第12章MCS-51的功率接口设计 要用单片机控制各种各样的高压、大电流负载,如 电动机、电磁铁、继电器、灯泡等,不能用单片 机的1/0线来直接驱动,而必须通过各种驱动电路 和开关电路来驱动 另外,与强电隔离和抗干扰,有时需加接光电耦合 器 称此类接口为MCS-51的功率接口。 12.1MCS51的輪出驱动能力及其外圄集成数字驱动 电路 12.1.1MCS51片内VO口的驱动能力 工业生产现场,控制对象是电磁继电器、电磁开关 或可控硅、固态继电器和功率电子开关
第12章 MCS-51的功率接口设计 要用单片机控制各种各样的高压、大电流负载，如 电动机、电磁铁、继电器、灯泡等，不能用单片 机的I/O线来直接驱动，而必须通过各种驱动电路 和开关电路来驱动。 另外，与强电隔离和抗干扰，有时需加接光电耦合 器。 称此类接口为MCS-51的功率接口。 12.1 MCS-51的输出驱动能力及其外围集成数字驱动 电路 12.1.1 MCS-51片内I/O口的驱动能力 工业生产现场，控制对象是电磁继电器、电磁开关 或可控硅、固态继电器和功率电子开关
能否用MCS-51片内的1/0口直接驱动它们呢? P0、P1、P2、P3四个口都可做输出口,但其驱动能力 不同 P0口的驱动能力较大,当其输出高电平时,可提供 400A的电流;当其输出低电平(0.45V)时,则可 提供3.2mA的灌电流,如低电平允许提高,灌电流可 相应加大。 P1、P2、P3口的每一位只能驱动4个 LSTTL,即可提供 的电流只有P0口的一半。 所以,任何一个口要想获得较大的驱动能力,只能用 低电平输出。8031通常要用P0、P2口作访问外部存 储器用,所以只能用P1、P3口作输出口。P1、P3口 的驱动能力有限,在低电平输出时,一般也只能提 供不到2mA的灌电流,通常要加总线驱动器或其它驱 动电路
能否用MCS-51片内的I/O口直接驱动它们呢？ P0、P1、P2、P3四个口都可做输出口，但其驱动能力 不同。 P0口的驱动能力较大，当其输出高电平时，可提供 400A的电流；当其输出低电平（0.45V）时，则可 提供3.2mA的灌电流，如低电平允许提高，灌电流可 相应加大。 P1、P2、P3口的每一位只能驱动4个LSTTL，即可提供 的电流只有P0口的一半。 所以，任何一个口要想获得较大的驱动能力，只能用 低电平输出。8031通常要用P0、P2口作访问外部存 储器用，所以只能用P1、P3口作输出口。P1、P3口 的驱动能力有限，在低电平输出时，一般也只能提 供不到2mA的灌电流，通常要加总线驱动器或其它驱 动电路
12.1.2外圆集成数字驱动电路 表12-1为常用的外围集成数字驱动电路的参数。只要 加接合适的限流电阻和偏置电阻,即可直接由TL M0S以及CM0S电路来驱动。 驱动感性负载时,必须加接限流电阻或箝位二极管。 此外,有些驱动器内部还设有逻辑门电路,可以完 成与、与非、或以及或非的逻辑功能。 举例说明外围集成数字驱动电路的应用。 例12 慢开启的白炽灯驱动电路 图12-1为慢开启白炽灯驱动电路,白炽灯的延时开启 时间长短取决于时间常数RC。此电路能直接驱动工 作电压小于30V、额定电流小于500mA的任何灯泡 注意:在设计印刷电路板时,驱动器要加装散热板, 以便散热
12.1.2 外围集成数字驱动电路 表12-1为常用的外围集成数字驱动电路的参数。只要 加接合适的限流电阻和偏置电阻，即可直接由TTL、 MOS以及CMOS电路来驱动。 驱动感性负载时，必须加接限流电阻或箝位二极管。 此外，有些驱动器内部还设有逻辑门电路，可以完 成与、与非、或以及或非的逻辑功能。 举例说明外围集成数字驱动电路的应用。 例12-1 慢开启的白炽灯驱动电路 图12-1为慢开启白炽灯驱动电路，白炽灯的延时开启 时间长短取决于时间常数RC。此电路能直接驱动工 作电压小于30V、额定电流小于500mA的任何灯泡。 注意：在设计印刷电路板时，驱动器要加装散热板， 以便散热
+30Ⅴ SN75401 189 P1.0o 白炽灯 30092R2 开启 9! 关闭 500uF 12-1
例12-2大功率音频振荡器 图12-2电路能直接驱动一个大功率的扬声器,可用于 报警系统,改变电阻或电容的值便能改变电路的 振荡频率。电路中的两个齐纳二极管|N751A用于 输入端的保护。 12V +5 V 100ko2 发声 停止 2ks2sN75447 &L6扬声器 & 100kg I N751A 0.1uF 5.1V 12-2
例12-2 大功率音频振荡器 图12-2电路能直接驱动一个大功率的扬声器，可用于 报警系统，改变电阻或电容的值便能改变电路的 振荡频率。电路中的两个齐纳二极管IN751A用于 输入端的保护
例12-3驱动大电流负载 电路如图12-3所示。UN2068芯片具有四个大电流达 林顿开关,能驱动电流高达1.5A的负载。由于 ULN2068在25℃时功耗达2075m,因而使用时一定 要加散热板。 50V(最大 CC P1.0 2负载 c寸 15A(最大 「饼8负载 8031P1.1 1.5A(最大) 4.7kQ 「饼10负载 P1.2 !1.5A(最大) 4.7kg 5 「16负载 P1.3 ULN206815A(最大) 12-3
例12-3 驱动大电流负载 电路如图12-3所示。ULN2068芯片具有四个大电流达 林顿开关，能驱动电流高达1.5A的负载。由于 ULN2068在25℃时功耗达2075mW，因而使用时一定 要加散热板
122MCS51的开关型功率接口 常用的开关型驱动器件有,光电耦合器、继电器、晶 闸管、功率M0S管、集成功率电子开关、固态继电 器等 12.2.1MCS-51与光电捐合器的接口 1.晶体管输出型光电耦合器驱动接口 光电晶体管除没有使用基极外,跟普通晶体管一样。取 代基极电流的是以光作为晶体管的输入。当光电耦 合器的发光二极管发光时,光电晶体管受光的影响 在cb间和ce间有电流流过,这两个电流基本上受光 的照度控制,常用ce极间的电流作为输出电流,输 出电流受Vce的电压影响很小
12.2 MCS-51的开关型功率接口 常用的开关型驱动器件有，光电耦合器、继电器、晶 闸管、功率MOS管、集成功率电子开关、固态继电 器等。 12.2.1 MCS-51与光电耦合器的接口 1.晶体管输出型光电耦合器驱动接口 光电晶体管除没有使用基极外,跟普通晶体管一样。取 代基极电流的是以光作为晶体管的输入。当光电耦 合器的发光二极管发光时，光电晶体管受光的影响 在cb间和ce间有电流流过，这两个电流基本上受光 的照度控制，常用ce极间的电流作为输出电流，输 出电流受Vce的电压影响很小
光电晶体管的集电极电流lc与发光二极管的电流lF之 比称为光电耦合器的电流传输比。 光电耦合器在传输脉冲信号时,对不同结构的光电耦 合器的输入输出延迟时间相差很大。 图12-4是使用4N25的光电耦合器接口电路图 输出 74LS04 8031 7407 3 kQ 5Ⅴ P1.0 20094N25 12-4
光电晶体管的集电极电流Ic与发光二极管的电流IF之 比称为光电耦合器的电流传输比。 光电耦合器在传输脉冲信号时，对不同结构的光电耦 合器的输入输出延迟时间相差很大。 图12-4是使用4N25的光电耦合器接口电路图
4N25使两部分的电流信号独立。输出部分的地线接机 壳或接大地,而8031系统的电源地线浮空,不与交 流电源的地线相接。可避免输出部分电源变化对单 片机电源的影响,减少系统所受的干扰,提高系统 的可靠性。4N25输入输出端的最大隔离电压>2500V 光电耦合器也常用于较远距离的信号隔离传送。 (1)可以起到隔离两个系统地线的作用,使两个系统的 电源相互独立,消除地电位不同所产生的影响。 (2)光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件,可以形 成电流环路的传送形式。由于电流环电路是低阻抗 电路,它对噪音的敏感度低,因此提高了通讯系统 的抗干扰能力。 图12-5是用光电耦合器组成的电流环发送和接收电路
4N25使两部分的电流信号独立。输出部分的地线接机 壳或接大地，而8031系统的电源地线浮空，不与交 流电源的地线相接。可避免输出部分电源变化对单 片机电源的影响，减少系统所受的干扰，提高系统 的可靠性。4N25输入输出端的最大隔离电压＞2500V。 光电耦合器也常用于较远距离的信号隔离传送。 (1) 可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的 电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响。 (2) 光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形 成电流环路的传送形式。由于电流环电路是低阻抗 电路，它对噪音的敏感度低，因此提高了通讯系统 的抗干扰能力。 图12-5是用光电耦合器组成的电流环发送和接收电路
5V 5V R374LS14 3 ks 1009 TL110 输出 8031 7407 509 P1.0 R2最大900m 12-5