三極管的應(yīng)用
我們可以通過單片機(jī)控制三極管的基極來間接控制后邊的小燈的亮滅，用法大家基本熟悉了。還有一個(gè)控制就是進(jìn)行不同電壓之間的轉(zhuǎn)換控制，比如我們的單片機(jī)的IO口是5V系統(tǒng)，如果直接接12V系統(tǒng)會(huì)燒壞單片機(jī)，所以我們加一個(gè)三極管，三極管的工作電壓高于單片機(jī)的IO口電壓，用5V的IO口來控制12V的電路，如圖1所示。
圖1 三極管控制電路圖
圖1里所示，當(dāng)IO口輸出高電平5V時(shí)，三極管導(dǎo)通，OUT輸出低電平0V，當(dāng)IO口輸出低電平時(shí)，三極管截止，OUT則由于上拉電阻R2的作用而輸出12V的高電平，這樣就實(shí)現(xiàn)了低電壓控制高電壓的工作原理。
所謂的驅(qū)動(dòng)，主要是指電流輸出能力。我們?cè)賮砜催@兩個(gè)圖之間的對(duì)比
圖2 LED小燈對(duì)比示意圖
圖2中上邊的LED燈，和我們第二課講過的LED燈是一樣的，當(dāng)IO口是高電平時(shí)，小燈熄滅，當(dāng)IO口是低電平時(shí)，小燈點(diǎn)亮。
下邊那個(gè)圖呢，按照這種推理，IO口是高電平的時(shí)候，應(yīng)該有電流流過并且點(diǎn)亮小燈，但是實(shí)際并非如此。
單片機(jī)主要是個(gè)控制器件，具備四兩撥千斤的特點(diǎn)。就如同杠桿必須有一個(gè)支點(diǎn)一樣，想要撐起整個(gè)地球必須有力量承受的支點(diǎn)。單片機(jī)的IO口可以輸出一個(gè)高電平，但是他的輸出電流很有限，普通IO口輸出高電平的時(shí)候，大概只有幾十到幾百uA的電流，達(dá)不到1mA，也就點(diǎn)不亮這個(gè)LED小燈或者亮度很低，這個(gè)時(shí)候如果我們想高電平點(diǎn)亮LED，用上三極管就可以這樣來處理，我們板上的這種型號(hào)，可以通過500mA的電流，有的三極管通過的電流還更大一些，如圖3所示。
圖3 三極管驅(qū)動(dòng)LED小燈
圖3中，當(dāng)IO口是高電平，三極管導(dǎo)通，因?yàn)槿龢O管的電流放大作用，c極電流就可以達(dá)到mA以上了，就可以成功點(diǎn)亮LED小燈。
雖然我們用了IO口的低電平可以直接點(diǎn)亮LED，但是單片機(jī)的IO口作為低電平，輸入電流就可以很大嗎？這個(gè)我想大家都能猜出來，當(dāng)然不可以。單片機(jī)的IO口電流承受能力，不同型號(hào)不完全一樣，就STC89C52來說，官方手冊(cè)的81頁有對(duì)電氣特性的介紹，整個(gè)單片機(jī)的工作電流，不要超過50mA，單個(gè)IO口總電流不要超過6mA。即使一些增強(qiáng)型51的IO口承受電流大一點(diǎn)，可以到25mA，但是還要受到總電流50mA的限制。那我們來看電路圖的8個(gè)LED小燈的這個(gè)部分電路，如圖4所示。
圖4 LED電路圖(一)
4圖示這里我們要學(xué)會(huì)看電路圖的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，大家注意看，電路圖右側(cè)所有的LED下側(cè)的線最終都連到一根黑色的粗線上去了，大家注意，這個(gè)地方不是實(shí)際的完全連到一起，而是一種總線的畫法，畫了這種線以后，表示這是個(gè)總線結(jié)構(gòu)，所有的名字一樣的是一一對(duì)應(yīng)的連接到一起，其他名字不一樣的，是不連到一起的。比如左側(cè)的DB0和右側(cè)的最左邊的LED2小燈下邊的DB0是連在一起的，而和DB1等其他線不是連在一起的。
那么我們把4電路圖里的我們現(xiàn)在需要講的這部分再摘出來看。
圖5 LED電路圖(二)
大家通過5的電路圖來計(jì)算一下，5V的電壓減去LED本身的壓降，減掉三極管e和c之間的壓降，限流電阻用的是330歐，那么每條支路的電流大概是8mA，那么8路LED如果全部同時(shí)點(diǎn)亮的話電流總和就是64mA。這樣如果直接接到單片機(jī)的IO口，那單片機(jī)肯定是承受受不住的，即使短時(shí)間可以承受，長(zhǎng)時(shí)間工作就會(huì)不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致單片機(jī)燒毀。
有的同學(xué)會(huì)提出來可以加大限流電阻的方式來降低這個(gè)電流。比如改到1K，那么電流不到3mA，8路總的電流就是20mA左右。首先，降低電流會(huì)導(dǎo)致LED小燈亮度變?nèi)，小燈的亮度可能關(guān)系不大，因?yàn)槲覀兺瑯拥碾娐方恿藬?shù)碼管，后邊我們要講數(shù)碼管還要?jiǎng)討B(tài)顯示，如果數(shù)碼管亮度不夠的話，那視覺效果就會(huì)很差，所以降低電流的方法并不可。黄浯，對(duì)于單片機(jī)來說，他主要是起到控制作用，電流輸入和輸出的能力相對(duì)較弱，P0的8個(gè)口總電流也有一定限制，所以如果接一兩個(gè)LED小燈觀察，可以勉強(qiáng)直接用單片機(jī)的IO口來接，但是接多個(gè)小燈，從實(shí)際工程的角度去考慮，就不推薦直接接IO口了。那么我們?nèi)绻脝纹瑱C(jī)控制多個(gè)LED小燈該怎么辦呢？
除了三極管之外，其實(shí)還有一些驅(qū)動(dòng)IC，這些驅(qū)動(dòng)IC可以作為單片機(jī)的緩沖器，僅僅是電流驅(qū)動(dòng)緩沖，不起到任何邏輯控制的效果，比如我們板子上用的74HC245D這個(gè)芯片，這個(gè)芯片在邏輯上起不到什么別的作用，就是當(dāng)做電流緩沖器的，我們通過查看其數(shù)據(jù)手冊(cè)，74HC245穩(wěn)定工作在70mA電流是沒有問題的，比單片機(jī)的8個(gè)IO口大多了，所以我們可以把他接在小燈和IO口之間做緩沖，如圖6所示
圖6 74HC245功能圖
從圖6我們來分析，其中VCC和GND就不用多說了，細(xì)心的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)這里有個(gè)0.1uF的去耦電容噢。
74HC245是個(gè)雙向緩沖器，1引腳DIR是方向引腳，當(dāng)這個(gè)引腳接高電平的時(shí)候，右側(cè)所有的B編號(hào)的電壓都等于左側(cè)A編號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓。比如A0是高電平，那么B0就是高電平，A1是低電平，B1就是低電平等等。如果DIR引腳接低電平，得到的效果是左側(cè)A編號(hào)的電壓都會(huì)等于右側(cè)B編號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓。因?yàn)槲覀冞@個(gè)地方控制端是左側(cè)接的是P0口，所以我們要求B等于A的狀態(tài)，所以1腳我們直接接的高電平。圖6中還有一排電阻R10到R17是上拉電阻，這個(gè)電阻的用法我們?cè)诤筮吔榻B。
還有最后一個(gè)使能引腳19腳OE，這個(gè)引腳上邊有一橫，表明是低電平有效，當(dāng)接了低電平后，74HC245就會(huì)按照剛才上邊說的起到雙向緩沖器的作用，如果OE接了高電平，那么無論DIR怎么接，A和B的引腳是沒有關(guān)系的，也就是74HC245功能不能實(shí)現(xiàn)出來。
從我們的電路圖7可以看出來，我們的P0口和74HC245的A端是直接接起來的。這個(gè)地方，有個(gè)別同學(xué)有一個(gè)疑問，就是我們明明在電源VCC那地方加了一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)了，為何還要再加245驅(qū)動(dòng)芯片呢。這里大家要理解一個(gè)道理，電路上從正極經(jīng)過器件到地，首先必須有電流才能正常工作，電路中任何一個(gè)位置斷開，都不會(huì)有電流，器件也就不會(huì)參與工作了。其次，和水流一個(gè)道理，從電源正極到負(fù)極的電流水管的粗細(xì)都要滿足要求，任何一個(gè)位置的管子過細(xì)，都會(huì)出現(xiàn)瓶頸效應(yīng)，電流在整個(gè)通路中細(xì)管處會(huì)受到限制而降低，所以在電路通路的每個(gè)位置上，都要保證足夠通道足夠暢通，這個(gè)245的作用就是消除單片機(jī)IO這一環(huán)節(jié)的瓶頸。
圖7 單片機(jī)和74HC245接口
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2023-05-27
