單片機(jī)的常見輸入輸出電路介紹

　　單片機(jī)輸出端口受驅(qū)動(dòng)能力的限制，一般情況下均需專用的接口芯片。其輸出雖因控制對(duì)象的不同而千差萬別，但一般情況下均滿足對(duì)輸出電壓、電流、開關(guān)頻率、波形上升下降速率和隔離抗干擾的要求。在此討論幾種典型的單片機(jī)輸出端到功率端的電路實(shí)現(xiàn)方法。

　　2.1 直接耦合

　　在采用直接耦合的輸出電路中，要避免出現(xiàn)圖5所示的電路。

　　T1截止、T2導(dǎo)通期間，為了對(duì)T2提供足夠的基極電流，R2的阻值必須很小。因?yàn)門2處于射極跟隨器方式工作，因此為了減少T2損耗，必須將集射間電壓降控制在較小范圍內(nèi)。這樣集基間電壓也很小，電阻R2阻值很小才能提供足夠的基極電流。R2阻值過大，會(huì)大幅度增加T2壓降，引起T2發(fā)熱嚴(yán)重。而在L2 截止期間，T1必須導(dǎo)通，高壓+15 V全部降在電阻R2上，產(chǎn)生很大的電流，顯然是不合理的。另外，T1的導(dǎo)通將使單片機(jī)高電平輸出被拉低至接近地電位，引起輸出端不穩(wěn)定。T2基極被T1拉到地電位，若其后接的是感性負(fù)載，由于繞組反電勢(shì)的作用，T2的發(fā)射極可能存在高電平，容易引起T2管基射結(jié)反向擊穿。

　　圖6為一直接耦合輸出電路，由T1和T2組成耦合電路來推動(dòng)T3。T1導(dǎo)通時(shí)，在R3、R4的串聯(lián)電路中產(chǎn)生電流，在R3上的分壓大于T2晶體管的基射結(jié)壓降，促使T2導(dǎo)通，T2提供了功率管T3的基極電流，使T3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)T1輸入為低電平時(shí)，T1截止，R3上壓降為零，T2截止，最終T3截止。 R5的作用在于：一方面作為T2集電極的一個(gè)負(fù)載，另一方面T2截止時(shí)，T3基極所儲(chǔ)存的電荷可以通過電阻R3迅速釋放，加快T3的截止速度，有利于減小損耗。

　　2.2 TTL或CMOS器件耦合

　　若單片機(jī)通過TTL或CMOS芯片輸出，一般均采用集電極開路的器件，如圖7(a)所示。集電極開路器件通過集電極負(fù)載電阻R1接至+15 V電源，提升了驅(qū)動(dòng)電壓。但要注意的是，這種電路的開關(guān)速度低，若用其直接驅(qū)動(dòng)功率管，則當(dāng)后續(xù)電路具有電感性負(fù)載時(shí)，由于功率管的相位關(guān)系，會(huì)影響波形上升時(shí)間，造成功率管動(dòng)態(tài)損耗增大。

　　為了改善開關(guān)速度，可采用2種改進(jìn)形式輸出電路，如圖7(b)和圖7(c)所示。圖7(b)是能快速開通的改進(jìn)電路，當(dāng)TTL輸出高電平時(shí)，輸出點(diǎn)通過晶體管T1獲得電壓和電流，充電能力提高，從而加快開通速度，同時(shí)也降低了集電極開路TTL器件上的功耗。圖7(c)為推挽式的改進(jìn)電路，采用這種電路不但可提高開通時(shí)的速度，而且也可提高關(guān)斷時(shí)的速度。輸出晶體管T1是作為射極跟隨器工作的，不會(huì)出現(xiàn)飽和，因而不影響輸出開關(guān)頻率。

　　2.3 脈沖變壓器耦合

　　脈沖變壓器是典型的電磁隔離元件，單片機(jī)輸出的開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成一種頻率很高的載波信號(hào)，經(jīng)脈沖變壓器耦合到輸出級(jí)。由于脈沖變壓器原、副邊線圈間沒有電路連接，所以輸出是電平浮動(dòng)的信號(hào)，可以直接與功率管等強(qiáng)電元件耦合，如圖8所示。

　　這種電路必須有一個(gè)脈沖源，脈沖源的頻率是載波頻率，應(yīng)至少比單片機(jī)輸出頻率高10倍以上。脈沖源的輸出脈沖送人控制門G，單片機(jī)輸出信號(hào)由另一端輸入G 門。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，G門打開，輸出脈沖進(jìn)入變壓器，變壓器的副線圈輸出與原邊相同頻率的脈沖，通過二報(bào)管D1、D2檢波后經(jīng)濾波還原成開關(guān)信號(hào)，送入功率管。當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，G門關(guān)閉，脈沖源不能通過G門進(jìn)入變壓器，變壓器無輸出。

　　這里，變壓器既傳遞信號(hào)，又傳送能量，提高了脈沖源的頻率，有利于減輕變壓器的體重。由于變壓器可通過調(diào)整電感量、原副邊匝數(shù)等來適應(yīng)不同推動(dòng)功率的要求，所以應(yīng)用起來比較靈活。更重要的是，變壓器原副邊線圈之闖沒有電的聯(lián)系，副線圈輸出信號(hào)可以跟隨功率元件的電壓而浮動(dòng)，不受其電源大小的影響。

　　當(dāng)單片機(jī)輸出較高頻率的脈沖信號(hào)時(shí)，可以不采用脈沖源和G門，對(duì)變壓器原副邊電路作適當(dāng)調(diào)整即可。