第11章51單片機輸出控制

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11.1常用輸出接口電路11.2常用D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計*11.3直流電動機的控制設(shè)計第11章51單片機輸出控制

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第11章51單片機輸出控制輸出控制是單片機實現(xiàn)控制算法處理后，控制執(zhí)行機構(gòu)的過程。由于應(yīng)用場合和控制對象不同，單片機輸出控制可以分為以下幾類：模擬量控制、開關(guān)量控制、電機控制等。在單片機的輸出控制中常采用單片機與光電隔離元件、模擬開關(guān)、繼電器等元件構(gòu)成輸出控制。現(xiàn)實生活中大多是連續(xù)變化的模擬量，模擬量的輸出常采用D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計來實現(xiàn)。電機控制應(yīng)用較為廣泛，常用于檢測和控制系統(tǒng)。本章就以上內(nèi)容，分別用實例予以說明。

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11.1常用輸出接口電路輸出接口電路主要由抗干擾元件接口電路、D/A轉(zhuǎn)換接口電路和功率驅(qū)動接口電路組成。11.1.1單片機與光電隔離元件的接口電路。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。一、光電隔離器結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上看，光電隔離器由一發(fā)光二極管和光敏晶體管封裝在同一個管殼內(nèi)組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

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通常使用的光電離器組合形式有四種，如圖所示。其中圖(a)為普通型隔離器，圖(b)為高速型隔離器，圖(c)為達林頓輸出型隔離器，圖(d)為晶閘管輸出型。

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二、光電隔離器工作原理光電耦合接口是通過光電元器件來實現(xiàn)的，光電元器件由發(fā)光二極管和光電三極管構(gòu)成?？蓱?yīng)用于信號隔離、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路、長線傳輸、過載保護、高壓控制和電路變換。光電三極管是一種光電轉(zhuǎn)換裝置，它的輸出特性與三極管基本相同，不同的是光電三極管接收的是光能量。由于發(fā)光二極管與光電三極管之間是通過光來傳遞信息的，沒有電氣上的聯(lián)系，從而實現(xiàn)了電氣上的隔離。這就是光電耦合器的作用。

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三、光電耦合器接口電路光電耦合技術(shù)被廣泛用于測量控制系統(tǒng)。TLP521-4光電耦合器的典型應(yīng)用電路。第11章51單片機輸出控制

11.1.2單片機與模擬開關(guān)元件的接口電路一、CD4066介紹CD4066由四個相互獨立的雙向模擬開關(guān)組成，每個開關(guān)由一個控制端口控制，控制電路在高電平時導(dǎo)通，在低電平時斷開，可利用于斷續(xù)器解調(diào)電路中。主要用作模擬或數(shù)字信號的多路傳輸。CD4066的引腳與CD4016兼容，引出端排列與CD4016一致，但具有比較低的導(dǎo)通阻抗，導(dǎo)通阻抗在整個輸入信號范圍內(nèi)基本不變。

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二、CD4066接口電路CD4066與51單片機接口電路如圖所示，CD4066內(nèi)部有四路模擬開關(guān)，本電路僅以一路為例進行說明。當P1.1為高電平，第二路模擬開關(guān)導(dǎo)通，此時（I/O）2和(O/I)2構(gòu)成通路，數(shù)據(jù)可以從P1.0口傳送到(O/I)2口，也可以從(O/I)2口輸入至P1.0口。

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11.1.3單片機與繼電器元件的接口電路一、普通電磁繼電器電磁繼電器是自動控制電路中常用的一種元件，實際上它是用較小電流控制較大電流的一種自動開關(guān)。電磁繼電器是由鐵芯，線圈，銜鐵，觸點以及底座等構(gòu)成的。觸點有動觸點和靜觸點之分。二、繼電器的觸點形式和電路符號1.動合型（H型）：線圈不通電時兩觸點是斷開的，通電后，兩觸點就閉合了。2.動斷型（D型）：線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開。3.轉(zhuǎn)換型（Z），這是觸點組型。

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電磁繼電器的常用符號第11章51單片機輸出控制

三、普通電磁繼電器的主要技術(shù)參數(shù) 1.線圈電源和功率 2.額定工作電壓或工作電流 3.線圈電阻 4.吸合電壓或電流 5.釋放電壓或電流 6.觸點負荷第11章51單片機輸出控制

四、繼電器的附加電路1.串聯(lián)RC電路：能縮短吸合時間，如圖（a）所示。2.并聯(lián)RC電路：可延長銜鐵的釋放時間，如圖（b）所示。3.并聯(lián)二極管電路：可吸收感應(yīng)電動勢，如圖（c）所示。第11章51單片機輸出控制

五、固態(tài)繼電器（SSR）固態(tài)繼電器（SSR），是一種由集成電路和分立元件組合而成的一體化無觸點電子開關(guān)器件。其功能與電磁繼電器基本相似，固態(tài)繼電器的輸入端僅需要很小的控制電流，且能與TTL、CMOS等集成電路實現(xiàn)良好兼容。由于在開關(guān)過程中無機械接觸部件，因此具有工作可靠、壽命長、噪聲低、開關(guān)速度快和工作頻率高等特點。固態(tài)繼電器的種類很多，常用的主要有直流型和交流型兩種。第11章51單片機輸出控制

直流型固態(tài)繼電器原理圖及電路符號如下:第11章51單片機輸出控制

交流型固態(tài)繼電器原理圖及電路符號如下:第11章51單片機輸出控制

固態(tài)繼電器的內(nèi)部電路圖如下圖所示。其中圖（a）為交流型SSR。圖（b）為直流型SSR。第11章51單片機輸出控制

六、繼電器接口電路1.直流電磁繼電器接口常用的繼電器大部分屬于電磁式繼電器。下圖是電磁式繼電器的接口電路圖。第11章51單片機輸出控制

2.交流電磁繼電器接口交流式電磁式繼電器由于線圈的電壓要求是交流電，所以通常使用雙向晶閘管驅(qū)動或使用一個直流繼電器作為中間繼電器控制。下圖是交流接觸器的接口電路。第11章51單片機輸出控制

11.2常用D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計11.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和工作原理

DAC0832是單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。運算放大器輸出的模擬量V0為：可見，輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比，這就實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。第11章51單片機輸出控制

DAC0832內(nèi)部轉(zhuǎn)換邏輯結(jié)構(gòu)如下。

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DAC0832內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如下。

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11.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路一、直通方式接口電路直通方式是指兩個緩沖器直接連通，輸入數(shù)據(jù)直接送入D/A轉(zhuǎn)換電路，相當于沒有內(nèi)部寄存器。

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二、單緩沖器方式接口電路單緩沖器方式只使用一個內(nèi)部緩沖器，另一個緩沖器呈直通狀態(tài)。

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三、雙緩沖器同步方式接口對于多路D/A轉(zhuǎn)換接口，要求同步進行D/A轉(zhuǎn)換輸出時，必須采用雙緩沖器同步方式。DAC0832采用這種接法時，數(shù)字量的輸入鎖存和D/A轉(zhuǎn)換輸出是分兩步進行的，即CPU的數(shù)據(jù)總線分時地向各路D/A轉(zhuǎn)換器輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)字量并鎖存在各自的輸入寄存器中，然后CPU控制所有的D/A轉(zhuǎn)換同時輸出。

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11.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的單片機編程一、直通方式控制程序根據(jù)直通方式接口電路設(shè)計軟件流程如下：第11章51單片機輸出控制

應(yīng)用C51語言編程如下：

//------------------函數(shù)聲明,變量定義------------------------------#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<ABSACC.H>//------------------定義管腳---------------------------------------#definedata_OUTP1//------------------延時子程序-------------------------------------//函數(shù)功能:延時子程序,實現(xiàn)(16*N+24)μs的延時//系統(tǒng)采用11.0592MHZ的時鐘時,延時滿足要求,其他情況需要改動voiddelay(unsignedintN){ inti; for(i=0;i<N;i++);}第11章51單片機輸出控制

//-------------------完成一次轉(zhuǎn)換------------------------------------voidconversion_0832(unsignedcharout_data){ data_OUT=out_data;//輸出數(shù)據(jù) delay(10);//延時等待轉(zhuǎn)換}//----------------------主函數(shù)-----------------------------------------//函數(shù)功能:完成滿值點驗證、零點值驗證voidmain(){ unsignedchari; conversion_0832(0XFF);//滿值點驗證 conversion_0832(0);//零點值驗證 for(i=0;i<255;i++)//輸出鋸齒波 { conversion_0832(i); }}第11章51單片機輸出控制

二、單緩沖器方式控制程序單緩沖器方式的程序與直通方式的程序,基本相同,只需在定義是作如下的改動：//------------------------直通方式-定義管腳-----------------------------#definedata_OUTXBYTE[0X7FFF]//------------------------當緩沖器方式-定義地址-------------------------#definedata_OUTXBYTE[0X7FFF]第11章51單片機輸出控制

*11.3直流電動機的控制設(shè)計11.3.1直流電動機驅(qū)動電路的基本工作原理一、認識直流電動機直流電動機的結(jié)構(gòu)可分為機殼、定子與轉(zhuǎn)子。大中型的直流電動機的定子與轉(zhuǎn)子上各有繞組，這兩種繞組之間，可采用串聯(lián)或并聯(lián)方式。采用串聯(lián)方式的稱為串激式直流電動機；采用并聯(lián)方式的稱為分激式直流電動機。第11章51單片機輸出控制

二、直流電動機的驅(qū)動方式直流電動機的驅(qū)動方式，就是把直流電源加到直流電動機上，使之旋轉(zhuǎn)。 1.用繼電器驅(qū)動直流電動機第11章51單片機輸出控制

2.以達林頓晶體管驅(qū)動直流電動機微控制信號連接到達林頓晶體管，直接提供直流電動機的電源，使之旋轉(zhuǎn)。其中的D1、D2二極管起保護功能。此電路不但可以控制直流電動機的開或關(guān)，還可以控制其功率大小，以達到轉(zhuǎn)速控制的目的。第11章51單片機輸出控制

3.以繼電器控制直流電動機的方向

微控制信號連接到達林頓晶體管與繼電器。其中Q2、Q3所組成的達林頓晶體管控制電動機的開關(guān)，繼電器的接通與斷開控制電動機的運行方向。第11章51單片機輸出控制

4.以晶體管控制直流電動機的方向（橋式驅(qū)動）第11章51單片機輸出控制

若送一個高電平信號到input1端，同時送一個低電平信號到input2端時，則電流由右而左流過此直流電動機，

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反之，若送一個低電平信號到input1端，同時送一個高電平信號到input2端時，則電流由左而右流過此直流電動機，

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5.互補（配對）達林頓功率晶體管—TIP12x系列內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

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6.互補（配對）達林頓功率晶體管-TIP14x系列內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

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7.橋式達林頓功率晶體管模塊-TA7257P系列內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

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三、直流電動機的PWM控制驅(qū)動直流電動機的電流大小將影響直流電動機的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。直流電動機的功率采用平均值，當電壓固定時，只要改變電流的平均值即可改變輸入功率。脈沖的平均值如下：改變脈沖寬度來控制平均值的方法，稱為脈沖寬度調(diào)制即PWM控制。

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電動機的轉(zhuǎn)速與電機兩端的電壓成比例，而電動機兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電動機的轉(zhuǎn)速與占空比成比例。占空比越大，電動機轉(zhuǎn)得越快，當占空比α=1時，電動機轉(zhuǎn)速最大?？刂齐妱訖C轉(zhuǎn)速的PWM波形圖如下所示。第11章51單片機輸出控制

在模擬電路中，我們可以使用比較器將正弦波與三角波條變?yōu)镻WM波，PWM調(diào)變電路及PWM調(diào)變示意圖如下：

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11.3.2采用單片機的直流電動機控制電路設(shè)計本系統(tǒng)直流電機及控制電路的電路原理如下。直流電機控制使用了H橋驅(qū)動電路，控制口線為P1.1、P1.2。第11章51單片機輸出控制

11.3.3直流電動機驅(qū)動的編程應(yīng)用C51語言編程如下：

//-----------------函數(shù)聲明,變量定義------------------------#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<ABSACC.H>//-----------------定義管腳---------------------------------sbitPWM=P1^0; //PWM波形輸出sbitDR=P1^1; //方向控制#definetime_data(256-100) //定時器預(yù)置值,12M時鐘是,定時0.1ms#definePWM_T100 //定義PWM的周期T為10msunsignedcharPWM_t; //PWM_t為脈沖寬度(0-100)時間為0-10msunsignedcharPWM_count; //輸出PWM周期計數(shù)unsignedchartime_count; //定時計數(shù)bitdirection; //方向標志位第11章51單片機輸出控制

//函數(shù)名稱:timer_init//函數(shù)功能:初始化設(shè)施定時器voidtimer_init(){ TMOD=0X22;/*定時器1為工作模式2(8位自動重裝),0為模式2(8位自動重裝)*/ PCON=0X00; TF0=0; TH0=time_data;//保證定時時長為0.1ms TL0=TH0; ET0=1; TR0=1;//開始計數(shù) EA=1;//中斷允許}//函數(shù)名稱:settint_PWM//函數(shù)功能:設(shè)置PWM的脈沖寬度和設(shè)定方向voidsetting_PWM(){ if(PWM_coun