)斷開，可利用于斷續(xù)器解調(diào)電路中。主要用作模擬或數(shù)字信號(hào)的多路傳輸。CD4066的引腳與CD4016兼容，引出端排列與CD4016一致，但具有比較低的導(dǎo)通阻抗，導(dǎo)通阻抗在整個(gè)輸入信號(hào)范圍內(nèi)基本不變。

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二、CD4066接口電路CD4066與51單片機(jī)接口電路如圖所示，CD4066內(nèi)部有四路模擬開關(guān)，本電路僅以一路為例進(jìn)行說明。當(dāng)P1.1為高電平，第二路模擬開關(guān)導(dǎo)通，此時(shí)（I/O）2和(O/I)2構(gòu)成通路，數(shù)據(jù)可以從P1.0口傳送到(O/I)2口，也可以從(O/I)2口輸入至P1.0口。

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11.1.3單片機(jī)與繼電器元件的接口電路一、普通電磁繼電器電磁繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種元件，實(shí)際上它是用較小電流控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān)。電磁繼電器是由鐵芯，線圈，銜鐵，觸點(diǎn)以及底座等構(gòu)成的。觸點(diǎn)有動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)之分。二、繼電器的觸點(diǎn)形式和電路符號(hào)1.動(dòng)合型（H型）：線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是斷開的，通電后，兩觸點(diǎn)就閉合了。2.動(dòng)斷型（D型）：線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是閉合的，通電后兩個(gè)觸點(diǎn)就斷開。3.轉(zhuǎn)換型（Z），這是觸點(diǎn)組型。

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電磁繼電器的常用符號(hào)第11章51單片機(jī)輸出控制

三、普通電磁繼電器的主要技術(shù)參數(shù) 1.線圈電源和功率 2.額定工作電壓或工作電流 3.線圈電阻 4.吸合電壓或電流 5.釋放電壓或電流 6.觸點(diǎn)負(fù)荷第11章51單片機(jī)輸出控制

四、繼電器的附加電路1.串聯(lián)RC電路：能縮短吸合時(shí)間，如圖（a）所示。2.并聯(lián)RC電路：可延長銜鐵的釋放時(shí)間，如圖（b）所示。3.并聯(lián)二極管電路：可吸收感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖（c）所示。第11章51單片機(jī)輸出控制

五、固態(tài)繼電器（SSR）固態(tài)繼電器（SSR），是一種由集成電路和分立元件組合而成的一體化無觸點(diǎn)電子開關(guān)器件。其功能與電磁繼電器基本相似，固態(tài)繼電器的輸入端僅需要很小的控制電流，且能與TTL、CMOS等集成電路實(shí)現(xiàn)良好兼容。由于在開關(guān)過程中無機(jī)械接觸部件，因此具有工作可靠、壽命長、噪聲低、開關(guān)速度快和工作頻率高等特點(diǎn)。固態(tài)繼電器的種類很多，常用的主要有直流型和交流型兩種。第11章51單片機(jī)輸出控制

直流型固態(tài)繼電器原理圖及電路符號(hào)如下:第11章51單片機(jī)輸出控制

交流型固態(tài)繼電器原理圖及電路符號(hào)如下:第11章51單片機(jī)輸出控制

固態(tài)繼電器的內(nèi)部電路圖如下圖所示。其中圖（a）為交流型SSR。圖（b）為直流型SSR。第11章51單片機(jī)輸出控制

六、繼電器接口電路1.直流電磁繼電器接口常用的繼電器大部分屬于電磁式繼電器。下圖是電磁式繼電器的接口電路圖。第11章51單片機(jī)輸出控制

2.交流電磁繼電器接口交流式電磁式繼電器由于線圈的電壓要求是交流電，所以通常使用雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)或使用一個(gè)直流繼電器作為中間繼電器控制。下圖是交流接觸器的接口電路。第11章51單片機(jī)輸出控制

11.2常用D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)11.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和工作原理

DAC0832是單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量V0為：可見，輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。第11章51單片機(jī)輸出控制

DAC0832內(nèi)部轉(zhuǎn)換邏輯結(jié)構(gòu)如下。

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DAC0832內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如下。

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11.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路一、直通方式接口電路直通方式是指兩個(gè)緩沖器直接連通，輸入數(shù)據(jù)直接送入D/A轉(zhuǎn)換電路，相當(dāng)于沒有內(nèi)部寄存器。

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二、單緩沖器方式接口電路單緩沖器方式只使用一個(gè)內(nèi)部緩沖器，另一個(gè)緩沖器呈直通狀態(tài)。

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三、雙緩沖器同步方式接口對(duì)于多路D/A轉(zhuǎn)換接口，要求同步進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出時(shí)，必須采用雙緩沖器同步方式。DAC0832采用這種接法時(shí)，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分兩步進(jìn)行的，即CPU的數(shù)據(jù)總線分時(shí)地向各路D/A轉(zhuǎn)換器輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量并鎖存在各自的輸入寄存器中，然后CPU控制所有的D/A轉(zhuǎn)換同時(shí)輸出。

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11.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)編程一、直通方式控制程序根據(jù)直通方式接口電路設(shè)計(jì)軟件流程如下：第11章51單片機(jī)輸出控制

應(yīng)用C51語言編程如下：

//------------------函數(shù)聲明,變量定義------------------------------#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<ABSACC.H>//------------------定義管腳---------------------------------------#definedata_OUTP1//------------------延時(shí)子程序-------------------------------------//函數(shù)功能:延時(shí)子程序,實(shí)現(xiàn)(16*N+24)μs的延時(shí)//系統(tǒng)采用11.0592MHZ的時(shí)鐘時(shí),延時(shí)滿足要求,其他情況需要改動(dòng)voiddelay(unsignedintN){ inti; for(i=0;i<N;i++);}第11章51單片機(jī)輸出控制

//-------------------完成一次轉(zhuǎn)換------------------------------------voidconversion_0832(unsignedcharout_data){ data_OUT=out_data;//輸出數(shù)據(jù) delay(10);//延時(shí)等待轉(zhuǎn)換}//----------------------主函數(shù)-----------------------------------------//函數(shù)功能:完成滿值點(diǎn)驗(yàn)證、零點(diǎn)值驗(yàn)證voidmain(){ unsignedchari; conversion_0832(0XFF);//滿值點(diǎn)驗(yàn)證 conversion_0832(0);//零點(diǎn)值驗(yàn)證 for(i=0;i<255;i++)//輸出鋸齒波 { conversion_0832(i); }}第11章51單片機(jī)輸出控制

二、單緩沖器方式控制程序單緩沖器方式的程序與直通方式的程序,基本相同,只需在定義是作如下的改動(dòng)：//------------------------直通方式-定義管腳-----------------------------#definedata_OUTXBYTE[0X7FFF]//------------------------當(dāng)緩沖器方式-定義地址-------------------------#definedata_OUTXBYTE[0X7FFF]第11章51單片機(jī)輸出控制

*11.3直流電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)計(jì)11.3.1直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理一、認(rèn)識(shí)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為機(jī)殼、定子與轉(zhuǎn)子。大中型的直流電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子上各有繞組，這兩種繞組之間，可采用串聯(lián)或并聯(lián)方式。采用串聯(lián)方式的稱為串激式直流電動(dòng)機(jī)；采用并聯(lián)方式的稱為分激式直流電動(dòng)機(jī)。第11章51單片機(jī)輸出控制

二、直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，就是把直流電源加到直流電動(dòng)機(jī)上，使之旋轉(zhuǎn)。 1.用繼電器驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)第11章51單片機(jī)輸出控制

2.以達(dá)林頓晶體管驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)微控制信號(hào)連接到達(dá)林頓晶體管，直接提供直流電動(dòng)機(jī)的電源，使之旋轉(zhuǎn)。其中的D1、D2二極管起保護(hù)功能。此電路不但可以控制直流電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)，還可以控制其功率大小，以達(dá)到轉(zhuǎn)速控制的目的。第11章51單片機(jī)輸出控制

3.以繼電器控制直流電動(dòng)機(jī)的方向

微控制信號(hào)連接到達(dá)林頓晶體管與繼電器。其中Q2、Q3所組成的達(dá)林頓晶體管控制電動(dòng)機(jī)的開關(guān)，繼電器的接通與斷開控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方向。第11章51單片機(jī)輸出控制

4.以晶體管控制直流電動(dòng)機(jī)的方向（橋式驅(qū)動(dòng)）第11章51單片機(jī)輸出控制

若送一個(gè)高電平信號(hào)到input1端，同時(shí)送一個(gè)低電平信號(hào)到input2端時(shí)，則電流由右而左流過此直流電動(dòng)機(jī)，

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反之，若送一個(gè)低電平信號(hào)到input1端，同時(shí)送一個(gè)高電平信號(hào)到input2端時(shí)，則電流由左而右流過此直流電動(dòng)機(jī)，

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5.互補(bǔ)（配對(duì)）達(dá)林頓功率晶體管—TIP12x系列內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

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6.互補(bǔ)（配對(duì)）達(dá)林頓功率晶體管-TIP14x系列內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

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7.橋式達(dá)林頓功率晶體管模塊-TA7257P系列內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

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三、直流電動(dòng)機(jī)的PWM控制驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的電流大小將影響直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。直流電動(dòng)機(jī)的功率采用平均值，當(dāng)電壓固定時(shí)，只要改變電流的平均值即可改變輸入功率。脈沖的平均值如下：改變脈沖寬度來控制平均值的方法，稱為脈沖寬度調(diào)制即PWM控制。

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電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成比例，而電動(dòng)機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與占空比成比例。占空比越大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)得越快，當(dāng)占空比α=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最大?？刂齐妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的PWM波形圖如下所示。第11章51單片機(jī)輸出控制

在模擬電路中，我們可以使用比較器將正弦波與三角波條變?yōu)镻WM波，PWM調(diào)變電路及PWM調(diào)變示意圖如下：

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11.3.2采用單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)直流電機(jī)及控制電路的電路原理如下。直流電機(jī)控制使用了H橋驅(qū)動(dòng)電路，控制口線為P1.1、P1.2。第11章51單片機(jī)輸出控制

11.3.3直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的編程應(yīng)用C51語言編程如下：

//-----------------函數(shù)聲明,變量定義------------------------#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<ABSACC.H>//-----------------定義管腳---------------------------------sbitPWM=P1^0; //PWM波形輸出sbitDR=P1^1; //方向控制#definetime_data(256-100) //定時(shí)器預(yù)置值,12M時(shí)鐘是,定時(shí)0.1ms#definePWM_T100 //定義PWM的周期T為10msunsignedcharPWM_t; //PWM_t為脈沖寬度(0-100)時(shí)間為0-10msunsignedcharPWM_count; //輸出PWM周期計(jì)數(shù)unsignedchartime_count; //定時(shí)計(jì)數(shù)bitdirection; //方向標(biāo)志位第11章51單片機(jī)輸出控制

//函數(shù)名稱:timer_init//函數(shù)功能:初始化設(shè)施定時(shí)器voidtimer_init(){ TMOD=0X22;/*定時(shí)器1為工作模式2(8位自動(dòng)重裝),0為模式2(8位自動(dòng)重裝)*/ PCON=0X00; TF0=0; TH0=time_data;//保證定時(shí)時(shí)長為0.1ms TL0=TH0; ET0=1; TR0=1;//開始計(jì)數(shù) EA=1;//中斷允許}//函數(shù)名稱:settint_PWM//函數(shù)功能:設(shè)置PWM的脈沖寬度和設(shè)定方向voidsetting_PWM(){ if(PWM_coun