驅(qū)動(dòng)與隔離電子電路設(shè)計(jì)集錦 —電路圖天天讀（183）

　　隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，原來以強(qiáng)電和電器為主、功能簡(jiǎn)單的電氣設(shè)備發(fā)展成為強(qiáng)、弱電結(jié)合，具有數(shù)字化特點(diǎn)、功能完善的新型微電子設(shè)備。在很多場(chǎng)合，已經(jīng)出現(xiàn)了越來越多的單片機(jī)產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電氣控制產(chǎn)品。屬于存儲(chǔ)程序控制的單片機(jī)，其控制功能通過軟件指令來實(shí)現(xiàn)，其硬件配置也可變、易變。因此，一旦生產(chǎn)過程有所變動(dòng)，就不必重新設(shè)計(jì)線路連線安裝，有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代和訂單式生產(chǎn)。

　　傳統(tǒng)電氣設(shè)備采用的各種控制信號(hào)，必須轉(zhuǎn)換到與單片機(jī)輸入/輸出口相匹配的數(shù)字信號(hào)。用戶設(shè)備須輸入到單片機(jī)的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量等，通過輸入電路轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠接收和處理的信號(hào)。輸出電路則應(yīng)將單片機(jī)送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大到現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)輸出信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)功率管、電磁閥和繼電器、接觸器、電動(dòng)機(jī)等被控制設(shè)備的執(zhí)行元件，能方便實(shí)際控制系統(tǒng)使用。針對(duì)電氣控制產(chǎn)品的特點(diǎn)，本文討論了幾種單片機(jī)I/O的常用驅(qū)動(dòng)和隔離電路的設(shè)計(jì)方法，對(duì)合理地設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)，提高電路的接口能力，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力有實(shí)際指導(dǎo)意義。

　　輸入電路設(shè)計(jì)

　　圖1 開關(guān)信號(hào)輸入

　　一般輸入信號(hào)最終會(huì)以開關(guān)形式輸入到單片機(jī)中，以工程經(jīng)驗(yàn)來看，開關(guān)輸入的控制指令有效狀態(tài)采用低電平比采用高電平效果要好得多，如圖1如示。當(dāng)按下開關(guān)S1時(shí)，發(fā)出的指令信號(hào)為低電平，而平時(shí)不按下開關(guān)S1時(shí)，輸出到單片機(jī)上的電平則為高電平。該方式具有較強(qiáng)的耐噪聲能力。

　　若考慮到由于TTL電平電壓較低，在長(zhǎng)線傳輸中容易受到外界干擾，可以將輸入信號(hào)提高到+24 V，在單片機(jī)入口處將高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL信號(hào)。這種高電壓傳送方式不僅提高了耐噪聲能力，而且使開關(guān)的觸點(diǎn)接觸良好，運(yùn)行可靠，如圖2所示。其中，D1為保護(hù)二極管，反向電壓≥50 V。

　　圖2 提高輸入信號(hào)電平

　　圖3 輸入端保護(hù)電路

　　為了防止外界尖峰干擾和靜電影響損壞輸入引腳，可以在輸入端增加防脈沖的二極管，形成電阻雙向保護(hù)電路，如圖3所示。二極管D1、D2、 D3的正向?qū)▔航礥F≈0.7 V，反向擊穿電壓UBR≈30 V，無論輸入端出現(xiàn)何種極性的破壞電壓，保護(hù)電路都能把該電壓的幅度限制在輸入端所能承受的范圍之內(nèi)。即：VI～VCC出現(xiàn)正脈沖時(shí)，D1正向?qū)?；VI～VCC出現(xiàn)負(fù)脈沖時(shí)，D2反向擊穿；VI與地之間出現(xiàn)正脈沖時(shí)，D3反向擊穿；VI與地之間出現(xiàn)負(fù)脈沖時(shí)，D3正向?qū)ǎO管起鉗位保護(hù)作用。緩沖電阻RS約為1.5～2.5 kΩ，與輸入電容C構(gòu)成積分電路，對(duì)外界感應(yīng)電壓延遲一段時(shí)間。若干擾電壓的存在時(shí)間小于τ，則輸入端承受的有效電壓將遠(yuǎn)低于其幅度；若時(shí)間較長(zhǎng)，則D1 導(dǎo)通，電流在RS上形成一定的壓降，從而減小輸入電壓值。

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