微机及其接口技术机电一体化设计课件VIP

1、微机及其接口技术机电一体化设计1 第一篇:微机及接口技术 概述概述 地址译码器、地址译码器、I / O口与口与CPU的接口的接口 人机接口人机接口 机电接口机电接口 功率接口功率接口 微机及其接口技术机电一体化设计2 概述概述 nI / O 口是CPU输入接口和输出接口。最简单的接口仅仅 是连接二个设备的一组导线，或是一对标准连接件 nI / O 口可分为简单 I / O 口和可编程 I / O 口(又分为并行接口和串行接口) 。 n常用的简单输入接口有 74 xx 244 、245 n简单输出接口有 74 xx 273、373 n可编程并行接口有 8255、8155 等，可编 程串行接口有

2、8251。 微机及其接口技术机电一体化设计3 机电一体化产品基本组成及接口机电一体化产品基本组成及接口 人机对话 输出设备 I / O口 出接口 控制输 执行 元件 微 机 人机对话 输入设备 I / O口 集接口 信息采 传感器 机 械 分 系 统 人机接口 机电接口 微机及其接口技术机电一体化设计4 n从上图看出，人机对话输入和输出设备没有和 CPU 直接连接，而是通过 I / O 口与 CPU 连接在一起 n外设和 CPU 不能直接连接的原因有下面两个： n人机对话设备和 CPU 的阻抗不匹配； nCPU 不能直接控制人机对话设备（键盘、LED等） 的接通和关闭。 nCPU 通过地址译码

3、器、RD和WR等控制 I / O 口的 接通和关闭，从而控制外设的接通和关闭。 概述概述 微机及其接口技术机电一体化设计5 138 和和 139的引脚名称的引脚名称 地址译码器、地址译码器、I / O口与口与CPU的接口的接口 地址译码器与地址译码器与 CPU 的接口的接口 微机及其接口技术机电一体化设计6 地址译码器与地址译码器与 CPU 的接口的接口 微机及其接口技术机电一体化设计7 139 的功能表的功能表 微机及其接口技术机电一体化设计8 138 的的 功功 能能 表表 微机及其接口技术机电一体化设计9 273 的引脚名称及与的引脚名称及与CPU 的接口的接口 微机及其接口技术机电一体

4、化设计10 地址译码器、地址译码器、I / O口与口与CPU的接口的接口 简单输出口与简单输出口与CPU的接口的接口 273 的功能表的功能表 微机及其接口技术机电一体化设计11 245 的引脚名称及与的引脚名称及与CPU的接口的接口 地址译码器、地址译码器、I / O口与口与CPU的接口的接口 简单输入口与简单输入口与CPU的接口的接口 微机及其接口技术机电一体化设计12 245 的功能表的功能表 微机及其接口技术机电一体化设计13 8255A的引脚名称及接口电路的引脚名称及接口电路 微机及其接口技术机电一体化设计14 可编程的含义1 （1）8255的端口基本工作方式可选择的端口基本工作方式

5、可选择 8255 有三种工作方式，在这三种工作方式 中各条端口线的功能如下表所示。 工作方式0 适用于无条件传输数据的设备。作为输 出口时，类似于前面讲过的74xx273, 作为输 入口时，类似于74xx245。设计键盘接口、 LED接口可以采用这种方式。 工作方式1和工作方式2为特殊的工作方式 如选通工作方式。 微机及其接口技术机电一体化设计15 8255 方式选择控制字各位含义方式选择控制字各位含义 （2）PA、PB、PC用作输入和输出的功能可选择 方式选择控制字决定 这种更改是通过方式选择控制字决定的 可编程的含义2 微机及其接口技术机电一体化设计16 (3) 8255的三个输出端口可选

6、择 A1、A0 接到CPU的地址总线上，A1、A0是芯片 内部寻址信号线，寻址的方法是： A1 A0 = 0 0 ，对应于 PA 口； A1 A0 = 0 1 ，对应于 PB 口； A1 A0 = 1 0 ，对应于 PC 口； A1 A0 = 1 1 ，对应于控制口。 可编程的含义3 微机及其接口技术机电一体化设计17 8255不同工作方式下端口线的功能不同工作方式下端口线的功能 微机及其接口技术机电一体化设计18 n控制微机控制微机8031、地址码译码器、接口芯、地址码译码器、接口芯 片与输入、输出设备的连线总图片与输入、输出设备的连线总图 例一：例一： 微机及其接口技术机电一体化设计19

7、微机及其接口技术机电一体化设计20 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 按键的按键的 数据数据 微机及其接口技术机电一体化设计21 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 微机及其接口技术机电一体化设计22 0 0 1 0 0 1 0 0 +5V 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 D7 =1 特征位为1 D6D5 =00 A组工作方 式为0 D4 =0 PA口作输出 D3 =0 PC口高四位 作输出 D2 =0 B组工作方 式为0 D1=0 PB口作输出 D3 =0 PC口高四位 作输出 0 0 对对 8255 进行预进行预 定义定义 微机及其接口技术机电一体化设

8、计23 0 0 1 0 0 1 0 0 +5V 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 数 据 微机及其接口技术机电一体化设计24 0 0 1 0 0 1 0 0 +5V 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 数 据 微机及其接口技术机电一体化设计25 0 0 1 0 0 1 0 0 +5V 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 数 据 微机及其接口技术机电一体化设计26 人机接口人机接口 n在机电一体化产品中，常用的输入设备有开关、BCD 二十进制码拨盘、键盘等；常用的输出设备有指示 灯、LED（发光二极管）、液晶显示器、微型打印机、 CR

9、T（阴极射线管）、扬声器等。人机接口分为输入 接口和输出接口。 n人机接口有下述二个特点： n专用性。根据对人机接口的专门要求，人机接口 的设计方案要根据产品的要求而定。 n低速性。外设的工作速度是较低的，设计时要考 虑微机与外设的速度配合，提高制微机的工作效率 微机及其接口技术机电一体化设计27 按钮开关通断时的电压抖动按钮开关通断时的电压抖动 微机及其接口技术机电一体化设计28 拨盘的结构简图及接口电路图拨盘的结构简图及接口电路图 微机及其接口技术机电一体化设计29 BCD码拨盘通断状态表码拨盘通断状态表 （0表示与表示与A线不通，线不通，1表示与表示与A线接通）线接通） 微机及其接口技术

10、机电一体化设计30 n采用8031做控制微机，通过简单输入口 74LS245设计出四位十进制输入、BCD码输出 的拨盘，若输入1357这个数,试画出接口电路. 例二: 拨盘与微机接口电路图 微机及其接口技术机电一体化设计31 输入“1”则 B1 B2 B3 B4 分别对应为 0 0 0 1 输入“3”则 B5 B6 B7 B8 分别对应为 0 0 1 1 输入“5”则 B1 B2 B3 B4 分别对应为 0 1 0 1 输入“7”则 B5 B6 B7 B8 分别对应为 0 1 1 1 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 WR RD A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14

11、 A15 8031 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A B C G2A G2B G1 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 DIR G B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 DIR G GND GND A 8 4 2 1 A 8 4 2 1 A 8 4 2 1 A 8 4 2 1 +5V Y1 Y2 + RD + RD 74LS138 74LS245() 74LS245() . . . . . . . . 微机及其接口技术机电一体化设计32 矩阵式键盘的结构及接口

12、电路矩阵式键盘的结构及接口电路 微机及其接口技术机电一体化设计33 n（1）LED显示器的接口设计显示器的接口设计 n 发光二极管的接口方法 n发光二极管具有体积小、亮度高、寿命 长、价格低、接口电路简单可靠等优点。 下图是二个实际接口电路。 人机接口人机接口 微机及其接口技术机电一体化设计34 发光二极管的接口电路发光二极管的接口电路 微机及其接口技术机电一体化设计35 八段八段LED显示器的结构图及与显示器的结构图及与I / O口的接口电路口的接口电路 人机接口人机接口 八段LED的接口设计 微机及其接口技术机电一体化设计36 n采用8031做控制机，要求通过 74LS164串行通讯芯片控

13、制八位LED 静态显示器,试画出接口电路。 串行通讯、多位静态显示串行通讯、多位静态显示LED接接 口电路口电路 微机及其接口技术机电一体化设计37 共阳共阳 极极 微机及其接口技术机电一体化设计38 GP16与与CPU的接口电路的接口电路 人机接口人机接口 （2）与GP16微型打印机接口 微机及其接口技术机电一体化设计39 蜂鸣器电路蜂鸣器电路 微机及其接口技术机电一体化设计40 n蜂鸣器音量较小，在噪声较大的环境中 通常采用扬声器做声音输出，扬声器要 求以音频信号驱动。 n以集成电路产生音频信号，经放大后驱 动扬声器工作。 人机接口人机接口 微机及其接口技术机电一体化设计41 n在机电一体

14、化产品中，被控对象所需要的驱动 功率一般都比较大，而计算机发出的数字控制 信号或经D / A转换后得到的模拟控制信号的功 率都很小，因而必须经过功率放大后才能用来 驱动被控对象。 n实现功率放大的接口电路被称为功率接口电路。 在控制微机和 功率放大电路之间，人们常常使 用光电隔离技术，下面首先介绍光电隔离器件。 功率接口功率接口 微机及其接口技术机电一体化设计42 n1 1、光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电、光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电 路；路； n2 2、数字量输入通道中几种典型电路；、数字量输入通道中几种典型电路； n3 3、数字量输出通道几种典型驱动电路；、数字量输出通道几种典型

15、驱动电路； 微机及其接口技术机电一体化设计43 n 在微机控制系统中，除了要处理模拟量在微机控制系统中，除了要处理模拟量 信号以外，还要处理另一类数字信号，包信号以外，还要处理另一类数字信号，包 括开关信号、脉冲信号。它们是以二进制括开关信号、脉冲信号。它们是以二进制 的逻辑的逻辑“1”1”和和“0”0”或电平的高和低出现或电平的高和低出现 的。如开关触点的闭合和断开，指示灯的的。如开关触点的闭合和断开，指示灯的 亮和灭，继电器或接触器的吸合和释放，亮和灭，继电器或接触器的吸合和释放， 马达的启动和停止，晶闸管的通和断，阀马达的启动和停止，晶闸管的通和断，阀 门的打开和关闭，仪器仪表的门的打开

16、和关闭，仪器仪表的 BCD BCD 码，以码，以 及脉冲信号的计数和定时等等及脉冲信号的计数和定时等等 。 微机及其接口技术机电一体化设计44 1 1 光电耦合隔离技术光电耦合隔离技术 主要知识点主要知识点 v （1） 光电耦合隔离器光电耦合隔离器 v （2） 光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路 微机及其接口技术机电一体化设计45 n光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三 极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等 几种，如图几种，如图1所示。它们的原理是相同的，所示。它们的原理是相同的， 即都是通过电即都是通过电光光电这种信号转换

17、，利电这种信号转换，利 用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成 隔离功能的。隔离功能的。 微机及其接口技术机电一体化设计46 现以最简单的三极管型光电耦合隔离器现以最简单的三极管型光电耦合隔离器 为例来说明它的结构原理，如图为例来说明它的结构原理，如图 2 2 所示。所示。 端入输 端出输 V5+V5+ + 微机及其接口技术机电一体化设计47 n光电耦合隔离器的输入输出类似普通三光电耦合隔离器的输入输出类似普通三 极管的输入输出特性，即存在着极管的输入输出特性，即存在着截止区、截止区、 饱和区与线性区饱和区与线性区三部分。利用光耦隔离三部分。利用光耦隔离 器的

18、开关特性（即光敏三极管工作在截器的开关特性（即光敏三极管工作在截 止区、饱和区），可传送数字信号而隔止区、饱和区），可传送数字信号而隔 离电磁干扰，简称离电磁干扰，简称对数字信号进行隔离对数字信号进行隔离。 例如在数字量输入输出通道中，以及在例如在数字量输入输出通道中，以及在 模拟量输入输出通道中的模拟量输入输出通道中的A/DA/D转换器与转换器与 CPUCPU或或CPUCPU与与D/AD/A转换器之间的数字信号转换器之间的数字信号 的耦合传送，都可用光耦的这种开关特的耦合传送，都可用光耦的这种开关特 性对数字信号进行隔离。性对数字信号进行隔离。 微机及其接口技术机电一体化设计48 n 要注意

19、的是，用于驱动发光管的电源要注意的是，用于驱动发光管的电源 与驱动光敏管的电源不应是共地的同一个与驱动光敏管的电源不应是共地的同一个 电源，必须分开单独供电，才能有效避免电源，必须分开单独供电，才能有效避免 输出端与输入端相互间的反馈和干扰输出端与输入端相互间的反馈和干扰. .因因 此，利用光耦隔离器可用来传递信号而有此，利用光耦隔离器可用来传递信号而有 效地隔离电磁场的电干扰。效地隔离电磁场的电干扰。 n为了适应计算机控制系统的需求，目前已为了适应计算机控制系统的需求，目前已 生产出各种集成的多路光耦隔离器，如生产出各种集成的多路光耦隔离器，如 TLPTLP系列就是常用的一种。系列就是常用的

20、一种。 微机及其接口技术机电一体化设计49 n 数字量同相传递如图数字量同相传递如图3 3（a a）所示）所示，光耦的输入正端接正电源，光耦的输入正端接正电源， 输入负端接到与数据总线相连的数据缓冲器上，光耦的集电极输入负端接到与数据总线相连的数据缓冲器上，光耦的集电极 c c端通过电阻接另一个正电源，发射极端通过电阻接另一个正电源，发射极e e端直接接地，光端直接接地，光 耦输出端即从集电极耦输出端即从集电极c c端引出。当数据线为低电平端引出。当数据线为低电平“0”0”时，发时，发 光管导通且发光，使得光敏管导通，输出光管导通且发光，使得光敏管导通，输出c c端接地而获得低端接地而获得低

21、电平电平“0”0”；当数据线为高电平；当数据线为高电平“1”1”时，发光管截止不发光，则时，发光管截止不发光，则 光敏管也截止使输出光敏管也截止使输出c c端从电源处获得高电平端从电源处获得高电平“1”1”。如此，。如此， 完成了数字信号的同相传递。完成了数字信号的同相传递。 2 2 光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路 路电离隔合耦电光3-4图 递传相同量字数递传相反量字数 +5V+5V+5V+5V c c e e + + - - D7D0 74LS273 数 据 缓 冲 器 选通脉冲 b(a( D7D0 74LS273 数 据 缓 冲 器 选通脉冲 微机及其接口技术机电一体化设计50 数字量反

22、相传递如图数字量反相传递如图3 3（b b）所示）所示，与（，与（a a） 不同的是光耦的集电极不同的是光耦的集电极 c c 端直接接另一个正端直接接另一个正 电源，而发射极电源，而发射极 e e 端通过电阻接地，则光耦输端通过电阻接地，则光耦输 出端从发射极出端从发射极 e e 端引出。从而完成了数字信号端引出。从而完成了数字信号 的反相传递。的反相传递。 路电离隔合耦电光3-4图 递传相同量字数递传相反量字数 +5V+5V+5V+5V c c e e + + - - D7D0 74LS273 数 据 缓 冲 器 选通脉冲 b( a ( D7D0 74LS273 数 据 缓 冲 器 选通脉冲

23、 微机及其接口技术机电一体化设计51 3 3 数字量输入通道数字量输入通道 主要知识点 v（1） 开关输入电路开关输入电路 v （2） 脉冲计数电路脉冲计数电路 微机及其接口技术机电一体化设计52 l 凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关， 其端子引出均统称为开关信号。在开关输入电路中，主要是其端子引出均统称为开关信号。在开关输入电路中，主要是 考虑信号调理技术，如电平转换，考虑信号调理技术，如电平转换，RCRC滤波，过电压保护，反滤波，过电压保护，反 电压保护，光电隔离等。电压保护，光电隔离等。 （1 1）电平转换是用电阻分压法把现场

24、的电流信号转换）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换 为电压信号。为电压信号。 （2 2）RCRC滤波是用滤波是用RCRC滤波器滤出高频干扰。滤波器滤出高频干扰。 （3 3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保护；）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保护； 用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。 （4 4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输 入。入。 （5 5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全 电隔离。电隔离。 （

25、1 1） 开关输入电路开关输入电路 微机及其接口技术机电一体化设计53 - + S 2D 到到输输入入 缓缓冲冲器器 CCV+ 2R 1R 1C 1D 3R 光光耦耦 S 2D 到到输输入入 缓缓冲冲器器 CCV+ 2R 1R 1C 1D 3R 光光耦耦 图图 4 4- -4 4 开开关关量量输输入入信信号号调调理理电电路路 C2 R3 (a) 直流输入电路 (b) 交流输入电路 微机及其接口技术机电一体化设计54 l 典型的开关量输入信号调理电路如图典型的开关量输入信号调理电路如图4所示。点划所示。点划 线右边是由开关线右边是由开关S与电源组成的外部电路，（与电源组成的外部电路，（a）是直）

26、是直 流输入电路，（流输入电路，（b）是交流输入电路。交流输入电路比直）是交流输入电路。交流输入电路比直 流输入电路多一个降压电容和整流桥块，可把高压交流流输入电路多一个降压电容和整流桥块，可把高压交流 (如如380VAC)变换为低压直流变换为低压直流(如如5VDC)。开关。开关S的的 状态经状态经RC滤波、稳压管滤波、稳压管D1箝位保护、电阻箝位保护、电阻 R2限流、二极管限流、二极管D2防止反极性电压输入以及光耦防止反极性电压输入以及光耦 隔离等措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入隔离等措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入 指令便可读取开关指令便可读取开关S的状态的状态。比如比

27、如,当开关当开关S闭合闭合 时，输入回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏时，输入回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏 管导通，数据线上为低电平，即输入信号为管导通，数据线上为低电平，即输入信号为“0”对应外对应外 电路开关电路开关S的闭合；反之，开关的闭合；反之，开关S断开，光耦中断开，光耦中 的发光管无电流流过，光敏管截止，数据线上为高电平，的发光管无电流流过，光敏管截止，数据线上为高电平， 即输入信号为即输入信号为“1”对应外电路开关对应外电路开关S的断开。的断开。 微机及其接口技术机电一体化设计55 n （2 ） 脉冲计数电路脉冲计数电路 有些用于检测流量、转速的传感器发出有些用

28、于检测流量、转速的传感器发出 的是脉冲频率信号，对于大量程可以设计一的是脉冲频率信号，对于大量程可以设计一 种定时计数输入接口电路，即在一定的采样种定时计数输入接口电路，即在一定的采样 时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感 器的比例系数可换算出所检测的物理量。器的比例系数可换算出所检测的物理量。 微机及其接口技术机电一体化设计56 图 4-5 脉冲计数输入电路 +12V CCV 8253/8254 CLK0 OUT0 GATE1 CLK1 OUT1 CLK2 OUT2 GATE0 GATE2 系统时钟 TS TW CR CE OL +5V 计数通道1 P

29、C总线 R C R 光耦 Dz 微机及其接口技术机电一体化设计57 n 图图5 5为一种定时计数输入接口电路，传感器发出的脉冲频为一种定时计数输入接口电路，传感器发出的脉冲频 率信号，经过简单的信号调理，引到率信号，经过简单的信号调理，引到82548254芯片的计数通道芯片的计数通道1 1的的 CLK1CLK1口。口。82548254是具有是具有3 3个个1616位计数器通道的可编程计数器位计数器通道的可编程计数器/ /定定 时器。图中，计数通道时器。图中，计数通道0 0工作于模式工作于模式3 3，CLK0CLK0用于接收系统时用于接收系统时 钟脉冲，钟脉冲，OUT0OUT0输出一个周期为系统

30、时钟脉冲输出一个周期为系统时钟脉冲N N倍（倍（N N为通道为通道0 0的的 计数初值）的连续方波脉冲，其高、低电平时段是计数通道计数初值）的连续方波脉冲，其高、低电平时段是计数通道1 1 的采样时间和采样间隔时间，分别记为的采样时间和采样间隔时间，分别记为TSTS、TWTW；计数通道；计数通道1 1和和 2 2均选为工作模式均选为工作模式2 2，且，且OUT1OUT1串接到串接到CLK2CLK2，使两者构成一个计，使两者构成一个计 数长度为数长度为232232的脉冲计数器，以对的脉冲计数器，以对TSTS内的输入脉冲计数。内的输入脉冲计数。 如果获得如果获得TSTS时间内的输入脉冲个数为时间内

31、的输入脉冲个数为n n，则单位时间，则单位时间 内的脉冲个数即脉冲频率为内的脉冲个数即脉冲频率为n/TSn/TS，从而可换算出介质的流量，从而可换算出介质的流量 或电机的转速值。比如，发出脉冲频率信号的是涡轮流量计或电机的转速值。比如，发出脉冲频率信号的是涡轮流量计 或磁电式速度传感器，它们的脉冲当量或磁电式速度传感器，它们的脉冲当量( (即一个脉冲相当的流即一个脉冲相当的流 量或转数量或转数) )为为K K，则介质的流量或电机的转数就为，则介质的流量或电机的转数就为n/TSKn/TSK。 微机及其接口技术机电一体化设计58 4 数字量输出通道 主要知识点 v 引言引言 v （1 1） 三极管

32、驱动电路三极管驱动电路 v （2 2） 继电器驱动电路继电器驱动电路 v （3 3） 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路 v （4 4） 固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 微机及其接口技术机电一体化设计59 引言 数字量输出通道数字量输出通道简称简称 DO 通道，它的任务通道，它的任务 是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生 产过程进行控制的数字驱动信号。根据现场负产过程进行控制的数字驱动信号。根据现场负 荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、 阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不阀门等，可以选用不同的功

33、率放大器件构成不 同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输 出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输 出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。 微机及其接口技术机电一体化设计60 n 对于低压情况下的小电流开关量，用功率三对于低压情况下的小电流开关量，用功率三 极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入 电流与三极管增益的乘积。电流与三极管增益的乘积。 （1 1） 三极管驱动电路三极管驱动电路 微机及其接口技术机电一体化设计61 1 .1

34、 .普通三极管驱动电路普通三极管驱动电路 当驱动电流只有十几当驱动电流只有十几 mAmA或几十或几十 mAmA时，只要采用一个时，只要采用一个 普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图 6 6所示。所示。 6047 K3 . 3 管极三 DEL V5+ 033 图4-6 小功率三极管输出电路 Di 微机及其接口技术机电一体化设计62 n2. 达林顿驱动电路达林顿驱动电路 当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电 路必须采取多级放大或提高三极管增益的办路必

35、须采取多级放大或提高三极管增益的办 法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管 组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻 抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的 特点，同时多对复合管也非常适用于计算机特点，同时多对复合管也非常适用于计算机 控制系统中的多路负荷。控制系统中的多路负荷。 微机及其接口技术机电一体化设计63 图图7给出达林顿阵列驱动器给出达林顿阵列驱动器MC1416的结构图与每对复合管的内部的结构图与每对复合管的内部 结构，结构，MC1416内含内含7对达林顿复合管，每个复合

36、管的集电对达林顿复合管，每个复合管的集电 极电流可达极电流可达500mA，截止时能承受，截止时能承受100V电压，其输入输出电压，其输入输出 端均有箝位二极管，输出箝位二极管端均有箝位二极管，输出箝位二极管D2抑制高电位上发生的抑制高电位上发生的 正向过冲，正向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负向过冲。可抑制低电平上的负向过冲。 1C2C3C4C5C6C7CC O M 161514131211109 G N D7B6B5B4B3B2B1B 12345678 10.5k B R0 7.2k R1 D1 R2 T1 T2 D3 C E D2C O M 3k (a)M C 14716结 构 图（ b

37、） 复 合 管 内 部 结 构 图4-7 M C 1416达 林 顿 阵 列 驱 动 器 微机及其接口技术机电一体化设计64 1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 CC O M 1 61 51 41 31 21 11 09 G N D7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B 12345678 1 0 .5 k B R 0 7 .2 k R 1 D 1 R 2 T 1 T 2 D 3 C E D 2C O M 3 k (a )M C 1 4 7 1 6 结 构 图（ b ） 复 合 管 内 部 结 构 图 4 -7 M C 1 4 1 6 达 林 顿 阵 列 驱 动 器 微机及其接口技术机电

38、一体化设计65 图图 8 8为达林顿阵列驱动中的一路驱动电为达林顿阵列驱动中的一路驱动电 路，当路，当CPUCPU数据线数据线D Di i 输出数字输出数字“0”0”即低电即低电 平时，经平时，经74067406反相锁存器变为高电平，使反相锁存器变为高电平，使 达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电 极电流足以驱动负载线圈，而且利用复合极电流足以驱动负载线圈，而且利用复合 管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时 产生的反向电动势的泄流回路。产生的反向电动势的泄流回路。 微机及其接口技术机电一体化设计66 图图 4-8 达林顿阵

39、列驱动电路达林顿阵列驱动电路 7406 达林顿复合管达林顿复合管 负荷线圈负荷线圈 +24V Di 1B 1C GND 微机及其接口技术机电一体化设计67 n3. 继电器驱动电路继电器驱动电路 电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触 点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继 电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。 继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出 方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、

40、大电流设备。大电流设备。 微机及其接口技术机电一体化设计68 D D L LK K控控制制电电流流外外部部设设备备 线线圈圈铁铁芯芯触触点点 衔衔铁铁 n 继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸 合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合 电流才能使继电器可靠地工作。电流才能使继电器可靠地工作。 微机及其接口技术机电一体化设计69 常用的继电器有常用的继电器有电压继电器、电流继电器、电压继电器、电流继电器、 中间继电器中间继电器等几种类型。由于继电器线圈需要等几种类型。由于继电器线圈需要 一

41、定的电流才能动作，所以必须采取措施加以一定的电流才能动作，所以必须采取措施加以 驱动。驱动。 继电器的驱动电路继电器的驱动电路 n 驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的 吸合电压和电流而定，一定要大于继电器的吸吸合电压和电流而定，一定要大于继电器的吸 合电流才能使继电器可靠地工作。合电流才能使继电器可靠地工作。 微机及其接口技术机电一体化设计70 图图9为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当 CPU数据线数据线Di输出数字输出数字“1”即高电平时，经即高电平时，经7406反相反相 驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管

42、导通且发光，驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光， 使光敏三极管导通，继电器线圈使光敏三极管导通，继电器线圈KA得电，动合触点闭合，得电，动合触点闭合， 从而驱动大型负荷设备。从而驱动大型负荷设备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时， 会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在 继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一 个电流泄放回路。个电流泄放回路。 c V pV 耦耦光光 6047 K A 2 2 0

43、V 图图 4 - 9 继继电电器器输输出出驱驱动动电电路路 Di 微机及其接口技术机电一体化设计71 c V pV 耦耦光光 6047 KA 220V 图图 4-9 继继电电器器输输出出驱驱动动电电路路 Di 微机及其接口技术机电一体化设计72 4 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路 n 晶闸管又称可控硅（晶闸管又称可控硅（SCR），）， 是一种大功率的半导体器件，具有是一种大功率的半导体器件，具有 用小功率控制大功率、开关无触点用小功率控制大功率、开关无触点 等特点，在交直流电机调速系统、等特点，在交直流电机调速系统、 调功系统、随动系统中应用广泛。调功系统、随动系统中应用广泛。 微机及其接口技术

44、机电一体化设计73 n 晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图4-104-10所示，（所示，（a a） 为单向晶闸管，有阳极为单向晶闸管，有阳极A A、阴极、阴极K K、控制极（门极）、控制极（门极）G G三个极。三个极。 当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加正压使当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加正压使 控制极电流增大到触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；控制极电流增大到触发电流值时，晶闸管由截止转为导通； 只有在阳、阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流只有在阳、阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流 以下，晶闸管才由导通变为

45、截止。单向晶闸管具有单向导电以下，晶闸管才由导通变为截止。单向晶闸管具有单向导电 功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，也可在交流系功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，也可在交流系 统中用于大功率整流回路。统中用于大功率整流回路。 A G K T 2 T 1 G 微机及其接口技术机电一体化设计74 n 双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单 向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图（向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图（b b）所）所 示。当两个电极示。当两个电极T1T1、T2T2之间的电压大于之间的电压大于1

46、.5V1.5V时，不论极性如何，时，不论极性如何， 便可利用控制极便可利用控制极G G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向 导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。 T2 T1 G 微机及其接口技术机电一体化设计75 +5V 6047 180400 47 0.01F T2 G T1 KS MOC 3041 220V 图图 4-11 双双向向晶晶闸闸管管输输出出驱驱动动电电路路 RL Di 微机及其接口技术机电一体化设计76 n 晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与 CPU

47、CPU直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图4-4- 1111为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当CPUCPU数数 据线据线DiDi输出数字输出数字“1”1”时，经时，经74067406反相变为低电平，反相变为低电平， 光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发 双向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备双向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备RLRL。 微机及其接口技术机电一体化设计77 n 5. 固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 固态继电器固态继电器

48、SSR Solid State Relay 是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电 子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和 信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实 现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它具有现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它具有 体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、 寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控 制系统中得到

49、广泛的应用，大有取代电磁继电器之制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器之 势势。 微机及其接口技术机电一体化设计78 n 固态继电器固态继电器SSRSSR是一个四端组件，有两个是一个四端组件，有两个 输入端、两个输出端，其内部结构类似于图输入端、两个输出端，其内部结构类似于图1111中中 的晶闸管输出驱动电路。图的晶闸管输出驱动电路。图1212所示为其结构原理所示为其结构原理 图，共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在图，共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在 输入与输出之间起信号传递作用，同时使两端在输入与输出之间起信号传递作用，同时使两端在 电气上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一电

50、气上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一 个触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能个触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能 可靠地导通；电子开关电路用来接通或关断直流可靠地导通；电子开关电路用来接通或关断直流 或交流负载电源；吸收保护电路的功能是为了防或交流负载电源；吸收保护电路的功能是为了防 止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开 关的误动作或损害，一般由关的误动作或损害，一般由RCRC串联网络和压敏电串联网络和压敏电 阻组成；零压检测电路是为交流型阻组成；零压检测电路是为交流型SSRSSR过零触发过零触发 而设置的。而设置的。 微机及其接口

51、技术机电一体化设计79 微机及其接口技术机电一体化设计80 u SSRSSR的输入端与晶体管、的输入端与晶体管、TTLTTL、CMOSCMOS电路兼容，输电路兼容，输 出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只 要在输入端施加一定的弱电信号，就可以控制输出端大电要在输入端施加一定的弱电信号，就可以控制输出端大电 流负载的通断。流负载的通断。 SSRSSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称的输出端可以是直流也可以是交流，分别称 为直流型为直流型SSRSSR和交流型和交流型SSRSSR。直流型。直流型SSRSSR内部内部 的开关组件为功

52、率三极管，交流型的开关组件为功率三极管，交流型SSRSSR内部的开关组件内部的开关组件 为双向晶闸管。而交流型为双向晶闸管。而交流型SSRSSR按控制触发方式不同又可按控制触发方式不同又可 分为过零型和移相型两种，其中应用最广泛的是过零型。分为过零型和移相型两种，其中应用最广泛的是过零型。 微机及其接口技术机电一体化设计81 u 过零型交流过零型交流SSRSSR是指当输入端加入控制信号后，需等是指当输入端加入控制信号后，需等 待负载电源电压过零时，待负载电源电压过零时，SSRSSR才为导通状态；而断开控制才为导通状态；而断开控制 信号后，也要等待交流电压过零时，信号后，也要等待交流电压过零时，

53、SSRSSR才为断开状态。才为断开状态。 移相型交流移相型交流SSRSSR的断开条件同过零型交流的断开条件同过零型交流SSRSSR，但其导，但其导 通条件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，通条件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何， 立即导通。立即导通。 直流型直流型SSRSSR的输入控制信号与输出完全同步。直的输入控制信号与输出完全同步。直 流型流型SSRSSR主要用于直流大功率控制。一般取输入电压主要用于直流大功率控制。一般取输入电压 为为4 4-3232V V，输入电流，输入电流5-105-10mAmA。它的输出端为。它的输出端为 晶体管输出，输出工作电压为晶体管输出

54、，输出工作电压为3030-180 V180 V。 微机及其接口技术机电一体化设计82 n 交流型交流型SSRSSR主要用于交流大功率控制。主要用于交流大功率控制。 一般取输入电压为一般取输入电压为4-32V4-32V，输入电流小于，输入电流小于500500 mAmA。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在 1A1A-10-10A A范围内，电压多为范围内，电压多为380380V V或或 220220V V。图。图1313为一种常用的固态继电器驱动为一种常用的固态继电器驱动 电路，当数据线电路，当数据线DiDi输出数字输出数字“0”0”时，经时，经74067406反反 相变为高电平，使相变为高电平，使NPNNPN型三极管导通型三极管导通, , SSRSSR输入输入 端得电则输出端接通大型交流负荷设备端得电则输出端接通大型交流负荷设备RLRL。 微机及其接口技术机电一体化设计83 6047 cV LR RSS _ 图 4-13固态继电器输出驱动电路 交 流 电 源+ Di 微机及其接口技术机电一体化设计84 n 当然，在实际使用中，要特别注意固态当然，在实际使用中，要特别注意固态 继电器的过电流与过电压保护以及浪涌电流继电器的过电流与过电压保护以及浪涌