單片機的常見輸入輸出電路介紹

　　單片機輸出端口受驅動能力的限制，一般情況下均需專用的接口芯片。其輸出雖因控制對象的不同而千差萬別，但一般情況下均滿足對輸出電壓、電流、開關頻率、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輸出端到功率端的電路實現方法。

　　2.1 直接耦合

　　在采用直接耦合的輸出電路中，要避免出現圖5所示的電路。

　　T1截止、T2導通期間，為了對T2提供足夠的基極電流，R2的阻值必須很小。因為T2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。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，會大幅度增加T2壓降，引起T2發(fā)熱嚴重。而在L2 截止期間，T1必須導通，高壓+15 V全部降在電阻R2上，產生很大的電流，顯然是不合理的。另外，T1的導通將使單片機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載，由于繞組反電勢的作用，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T3。T1導通時，在R3、R4的串聯電路中產生電流，在R3上的分壓大于T2晶體管的基射結壓降，促使T2導通，T2提供了功率管T3的基極電流，使T3變?yōu)閷顟B(tài)。當T1輸入為低電平時，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集電極的一個負載，另一方面T2截止時，T3基極所儲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載電阻R1接至+15 V電源，提升了驅動電壓。但要注意的是，這種電路的開關速度低，若用其直接驅動功率管，則當后續(xù)電路具有電感性負載時，由于功率管的相位關系，會影響波形上升時間，造成功率管動態(tài)損耗增大。

　　為了改善開關速度，可采用2種改進形式輸出電路，如圖7(b)和圖7(c)所示。圖7(b)是能快速開通的改進電路，當TTL輸出高電平時，輸出點通過晶體管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)為推挽式的改進電路，采用這種電路不但可提高開通時的速度，而且也可提高關斷時的速度。輸出晶體管T1是作為射極跟隨器工作的，不會出現飽和，因而不影響輸出開關頻率。

　　2.3 脈沖變壓器耦合

　　脈沖變壓器是典型的電磁隔離元件，單片機輸出的開關信號轉換成一種頻率很高的載波信號，經脈沖變壓器耦合到輸出級。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的信號，可以直接與功率管等強電元件耦合，如圖8所示。

　　這種電路必須有一個脈沖源，脈沖源的頻率是載波頻率，應至少比單片機輸出頻率高10倍以上。脈沖源的輸出脈沖送人控制門G，單片機輸出信號由另一端輸入G 門。當單片機輸出高電平時，G門打開，輸出脈沖進入變壓器，變壓器的副線圈輸出與原邊相同頻率的脈沖，通過二報管D1、D2檢波后經濾波還原成開關信號，送入功率管。當單片機輸出低電平時，G門關閉，脈沖源不能通過G門進入變壓器，變壓器無輸出。

　　這里，變壓器既傳遞信號，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整電感量、原副邊匝數等來適應不同推動功率的要求，所以應用起來比較靈活。更重要的是，變壓器原副邊線圈之闖沒有電的聯系，副線圈輸出信號可以跟隨功率元件的電壓而浮動，不受其電源大小的影響。

　　當單片機輸出較高頻率的脈沖信號時，可以不采用脈沖源和G門，對變壓器原副邊電路作適當調整即可。