驱动能力总结.doc

1、 在电子电路中为什么有的地方电压会被拉低？2、 驱动能力是什么意思，如何提高驱动能力？问题补充： 在很多资料上看到说驱动能力不够是因为提供的电流太小，为什么不说电压呢？在很多限制的条件都是电流而不是电压，为什么？电压和电流满足欧姆定律，考虑谁不是都一样吗？还有就是，在什么情况下要考虑驱动能力，是不是只有在集成电路输出口要考虑？那你怎么知道这个集成电路驱动能力是不是不够？在平常的电路中（非集成电路IO口），如何考虑驱动能力？能不能给些例子。提高驱动能力都有哪些办法？我只知道用三极管提高驱动能力。这位朋友,你的问题是一个电子设计中最为基本的问题。但是有很多初学者或者新上手的设计人员都分不清楚这个电压电流在苛刻的条件下的区分。我给你分析一下，希望对你有所帮助！1、问：为什么说驱动能力不够是因为提供电流太小而不是电压？和分析驱动能力不够？答：首先我们看到的驱动能力不够，大部分是在你选择的负载（电阻、喇叭等）电压符合供电电压的，那么电压符合了只有看电流大小是否足够。是电压还是电流引起驱动能力不够，给你个判断方法，将后级电流开路测试电压是否符合负载电压，符合但接上负载后电压就会降低这个就是电流驱动能力不够。如果电压不够则是驱动电压不够。2、什么情况下要考虑驱动能力？任何情况都要考虑包括数字信号处理的接口电路里。但是常说的驱动能力都是在功率驱动的情况下用的比较多。3、怎么知道在集成电路里和平常IC驱动能力是否足够？和提高驱动能力的办法。在IC的资料里都有说明I/O口的驱动能力，根据你的负载所需要的驱动能力来判断这个I/C的I/O口是否符合，如果不符合可以用三极管或者MOS管子放大提高驱动能力。4、举例子：用一个IC驱动1个LED。IC输出电压5V，输出电流20mA，用来驱动一个白色LED。LED是20mA 、3.3V的。那么5-3.3=1.7V，20mA时1.7/20mA=85R。这样我们可以在LED上串接一个电阻85R，正接I/O负对地就可以了。现在改为驱动300mA、3.3V的1WLED。I/O驱动能力就不够了，需要提高驱动能力。分析输出5V输出20mA，用放大200倍的8050三极管，集电极电流要在300mA，计算得：300mA/200=1.5mA，基极电流为1.5mA，为了使三极管深度饱和选用10倍饱和电流。1.5*10=15mA，5V/15mA=333R，则选用330R的电阻串联到三极管基极和I/O口上，发射极连接地，集电极接LED-，LED+接电阻（5-3.3=1.7/0.3=5.67R）5.67R/1W，然后接5V就可以了。1.深度饱和时，视所用管子Ube可取0.7V，Uce可取0.10.5V（大多计算可忽略），Ic不再受控，认为恒定在设计值不变了，Ic则几乎仅由外部电路（R+LED）决定，三极管近似是一个开关。2.放大状态，Ube可视为不变，而Uce就完全不能确定了，Ic就意味着还会随管子而变，即Vce较大，功耗也偏大，值不单受温度，电流，电压影响3.饱和10倍，意指取1/10标称值。这是一般电路深度（可靠）饱和常用工程数据（5倍也可算作饱和，20倍意义就不大了）P0是一个漏极开路接口,让它工作在灌电流状态下驱动LED是没有问题的。即:VCC限流电阻LEDP0。灌电流：IO口为低电平的时候,电流从IO口外面“灌”进单片机，相反的就是 “拉电流”， IO口为高电平的时候,电流从单片机流出去给负载供电。P0口有两种工作方式：总线式和IO口式。简单的说就是：把P0用来作地址数据复用线（movx movc之类的指令）就是总线，这时P0口是推挽式输出，就是pmos，nmos都来驱动输出，所以这个时候不论输出1（高电平）还是输出0（低电平），驱动都比较强的（内阻小，输出电流大），你们没人见过51访问外ram的硬件中P0口接上拉电阻的吧！第二种就是IO方式，就是将它当作普通的IO来用，这时它与其他的三个不同的是，它内部没有上拉电阻（也就是其他的三个口内部都有上拉），属于开漏输出 （OD），所以它的输出是低电平（0）和高阻态（z）两种状态，你只需从此管脚接一个发光管和限流电阻到电源就可以了，此时管脚就相当于一个开关，闭合到地或断开，这应该算最简单，而且功耗低的一种接法了。当然，你也可以利用高电平来驱动，就是外面接一个上拉电阻了，这种方法不好，功耗大，自己想一下就知道原因了。尤其是接的负载比较重，同时驱动几个发光管， 必须要减小上拉电阻以提供足够的驱动电流，但是，小的上拉电阻导致负载不工作时的电流大，甚至关不断负载（发光管不能熄灭）。其它口内部接了上拉电阻，是伪双向口的需要。 因为总线操作通常速度较快，开漏的输出容易导致上升沿变圆滑，该方式针对总线方式时该端口的所有输出（包括地址和数据），总线时上升下降都要求快，开漏下降快（因为是MOS管控制），上升慢（因为是上拉拉起来的），P0口的上半截图腾柱是在总线操作模式下才接上去的，所以不能说IO结构没变。P0口本身就有上半截图腾柱，只是在总线方式下才配置为激活。看到有些电路P0口也加上拉电阻，该情况可以理解为P0口不仅作为总线方式 也作为IO式。51单片机P0口上拉电阻的深入研究如果是驱动led，那么用1K左右的就行了。如果希望亮度大一些，电阻可减小，最小不要小于200欧姆，否则电流太大；如果希望亮度小一些，电阻可增大，增加到多少呢，主要看亮度情况，以亮度合适为准，一般来说超过3K以上时，亮度就很弱了，但是对于超高亮度的 LED，有时候电阻为10K时觉得亮度还能够用。通常就用1k的。对于驱动光耦合器，如果是高电位有效，即耦合器输入端接端口和地之间，那么和LED的情况是一样的；如果是低电位有效，即耦合器输入端接端口和VCC之间，那么除了要串接一个14.7k之间的电阻以外，同时上拉电阻的阻值就可以用的特别大，用100k500K之间的都行，当然用10K的也可以，但是考虑到省电问题，没有必要用那么小的。对于驱动晶体管，又分为PNP和NPN管两种情况：对于NPN，毫无疑问NPN管是高电平有效的，因此上拉电阻的阻值用2K20K之间的，具体的大小还要看晶体管的集电极接的是什么负载，对于 LED类负载，由于发管电流很小，因此上拉电阻的阻值可以用20k的，但是对于管子的集电极为继电器负载时，由于集电极电流大，因此上拉电阻的阻值最好不要大于4.7K，有时候甚至用2K的。对于PNP管，毫无疑问PNP管是低电平有效的，因此上拉电阻的阻值用100K以上的就行了，且管子的基极必须串接 一个110K的电阻，阻值的大小要看管子集电极的负载是什么，对于LED类负载，由于发光电流很小，因此基极串接的电阻的阻值可以用20k的，但是对于管子的集电极为继电器负载时，由于集电极电流大，因此基极电阻的阻值最好不要大于4.7K。对于驱动TTL集成电路，上拉电阻的阻值要用110K之 间的，有时候电阻太大的话是拉不起来的，因此用的阻值较小。但是对于CMOS集成电路，上拉电阻的阻值就可以用的很大，一般不小于20K，我通常用 100K的，实际上对于CMOS电路，上拉电阻的阻值用1M的也是可以的，但是要注意上拉电阻的阻值太大的时候，容易产生干扰，尤其是线路板的线条很长的 时候，这种干扰更严重，这种情况下上拉电阻不宜过大，一般要小于100K，有时候甚至小于10K。根据以上分析，上拉电阻的阻值的选取是有很多讲究的，不能乱用。MCS-51单片机P0口扩展技术研究在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高可靠性和高性价比,占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，并成为国内单片机应用领域中的主流机型。MCS-51单片机的并行口有P0、P1、P2和P3，由于P0口是地址数据总线口，P2口是高8位地址线，P3口具有第二功能，这样，真正可以作为双向IO口应用的就只有P1口了。这在大多数应用中是不够的，因此，大部分MCS-51单片机应用系统设计都不可避免的需要对P0口进行扩展。由于MCS-51单片机的外部RAM和IO口是统一编址的，因此，可以把单片机外部64K字节RAM空间的一部分作为扩展外围IO口的地址空间。这样，单片机就可以像访问外部RAM存储器单元那样访问外部的P0口接口芯片，以对P0口进行读写操作。用于P0口扩展的专用芯片很多。如8255可编程并行P0口扩展芯片、8155可编程并行P0口扩展芯片等。本文重点介绍采用具有三态缓冲的74HC244芯片和输出带锁存的74HC377芯片对P0口进行的并行扩展的具体方法。1输入接口的扩展MCS-51单片机的数据总线是一种公用总线，不能被独占使用，这就要求接在上面的芯片必须具备“三态”功能，因此扩展输入接口实际上就是要找一个能 够用于控制且具备三态输出的芯片。以便在输入设备被选通时，它能使输入设备的数据线和单片机的数据总线直接接通；而当输入设备没有被选通时，它又能隔离数据源和数据总线(即三态缓冲器为高阻抗状态)。1.174HC244芯片的功能如果输入的数据可以保持比较长的时间(比如键盘)，简单输入接口扩展通常使用的典型芯片为74HC244，由该芯片可构成三态数据缓冲器。74HC244芯片的引脚排列如图1所示。74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1G和2G作为它们的选通工作信号。当1C和2G都为低电平时，输出端Y和输入端A状态相同；当1G和2G都为高电平时，输出呈高阻态。1.2应用74HC244芯片扩展输入接口图2是采用74HC2244芯片进行输入接口扩展的原理电路，图3是读P0口的时序。由图3可以看出，当P2.7和RD同为低电平 时，74HC2244才能将输入端的数据送到单片机的P0口。其中，P2.7决定了74HC244的地址，0000H-7FFFH(共32K)地址都可以访问这个单元，这就是用线选法所带来的副作用。通常可选择其中的最高地址作为这个芯片的地址来写程序，如这个芯片的地址是7FFFH。但这仅仅是一种习 惯，并不是规定，当然也完全可以用0000H作为这个芯片的地址。当确定了地址之后，其接口的输入操作程序如下：MOV DPTR，#7FFFHMOVX A,DPTR其中MOVX类指令是MCS-5l单片机专用于对外部RAM进行操作的指令。由于外部IO与外部RAM是同一接口，所以一般使用这条指令对外部 IO进行操作。一旦执行到MOVX类指令，单片机就会在RD或WR(根据输入还是输出指令)引脚产生一个下降沿，这个下降沿的波形与P2.7相或，则会在或门的输出口也产生一个下降沿，这个下降沿将使74HC244的输出与输入接通，这样，输入设备的数据就可以被MCS-51单片机从总线上读取。需要说明的是，74HC244是不带锁存的，因此，如果输人设备提供的数据时间比较短，那么就要用带锁存的芯片进行扩展，如74HC373，74HC573等。2输出接口的扩展由于单片机的数据总线是为各个芯片服务的，一般不可能为一个输出而一直保持一种状态，因此，输出接口的主要功能是进行数据保持(即数据锁存)，也就是说，输出接口的扩展实际上就是扩展锁存器。2.174HC377芯片的功能输出接口扩展通常用74HC377芯片来实现。该芯片是一个带允许端的8D锁存器，其芯片的引脚如图4所示，各相关引脚的功能如下：D0D7为8位数据输入端；Q0Q7为8位数据输出端；G为使能控制端；CLK为时钟信号，上升沿锁存数据。表1所列是该芯片的真值表。2.2应用74HC377芯片扩展输出接口图5是利用74HC377进行输出接口扩展的电路连接图。图中，74HC377的G端与P2.6口相连，其地址是x0xxxxxxB，如果把“x”全置为1，则为1011111111111111B，这样，0BFFFH就是该芯片的地址了。由于MCS-51的WR是与74HC377的CLK端相连的，当WR信号由低变高时，数据总线上的数据为输出数据，而此时P2.6输出低电平，G有效，因此，数据就被锁存。其相关程序如下：MOVDPTR，#0BFFFHMOVA，#DATAMOVXDPTR，A此外，利用74HC373芯片、74HC573芯片也可以进行P0口的扩展。3接口扩展实例在实际的应用系统中，可能需要同时扩展多个IO口，以满足应用系统的需要。而各个输入、输出扩展IO芯片应通过74LS138进行“全地址”译码选通，从而分时复用数据总线DB(DataBus)。 为了防止过渡干扰对译码选通逻辑造成的影响，单片机系统所用的外围芯片一般均设为双步选通方式，即除了配置译码选通端外，还应配置使能选通端。而 74HC244芯片本身没有明显的片选和读写控制端，设计时通常采用译码和读控制信号来同时控制74HC244的CS，从而有效地抑制输入输出数据信 息的过渡干扰。此电路输入口扩展采用2个74HC244。其输入端接键盘或其它数字信号；而输出口扩展则选用2个74HC377，以用于控制数码管、发光二极管、继电器等。其详细电路原理图如图6所示。其部分代码如下：51单片机的数据地址控制总线端口都有一定的负载能力，P0口可驱动8个TTL门电路，P1口、P2口和P3口可驱动4个TTL门电路。负载超过上述规定一般应加驱动器。总线驱动器可以使用TTL型三态缓冲门电路74HC244、74HC245。另外，在扩展口线的同时，还应兼顾配置总线驱动器，注意总线负载平衡的配置。在总线上适当安装上拉电阻可以