数字量输入输出与抗干扰设计技术 -

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可控硅型光耦

还有一种光耦是可控硅型光耦。例如：MOC3063、IL420；它们的主要指标是负载能力；例如：MOC3063的负载能力是100mA；IL420是300mA；

MOC3020、MOC3021、MOC3023、MOC3030可控硅驱动输出。

MOC3040、MOC3041、MOC3061、MOC3081过零触发可控硅输出双向可控硅过零电压触发驱动电路(MOC3040应用电路)

双向可控硅过零电压触发驱动电路(MOC3040应用电路)

这种器件是一种单片机输出与双向可控硅之间较理想的接口器件。它由输入和输出两部分组成，输入部分是一砷化镓发光二极管。该二极管在5～15mA正向电流作用下发出足够强度的红外线,触发输出部分。输出部分是一硅光敏双向可控硅，在紫外线的作用下可双向导通。该器件为六引脚双列直插式封装，其引脚配置和内部结构见下图：

有的型号的光耦合双向开关可控硅驱动器还带有过零检测器。以保证电压为零(接近于零)时才可触发可控硅导通。如MOC3030/31/32(用于115V交流)，MOC3040/41(用于220V交流)。

下图是过零电压触发双向可控硅驱动器MOC3040系列的典型应用电路。

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【例2】用过零触发可控硅控制交流灯泡【CAP11-双向可控硅－交流】

开关按下时，过零时灯亮；松开时，过零时熄灭。

【例3】用过零触发可控硅控制直流灯泡【通过CAP11-双向可控硅－直流】

【可以看出，开关按下时，灯亮；松开时，灯仍然亮，因为是直流电源，没有过零。】

TLP521-1 单光耦、TLP521-2 双光耦、TLP521-4 四光耦、TLP621 四光耦

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TIL113 达林顿输出

TIL117 TTL逻辑输出

PC814 单光耦

PC817 单光耦

H11A2 晶体管输出

H11D1 高压晶体管输出

H11G2 电阻达林顿输

*过零触发含义是在零电压和零电流状态下导通可控硅，可以承受大的电流，同时触发完后免除了电流和电压的冲击，对可控硅的使用寿命有很好的保护作用

2.2 线性光耦的选取原则

在设计光耦反馈式开关电源时，必须正确选择光耦的型号及参数，选取原则如下：

（1）光耦的电流传输比（CTR）的允许的范围是50％～200％，这是因为当CTR<50％时，光耦中的LED就需要较大的工作电流（IF>5.0mA），才能正常控制单片机开关电源IC的占空比，这会增大光耦的功耗。若CTR>200%，在启动电路或者当负载发生变化时，有可能将单片开关电源误触发，影响正常输出。

（1）在控制系统与智能仪器中，被测物理量多为模拟量，而计算机只能接收数字量。

（2）在检测/控制系统中，必须先把传感器输出的模拟量转换成数字量，才能送到单片机进行数据处理，实现控制或显示。

（3）能够把模拟量转换为数字量的器件称为模/数转换器（简称A/D转换器）。（4）经单片机处理后的以数字量输出。

（5）大多数执行机构只能接收模拟量（如电动执行机构、气动执行机构及直流

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电机等）。所以必须把数字量变成模拟量，即完成数.模转换（简称D/A转换）。可见：A/D、D/A转换是单片机接收、处理、控制模拟量参数过程中必不可少的环节。

它们的使用方法是一致的，唯一的区别就是2803可以驱动8位管脚，2003只有7个管脚，COM脚的作用是当使用ULN2803(2003)来驱动继电器时，可以将COM脚接到继电器的VCC端，利用ULN2803(2003)内部的反向二极管作保护继电器，消除继电器闭合时产生的感应电压。

COM端主要有两种用途：

(可悬空) 1 试验用----接地：假如它的输出端都接发光二极管，那么，只要将COM端接地，则所有的发光二极管都将亮起，否则，可能是二极管坏或其它什么地方坏了。这对检修是很有利的。

2 保护用----接电源正：假如这个器件是接继电器或针式打印头，因为电感的作用，会在开关过程中产生低于地电位和高于电源电位的反电动势，这样，很容易击穿器件。A-为了防止这种现象的发生，可将COM端接到电源正，来削减冲击电压低到二极管压降加电源电压的幅度----可以使得内部的三极管受到最小的正电压冲击。B-至于达林顿关断时产生的负电压我们不必管，因为器件内部就有二极管并接到地的(见图2)----专门用来削减冲击电压至电源地减去一个二极管正向压降----可以使得内部的三极管受到最小的反偏电压冲击。

3 阅读提示：A-类似这样的保护方法，在许多器件(如AD7710)的输入端或输出端都是有的，请留意。B-以上两种用法并不是矛盾的，通过适当的电路控制，可以一并利用它的功能。它的内部结构也是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。

ULN2003的输出端允许通过IC 电流200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。

ULN2803的驱动负载电流为500mA，驱动电压50V。

3. 达林顿驱动电路【在Proteus中，选“Analog ICs”，有ULN2003、ULN2803】

ULN2003和ULN2803都是集电极开路输出。ULN2000和ULN2800系列是高压大电流达林顿晶体管阵列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于伺服电机、步进电机、各种电磁阀、泵等驱动电压高且功率较大的系统。

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PMOS 、

CMOS

14～25V PMOS 输入

ULN2002 ULN2012 ULN2022 ULN2802 ULN2812 ULN2822 5V TTL 、CMOS

ULN2003 ULN2013 ULN2023 ULN2803 ULN2813 ULN2823 5～15V

PMOS 、 CMOS 输入

ULN2004 ULN2014 ULN2024 ULN2804 ULN2814 ULN2824 高输出TTL 接口

ULN2005 ULN2015 ULN2025 ULN2805 ULN2815 ULN2825 ULN2000系列能够同时驱动7组高压大电流负载，ULN2800系列则能够同时驱动8组高压大电流负载。

其中：1B~7B 为输入，1C ～7C 为输出；1B ～8B 为输入、1C ～8C 为输出。对ULN2000系列的引脚9接电源；对ULN2800系列的引脚10接电源；

【注意：输出和输入为反向】

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【例题】用74LS07、74LS245、ULN2003、ULN2823来驱动LED显示

#include 【CAP11-4bit_ULN2003已通过】

unsigned char code ledmod[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,

0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共阴方式段码

void Delay(unsigned int count)

{ unsigned char i;

while(count--)

for(i=0;i<120;i++);

}

void disp4_cathod(unsigned int x4) //共阴方式，公共端接低电平时显示{ unsigned char pos=0x01; // 因为ULN2003为反相输出；~(0x01)=0xFE P2 =pos;

P0 =ledmod[x4%10]; // ledmod[9]; //个位

Delay(4);

pos=(pos<<1); //左移，最低位补0

P2 =pos;

P0 =ledmod[(x4/10)%10]; // ledmod[8]; //十位

Delay(4);

pos=(pos<<1);

P2 =pos;

P0 =ledmod[(x4/100)%10]; // ledmod[4]; //百位

Delay(4);

pos=(pos<<1);

P2 = pos;

P0 = ledmod[x4/1000]; //ledmod[5]; //千位

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Delay(4);

}

void disp4_annode(x4) //共阳方式，公共端接高电平时显示

{ unsigned char pos2=0xfe; //~(oxFE)=0x01;

P3 =pos2;

P1 = ~ledmod[x4%10]; //个位

Delay(4);

pos2=(pos2<<1) |0x01; //左移，最低位补0，再或1，保持只有一位为0 P3 =pos2; // 经过ULN2803后，只有一位为1

P1 = ~ledmod[x4/10%10]; //十位

Delay(4);

pos2=(pos2<<1) |0x01;

P3 =pos2;

P1 = ~ledmod[x4/100%10]; //百位

Delay(4);

pos2=(pos2<<1) |0x01;

P3 = pos2;

P1 = ~ledmod[x4/1000]; //千位

Delay(4);

}

void main()

{ unsigned int x;

x=3659;

while(1)

{ disp4_cathod(x);

disp4_annode(x);

}

}

【教材P192的智能仪器】

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74LS04（非门），输出高电平时的电流为400uA，输出低电平时的电流为8mA。

【教材上用74LS04来驱动六位LED是不合适的，可以换ULN2303】

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电机模型在“Electromechanical”中，选择“MOTOR-STEPPER”

#include

#include

sbit p10=P1^0;

sbit p11=P1^1;

sbit p12=P1^2;

#define UP 20

#define DOWN 30

#define STOP 40

void delay() //延时程序

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{

unsigned i,j,k;

for(i=0;i<0x02;i++)

for(j=0;j<0x02;j++)

for(k=0;k<0xff;k++);

}

main() //主函数

{

unsigned char temp;

while(1)

{

if(p10==0)

{ temp=UP; //控制正转

P2=0X00; //停止

delay();

}

if(p11==0)

{

temp=DOWN; //控制反转

P2=0X00; //停止

delay();

}

if(p12==0)

{

temp=STOP; //控制停止

P2=0x00;

}

switch(temp)

{

case DOWN : P2=0X01; //控制反转 //0011

delay();

delay();

P2=0X02; //0110

delay();

delay();

P2=0X04; //1100

delay();

delay();

P2=0X08 ;//1001

delay();

delay();

break;

case UP : P2=0X08; //控制正转

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delay();

delay();

P2=0X04;

delay();

delay();

P2=0X02;

delay();

delay();

P2=0X01;

delay();

delay();

break;

case STOP : P2=0X00; //控制停止

delay();

delay();

break;

}

}

}

【教材P179例题】

(1)稳压管在“Diode”中，稳压管“BZX284C3V0”，稳压范围2.94～3.06V；

(2)变压器在“Inductors”中选择；

(3)灯泡用“LAMP”选择；

(4)可控硅在“Switching Device”中；

(5)交流220V在“Alternator”中。具体的设置如下：

Amplitude为幅度，Frequency为频率。

Proteus变压器参数的设置

选“P”进入元件选择界面，在“Inductors”（电感）中，选“Transformors”，右边出现变压器器件列表，选择“TRAN-2P2S”后，点“OK”，这个是理想变压器的模型。

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在“Inductor”（电感）下的“Transformers”下，目前最高版本7.8下共有以下7个变压器：

TRAN-1P2S

TRAN-2P2S

TRAN-2P3S

TRAN-2P5S

TRSAT2P2S

TRSAT2P2S2B

TRSAT2P3S

分别为单输出、有公共端的双输出和无公共端的双输出几种，你只要输入“TRAN-”就可以看到它们了。

【注意：变压器的左边为源边，右边为副边】

连线完成后，在电路中，双击信号源，出现设置对话框，可以设置幅度和频率值及相位等属性。

【理想变压器的两线圈的电感之比，是等于其匝数平方之比】

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-- 再双击变压器，出现元件属性设置对话框，有原边和副边的电感电阻、耦合系数等值，根据理想变压器原副边匝数比公式

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N L L ，设置原副边电感值，这里设置为5:1。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lswl.html