三极管开关作用的应用.pdf

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1、三极管开关电路应用 三极管开关状态的判断方法(用万用表测量)是: 当处于开状态时,三极管为处于饱和状态,UceUbe， Uce 间的电压很小,一般小于PN 结正向 压降 (0.7V). 当处于关状态时,基极电流Ib 为 0. Uce 1V 时为放大状态 下面介绍几款三极管开关电路的应用 三极管开关电路在电动玩具中的应用: 由开关三极管VT，玩具电动机M，控制开关S，基极限流电阻器R 和电源 GB 组成。 VT 采用 NPN 型小功率硅管8050 ，其集电极最大允许电流ICM 可达 1.5A ，以满足电动机起动 电流的要求。 M 选用工作电压为3V 的小型直流电动机，对应电源GB 亦为 3V 。

2、 VT 基极限流电阻器R 如何确定呢？根据三极管的电流分配作用，在基极输入一个较弱 的电流 IB，就可以控制集电极电流IC 有较强的变化。假设VT 电流放大系数hfe 250 ，电 动机起动时的集电极电流IC1.5A ，经过计算，为使三极管饱和导通所需的基极电流IB （1500mA 250） 212mA 。在图 1 电路中，电动机空载时运转电流约为500mA ，此时 电源（用两节5 号电池供电）电压降至2.4V ， VT 基极 -发射极之间电压VBE 0.9V 。根据 欧姆定律， VT 基极限流电阻器的电阻值R（ 2.4 0.9）V12mA 0.13k 。考虑到VT 在 IC 较大时， hfe

3、 要减小，电阻值R 还要小一些，实取100。为使电动机更可靠地启动， R 甚至可减少到51。在调试电路时，接通控制开关S，电动机应能自行启动，测量VT 集 电极 发射极之间电压VCE 0.35V ，说明三极管已饱和导通，三极管开关电路工作正常， 否则会使 VT 过热而损坏。 三极管开关电路在自动停车的磁力自动控制电路中的应用: 见图 3。开启电源开关S，玩具车启动，行驶到接进磁铁时，安装在VT 基极与发射极之间 的干簧管 SQ 闭合，将基极偏置电流短路，VT 截止，电动机停止转动，保护了电动机及避 免大电流放电。 三极管开关电路在光电自动控制电路中的应用 见图 4。 VT1 和 VT2 接成类

4、似复合管电路形式，VT1 的发射极电流也是VT2 的基极电流， R2 既是 VT1 的负载电阻器又是VT2 的基极限流电阻器。因此，当VT1 基极输入微弱的电 流（ 0.1mA ），可以控制末级VT2 较强电流 驱动电动机运转电流（500mA ）的变化。 VT1 选用小功率NPN 型硅管 9013 ，hfe 200 。同前计算方法，维持两管同时饱和导通时 VT1 基极偏置电阻器R1 约为 3.3k ，减去光敏电阻器RG 亮阻 2k，限流电阻器R1 实取 1k。光敏传感器也可以采用光敏二极管，使用时要注意极性，光敏二极管的负极接供电电 源正极。 光敏二极管对控制光线有方向性选择，且灵敏度较高，

5、也不会产生强光照射后的疲 劳现象。 关 三极管 三极管开关原理 图 1 NPN 三极管共射极电路 图 2 共射极电路输出特性曲 图一所示是NPN 三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域： 截止区 (Cutoff Region) 、线性区(Active Region) 、饱和区 (Saturation Region) 。三极管是以B 极电流 IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于 0 (VBE 亦趋近于0)，C 极与 E 极间约呈断路状态，IC = 0，VCE= VCC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆

6、向偏压，IB 的值适中(VBE= 0.7 V)，I C =h F E I B 呈比 例放大， Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFEIB可被IB操控。 若三极管在饱和区，IB很大， VBE= 0.8 V，VCE= 0.2 V，VBC= 0.6 V，B-C 与 B-E 两接面均为正向偏压，C-E 间等同于 一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc，Ic 与 IB无关了，因此时的I B大过线性放大区的 IB值，IchFEIB是必然的。三极管在截止态时C-E 间如同断路，在 饱和态时C-E 间如同通路(带有 0.2 V 电位降 )

7、，因此可以作为开关。控制此开关的是IB，也 可以用VBB作为控制的输入讯号。图三、四分别显示三极管开关的通路、断路状态，及其对应 的等效电路。 图 3、截止态如同断路线图图 4、饱和态如同通路 实验：三极管的开关作用 简单三极管开关：电路如图5，电阻 RC 是 LED 限流用电阻，以防止电压过高烧坏LED （发光 二极管），将输入信号VIN从 0 调到最大(等分为约20 个间隔 )，观察并记录对的VOUT以及 LED 的亮度。当三极管开关为断路时，VOUT=VCC =12 V，LED 不亮。当三极管开关通路时， VOU T= 0.2V ，LED 会亮。改良三极管开关：因为三极管由截止区过度到饱

8、和区需经过线性区， 开关的效果不会有明确的界线。为使三极管开关的效果明确，可串接两三极管，电路如图六。 同 样将输入信号VIN从 0 调到最大(等分为约20 个间隔 )，观察并记录对应的VOUT以及 LED 的亮度。 图 5、简单开关三极管电路图 图 6、改良三极管开关电路-达林顿电路图 以上可以看出几乎任何一种型号三极管都可一做为电子开关来使用，如果条件允许也可用来控制 加热设备。可见开关三极管只是一个笼统的概念，不过市面上也有少数的专用开关三极管出售 种常用 51 单片机的I/O 口驱动能力分析 - 几种常用51 单片机的 I/O 口驱动能力分析 在控制系统中， 经常用单片机的口驱动其他电

9、路。几种常用单片机口驱动 能力在相关的资料中的说法是：、的、 的口线分别具有、的输出驱动能力，的、 、的口线具有的输出驱动能力。在实际应用中， 仅有这些资料是远远不够的。 笔者通过实验测出了上述几种单片机的口线的伏安特性（图、图），从中可以得 到这些口的实际驱动能力。 说明： 、测试方法： 所测试的口线输出的信号是周期为秒的方波。当测试口线为低 电平时的驱动能力时，该口线通过电阻箱接电源，测出该口线对地的电压，从而计算 出通过电阻的电流， 即灌电流； 测出这样的一组数据，得到口线为低电平时的伏安特性曲线。 当测试口线为高电平时的驱动能力时，该口线通过电阻接地，测出该口线对地的电压，从而 计算出

10、通过电阻的电流，即拉电流； 测出这样的一组数据，得到口线为高电平时的伏安特性 曲线。、的和及 的口的条口线为漏极开路，其输出伏安特性取决于外接的上拉电阻，本实验不 包括这些口线。 实验发现， 的口为高电平时能够驱动和 ，但驱动能力较差，其输出伏安特性曲线未标在图中。、图中绘出 电平的上下限值OL（MAX ）和OH（MIN ），据此可求出口 线的最大扇出。 ：、口线为低电平时，L，、 口线为高电平时，H，取。 ：、口线为低电平时，L，、口线为高 电平时， H，取。 ：、口线为低电平时，L，口线为高电平 时， H，取。 根据图、图及上述说明，可以得出如下结论： 1） 这几种芯片的口线的低电平的驱动

11、能力明显高于高电平的驱动能力；2） 的口作口的驱动能力为：，口高电平的驱动 能力相对较差， 最好不用口高电平作驱动；3） 的、口做 口的驱动能力为：；4） 的、口做口的 驱动能力为：。 根据以上结论， 笔者建议用口线的低电平来作驱动输出；典型的驱动电路如图。 本文来自 : DZ3W.COM 原文网址： http:/ .1 单片机的基本结构 典型系列单片机是由CPU系统、外围功能单元和归一化I/O 端口三部分组成，如图2.1 所示。 图 2.1 80C51 系列单片机的基本原理 1.CPU系统 CPU包括 CPU 、时钟系统和总线控制逻辑三部分，其功能如下： （1）CPU ：包含运算器和控制器，

12、专门为面向控制对象、嵌入式特点而设计，有突出控制功能的指令系统。 （2）时钟系统：包含振荡器、外解谐振元件，可关闭振荡器或CPU时钟，其结构如图2.2 所示。 图 2.2 80C51 的时钟系统 （3）总线控制逻辑： 主要用于管理外部并行总线时序及系统的复位控制、外部引脚有RST 、ALE、 EA、PSEN 。 图 2.3 单片机的上电复位电路 RST ：复位系统用。 ALE：数据（地址）复用控制。 EA ：外部 / 内部程序存储器选择。 PSEN ：外部程序存储器的取指控制。 单片机的上电复位电路如图2.3 所示 2，CPU外围电路 CPU外围电路包括ROM 、RAM 、I/O 口和 SFR

13、四部分。 （1）ROM ：程序存储器。地址范围为0000H-FFFFH （64KB ）。按供应状态分：80C51为 ROMless,83C51 为 MaskROM ，87C51为 EPROM/OTPROM，89C51为 FlashROM 。 （2）RAM ：数据存储器。地址范围00H-FFH（256B），是一个多用多功能数据存储器，有数据存储、通用 工作寄存器、堆栈、位地址等空间。 （3）I/O 端口： 80C51 系列单片机具有4 个 8 位 I/O 端口，分别为P0、P1、P2、P3。P0为数据总线端口， P2、P0 组成 16 位地址总线， P1为用户端口， P3用于基本输入 / 输出端

14、口时，可作用户I/O 端口。 （4）SFR ：特殊功能寄存器。是单片机中的重要控制单元，CPU对所有片内功能单元的操作都是通过访问 SFR实现的。 3. 基本功能单元 80C51系列单片机具有定时/ 计数器、中断系统和串行接口三个基本功能单元。 （1）定时器 / 计数器： 80C51有 2 个 16 位定时器 / 计数器，实时时靠内部的分频时钟频率计数实现；作计 数器时，对 P3.4 （TO ）或 P3.5（T1）端口的低电平脉冲计数。 （2）中断系统： 80C51共有 5 个中断源，即2 个外部中断源INTO、INT1、2 个定时器溢出中断（TO 、T1） 和 1 个串行中断。 （3）串行接

15、口UART ：一个带有移位寄存器工作方式的通用异步收发器，不仅可以做串行通信，还可用于 移位寄存器方式的串行外围扩展。RXD （P3.0）脚为接收端口，TXD （P3.1）脚为发送端口。 51单片机存储器的基本结构及工作原理Post By ：2009-3-20 15:10:00 51 单片机存储器的基本结构及工作原理 第一个问题：单片机的外部结构怎样呢？ 拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们“ 新动力 2004” 单 片机学习套件用的一块称之为89S51 的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。 1、 电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V 电源，其中正极接40 引脚，

16、负极（地）接20 引脚。 2、 振蒎电路： 单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单 片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19 脚。只要买来晶振，电 容，连上就可以了，按 “ 新动力 2004 版” 实验部份原理图接上即可。 3、复位引脚：按 “ 新动力 2004 版” 实验部份原理图中接法连好，至于复位是何含 义及为何需要复要复位，复位章节中已做介绍。 4、 EA 引脚： EA 引脚接到正电源端。至此，一个单片机就接好，通上电，单 片机就开始工作了。 注：上述讲的是单片机最小应用系统图，朋友们在书让随便找本书都有，也以参 考实验部份原理图。 这里我就不再画了。 第

17、二个问题：单片机的工作任务分析 我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED，显然，这个 LED 必 须要和单片机的某个引脚相连， 否则单片机就没法控制它了， 那么和哪个引脚相 连呢？单片机上除了刚才用掉的5 个引脚，还有 35 个，我们将这个LED 和 1 脚相连。 按照实验部份原理图的接法，当1 脚是高电平时， LED 不亮，只有 1 脚是低电 平时， LED 才发亮。因此要 1 脚我们要能够控制，也就是说，我们要能够让1 引脚按要求变为高或低电平。 即然我们要控制1 脚，就得给它起个名字， 总不能 就叫它一脚吧？叫它什么名字呢？设计51 芯片的 INTEL 公司已经起好了， 就叫

18、 它 P1.0，这是规定，不可以由我们来更改。 名字有了，我们又怎样让它变-高-或变 -低-呢？叫人做事，说一声就可以，这 叫发布命令， 要计算机做事， 也得要向计算机发命令， 计算机能听得懂的命令称 之为计算机的指令。 让一个引脚输出高电平的指令是SETB，让一个引脚输出低 电平的指令是 CLR。因此，我们要 P1.0 输出高电平， 只要写 SETB P1.0，要 P 1.0 输出低电平，只要写CLR P1.0 就可以了。 现在我们已经有办法让计算机去将P1.0 输出高或低电平了，但是我们怎样才能 计算机执行这条指令呢？总不能也对计算机也说一声了事吧。要解决这个问题， 还得有几步要走。 第一

19、步：计算机看不懂SETB CLR 之类的指令，我们得把指令翻译成计算机能 懂的方式， 再让计算机去读。 计算机能懂什么呢？它只懂一样东西数字。因 此我们得把 SETB P1.0 变为（D2H,90H ） ， 把 CLR P1.0 变为 （C2H,90H ） ， 至于为什么是这两个数字，这也是由51 芯片的设计者 -INTEL 规定的，我们不 去研究。 第二步：在得到这两个数字后， 怎样让这两个数字进入单片机的内部呢？这要借 助于一个硬件工具 “编程器 “。本站开发的集编程器和实验板于一体。大家可以参 考一下，如想购买请进入看看！ 我们将 “ 新动力 2004” 学习套件与电脑连好，运行编程器的

20、软件，然后在编缉区 内写入（ D2H,90H ）见图 2，写入好，拿下片子，把片子插入学习套件的实 验板，接通电源 什么?灯不亮？这就对了，因为我们写进去的指令就是让P 1.0 输出高电平，灯当然不亮，要是亮就错了。现在我们再拨下这块芯片，重新 放回到编程器上， 将编缉区的内容改为 （C2H,90H ），也就是 CLR P1.0，写片， 拿下片子，把片子插进实验板，接电，好，灯亮了。因为我们写入的（CLR P1. 0）就是让 P1.0 输出低电平的指令。这样我们看到，硬件电路的连线没有做任 何改变，只要改变写入单片机中的内容，就可以改变电路的输出效果。 第三个问题：单片机内部结构分析 我们来思

21、考一个问题， 当我们在编程器中把一条指令写进单片机内部，然后取下 单片机，单片机就可以执行这条指令， 那么这条指令一定保存在单片机的某个地 方，并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失，这是个什么 地方呢？这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM（READ ONLY MEM ORY）。为什么称它为只读存储器呢？刚才我们不是明明把两个数字写进去了 吗？原来在 89C51 中的 ROM 是一种电可擦除的ROM，称为 FLASH ROM， 刚才我们是用的编程器，在特殊的条件下由外部设备对ROM 进行写的操作，在 单片机正常工作条件下， 只能从那面读， 不能把数据写进去， 所以我们还是

22、把它 称为 ROM 下面分别介绍各组成部份硬件的结构,工作原理和操作方法 : 存储器 : 8031 单片机有 4 个存储器空间，分别用来安排4 种不同功用的存储器： 一 内部数据存储器；二特殊功能寄存器；三程序存储器；四外部数据存储器。 内部数据存储器和特殊功能寄存器集成于片内，程序存储器和外部数据存储器则 安排在 片外，用接口电路与单片机连接。4 种存储器中，除内部数据存储器和特殊功能 寄存器是统一编址的除外， 各存储器均分开编址， 并用不完全相同的寻址方式来 访问它们。 RAM，共 128 字节，地址范围为00H 一 7FH，见下图 2。前 32 个单元 (地址 0 0H 一 1FH)称为

23、寄存器区。其中，每8 个寄存器形成 -个寄存器组。具体说来： 寄存器 0 组 地址 00H 一 07H 寄存器 1 组 地址 08H 一 0FH 寄存器 2 组 地址 10H 一 17H 寄存器 3 组 地址 18H 一 1FH 图 2 内部数据存储器结构 通过对特殊功能寄存器PSW 中 RS1、RS0 两位的编程设置 )，可选择任一寄存 器组为工作寄存器组，方法如下： RS1 RSO 所选中的寄存器组 0 0 选中的寄存器 0 组 0 1 选中的寄存器 1 组 1 0 选中的寄存器 2 组 1 1 选中的寄存器 3 组 当某一组被设定成工作寄存器组后，该组中的 8 个寄存器，从低地址到高地址

24、就 分别称为 Ro-R7 ，从而可以把它们用作通用寄存器，并可按寄存器寻址方式被 访问。一旦工作寄存器组被指定后，另外三组寄存器则同其它数据RAM 一样， 只能按字节地址被予以读写。 字节地址 20H 到 2FH 称为位地址区，共有16 个字节，计 128 位，每位都有相 应的位地址，位地址范围为00H 一 7FH，见图 3。通过位寻址，可以对各位进 行位操作。由此可见， 8031 单片机有着相当出色的位处理能力。 内部数据 RAM 中，既有字节地址，又有位地址，两者的地址范围都是00H 一 7 FH，这在数据操作时应加以注意。 内部数据 RAM 通常用来存放运算过程的中间 值，并用作堆栈区。

25、 程序存储器 MCS-51 单片机具有 64K 字节的程序存储器空间。其中，8051 或 8751 在片内 各有 4K 字节的程序存储器ROM 或 EPROM ，并处于这一空间的最低地址区。 8 031 片内没有程序存储器，必须在外部扩展程序存储器才能构成单片机应用电 路。扩展容量可为64K 字节中的任一容量，并且常用EPROM 或 E2PROM 的 形式(扩展方法见第四章 )。 程序存储器中的某些地址被固定地用于特定程序的 入口地址： 地址 用途 0000H 复位操作后的程序入口 0003H 外部中断 0 服务程序入口 000BH 定时器 0 中断服务程序入口 0013H 外部中断 1 服务

26、程序入口 001BH 定时器 1 中断服务程序入口 0023H 串行 IO 中断服务程序入口 在编程时，通常在这些入口地址开始的二三个地址单元中，放入一条转移类指令， 以使相应的程序在指定的程序存储器区域中生成。例如，从000 阳地址单元开 始，放入一条转移到3000H 地址单元的转移类指令，定时器0 的中断服务程序 就可从 3000H 地址单元开始安排。又如，定时器l 的中断服务程序非常短，不 会占用到 0023H 地址单元，或者串行IO 中断根本就没被使用，那么001BH 就可以直接作为定时器1 中断服务程序的首地址，而不必安排转移类指令。 程序存储器用来存放固化了的用户程序，取指地址由程

27、序计数器PC 给出， PC 具有自动加 l 的功能，从而在无转移类指令的条件下，指令被逐一执行。转移类 指令可改变 PC 值，使程序得以转移。程序存储器中也可固化一片数据区，存放 被查阅的表格和参数等。 外部数据存储器 外部数据存储器又称为外部数据RAM，当 803l 片内 128 个字节的数据 RAM 不 能满足数量上的要求时， 可通过总线端口和其它IO 端口扩展外部数据 RAM(扩 展方法见相关章节 )，其最大容量可达64K 字节。外部数据 RAM 与内部数据 R AM 的功用基本相同，但前者不能进行堆栈操作。 当 803l 单片机同时外接有程序存储器和数据存储器时，两者的区别在于：程序

28、存储器只有读操作而无写操作，且读操作信号由引脚PSEN 直接提供；数据存 储器则有读写操作，且由引脚信号RD 和 WR 选通读写操作。对片内RAM 和片 外 RAM 操作的区别在于：片内RAM 操作时无读写信号产生，片外RAM 操作 时则有读写信号（ RD,WR ）产生。上面是不同的存储器操作在硬件信号方面的 区别，这些反映在符号指令上则是有着完全不同的符号形式和寻址方式. 存储器的数据操作 1.程序存储器的数据操作 只有读操作。除由 PC 直接寻址， 以执行各条指令外，还可用FC 或 DPTR 作变 址寻址。例如，若 DPTR 2000H ，A20H，则指令 MOVC A，A 十 DPTR

29、完成了把程序存储器2020H 单元中的内容送入A 中的操作。这种数据操作方式 通常用来查阅程序存储器中的数据表格。 2.外部数据 RAM 的数据操作 可进行读写操作。用DPTR 或工作寄存器组中的Ro 或 R1 作寄存器间接寻址。 当用 RO 或 R1 作寄存器间接寻址时， 由 P2 端口提供高 8 位地址，R0 或 R1 提 供低 8 位地址。例 1 MOVX A， DPTR ；外部数据 RAM 中以 DPTR 为地 址中的内容-A 例 2 MOV P2， 20H ；数 20H -P2 MOV R0， 30H ；数 30H -R0 MOVX R0， A ；A - 外部数据 RAM 中 203

30、0H 单元 3.内部数据 RAM 的数据操作 可进行读写操作。按直接字节地址作直接寻址或用工作寄存器组中的R0 或 R1 作寄存器间接寻址。 例 1 MOV 35H，64H ；数 64H 送入片内 RAM35H 单元 例 2 MOV R0 ，40H ；数 40H -R0 MOV A ，Ro ；内部数据 RAM 中 40H 地址中的内容-A 4.特殊功能寄存器SFR 的数据操作 可进行读写操作。只能用直接寻址方式对给出地址的SFR 作数据操作。 例 1 MOV P1 ，55H ；数 55H 经 P1 端口输出 例 2 MOV A ，P0 ；把 Po 端口上的数据输入到A 例 3 MOV PSW，

31、10H ；数 10H -PSW ，从而使 RS11，RS0O，实 现了选中第 2 组寄存器为工作寄存器的操作(此操作还清掉了 PSW 其它各标志 位) 5.位地址空间的数据操作 可进行读写操作。采用直接位寻址方式对位地址中的数据作位操作。 例 1 SETB 20H ；“1“ -片内 RAM20H 位地址单元 创 2 SETB EA ；“1“ -SFR 中的 EA 位(由图可见， EA 的位地址为 AFH) 803l 单片机 4 种存储空间的主要特点及数据操作方式可归纳如下表所示。关于 数据操作方法，在下面的章节中还会详细讨论 8031 的存储器特点及数据操作 容量地 址寻址方式操作例子 字节地

32、址位地址 外部程序存储器最大64KB0000HFFFFH无 PC 间址,DPTR 问址 MOVC A， A+DPTR 外部数据存储器最小64KB0000HFFFFH无 P2Ri 间址，DPTR 间址 MOVX A, R0; MOVX DPTR,A 内部数据存储器128 字节 00H7FH00H7FH直接寻址， Ri 间址，位寻址 MO V 50H,#32H, MOV R1,A SETB 44H 特殊功能寄存器21 字节 80HFFH( 不连续 80HFFH( 不连续 )直接寻址，位寻址 MOV A,90H CLR B0H 需要指出的是，单片机中的存储器结构与数据操作方法，是应用单片机的基础， 必须了解得十分清楚