微机检测与控制应用系统设计 教学课件 ppt 作者 余祖俊 第5章 输出通道技术

1、第五章 输出通道技术,主要内容 5.1 输出通道基本结构 5.2 输出接口隔离技术 5.3 继电器输出驱动技术 5.4 输出显示技术 5.5 模拟仪表驱动技术,输出通道技术,5.6 语音技术 5.7 步进电机控制技术 5.8 直流伺服电机 5.9 微型打印机 5.10 水阻极板控制输出电路实例,5.1 输出通道基本结构,主要内容 5.1.1 结构 5.1.2 各结构应用举例,输出通道基本结构,单片机开关量光耦隔离功放开关量控制装置(开关量控制照明灯) 单片机数字量光耦隔离D/A模拟控制装置(模拟量驱动的各种模拟仪表) 单片机数字量光耦隔离数字量调节数字量控制装置(为其他的数字（智能）设备提供的数字信息),输出通道基本结构,单片机频率量光耦隔离F/V功放模拟控制装置(用PWM或HSO口驱动模拟仪表) 单片机频率量光耦隔离频率信号调节频率调节系统(变频调速器),5.2 输出接口隔离技术,主要内容 5.2.1正向驱动 5.2.2反向驱动（输出为0C门）,5.2.1正向驱动,正向输出驱动,输出信号从光耦“”端加入，要求输出口具有正向驱动能力,光耦接法和前向通道相似，注意原边和次边电阻以及前后电

2、平逻辑关系,图5.1 输出口正向驱动光耦,5.2.1正向驱动,正向驱动能力的提供方法（必须有反向吸收能力）,上拉电阻提高正向驱动能力,正向输出驱动反向器进行反向驱动光耦,图5.3 两种不同驱动电路的连接图,5.2.2反向驱动（输出为OC门）,内置续流二极管，其K端接电源,图5.4 MC1413/16引脚原理图,5.3 继电器输出驱动技术,主要内容 5.3.1电流和电压及电器 5.3.2时间继电器 5.3.3热（温度）继电器 5.3.4固态继电器 5.3.5晶闸管 5.3.6继电器选用及驱动电路设计,5.3.1电流和电压及电器,电流和电压继电器属于常用的电磁继电器之一。 衔铁刚产生吸合动作时加给线圈的最小电压（或电流）值称为吸合值；衔铁刚产生释放动作时加给线圈的最大电压（或电流）称为释放值。 欲使继电器工作，吸合值要总是大于释放值，也就是说继电器具有持之特性,图5.5 电磁继电器基本结构 1-活动触点 2、3-固定触点 4-铁心 5-线圈 6-线圈引线 7-弹簧 8-非磁性垫片 9-衔铁 10-铁轭,5.3.2时间继电器,时间继电器是在电路中对动作时间起控制作用的继电器。按延时方式可分为

3、通电延时型和断电延时型两种。 通电延时型时间继电器获得输入信号后，立即开始延时，延时完毕后执行部分才输出信号；输入信号消失后，立即恢复到动作前状态。 断电延时型继电器在获得输入信号后，执行部分立即输出信号，输入信号消失后，需延时时间t才能恢复到动作前状态。,5.3.3热（温度）继电器,热继电器是一种通过电流间接反映被控电器发热状态的防护器件。 热继电器中双金属片的加热方式有三种：间接加热、直接加热和复合加热。,图5.6 热继电器的工作原理 1-加热元件 2-双金属片 3-扣板 4-压动螺钉 5-锁扣机构 6-支点 7-复位按钮 8-动触点 9-静触点,5.3.4固态继电器,特点：体积小、对外界干扰小，能与逻辑电路兼容，抗干扰能力强等。 分类：直流和交流（DC-SSR、AC-SSR） 直流SSR（原边和次边都有方向性，次边的续流问题） 交流SSR（次边无续流，注意选取合适的负载电压和电流）,交流SSR,随机导通型（控制端有了控制信号、负载端马上就通断）,图5.8 随机导通型交流固态继电器原理图,交流SSR,过零型（有了控制信号，只有当负载端电压为0V使才通断）,图5.9 过零触发型交流固

4、态继电器原理图,直流SSR,图5.10 三线制直流固态继电器,图5.11 两线制直流固态继电器,5.3.5晶闸管,单向晶闸管 加上Vak不通 有了Vga才会通 无Vga有Vak不断 无Vak才断 可关断晶闸管（GTO） 在控制极加正向脉冲电流就导通，加负向脉冲电流就关断 双向晶闸管 相当于两个反向并联的单向晶闸管,图5.12 晶闸管的符号,5.3.6继电器选用及驱动电路设计,继电器的选用原则： 需根据需要选用不同组合的常开和常闭触电继电器 需要事先确定一次侧所需驱动电压和电流 需要考虑二次侧可驱动的电流和电压 有些继电器的一次侧具有方向性，接反无效 常闭触点通常用于连锁控制,5.3.6继电器选用及驱动电路设计,图5.15 继电器电路连接图,MC1413、16是常用的达灵顿管式反向驱动器,5.4 输出显示技术,主要内容 5.4.1 LED数码管定义及扫描方式 5.4.2 LED显示器驱动实例 5.4.3 FYD12864液晶显示模块,5.4.1 LED数码管定义及扫描方式,图5.17 数码管结构图 a-共阴极8段数码管 b-共阳极8段数码管 c-8段数码管显示,5.4.1 LED数码管定

5、义及扫描方式,静态LED显示 各位数码管独立驱动（实时显示）,占用I/O口线多，一个数码管需要一个8位的并口。,图5.18 LED静态驱动电路示意图,5.4.1 LED数码管定义及扫描方式,动态LED显示,图5.19 LED动态扫描电路示意图,5.4.2 LED显示器驱动实例,Intel 8255扩展的LED接口电路,图5.20 8255扩展的LED接口电路示意图,新型数码驱动芯片MAX7219及应用,图5.23 MAX7219显示驱动器原理图,新型数码驱动芯片MAX7219及应用,串行数据格式,表5-1 MAX7219发送的16位串行数据格式,新型数码驱动芯片MAX7219及应用,数据发送时序图（高位在前、低位在后）,图5.22 MAX7219数据发送时序图,寄存器地址分配及定义,新型数码驱动芯片MAX7219及应用,寄存器地址分配及定义 BCD译码表 “09”“09” “A”“” “B”“E” “C”“H” “D”“L” “E”“P” “F”BLACK（全黑） B码方式 直接译码方式 小数点 无论是BCD码还是B码方式，将显示数值AL或上#80H即可（ORB AL, #80H）,5

6、.4.3 FYD12864液晶显示模块,FYD12864概述 模块接口 模式选择 指令说明,5.5 模拟仪表驱动技术,主要内容 5.5.1 D/A变换器AD558 5.5.2 MAX528/529串行D/A变换器,5.5.1 D/A变换器AD558,通过此引脚监测反馈,此脚接地输出10V,接输出时为2.56V,图5.25 AD558连接图,5.5.2 MAX528/529串行D/A 变换器,一般说明:MAX528带输出缓冲器的八路，8位串行D/A转换器 封装,图5.26 MAX528/529引脚图,5.6 语音技术,主要内容 5.6.1 概述 5.6.2 串行大容量ISD语音芯片的功能原理 5.6.3 ISD4003系列语音芯片分段录放功能的开发 5.6.4 基于PC的ISD语音开发装置简介 5.6.5 ISD语音芯片的应用,5.6.1 概述,美国ISD公司利用本公司的专利“直接模拟存储技术”（DAST），把模拟数据成功的存入半导体存储器中。这种突破性的EEPROM存储方法可以在每次取样后，将数据暂存在取样保持电路中，并最终将数据写入EEPROM存储单元，而不需要A/D或D/A的转换。

7、,5.6.2串行大容量ISD语音芯片的功能原理,图5.27 ISD串行接口产品的基本框图,5.6.3 ISD4003系列语音芯片分段录放功能的开发,ISD4003芯片特点 ISD4003系列工作电压3V5.5V，单片录放语音时间4至8分钟，音质好 芯片采用CMOS技术，内含振荡器、滤波器、自动静噪、音频放大器及高密度多电平闪烁存储阵列 能够非常真实、自然地再现语音，音乐、音调和效果声 操作命令通过串行通信接口（SPI）送入,5.6.3 ISD4003系列语音芯片分段录放功能的开发,SPI接口协议,图5.28 SPI接口协议时序图,ISD串行控制指令表,5.6.4 基于PC的ISD语音开发装置简介,图5.29 语音芯片录/放开发系统,5.6.5 ISD语音芯片的应用,图5.30 语音芯片ISD4003和语音放大电路386,5.7 步进电机控制技术,主要内容 5.7.1 步进电机的工作原理 5.7.2 步进电机的方向控制 5.7.3 步进电机控制的软件设计 5.7.4 步进电机的特点 5.7.5 步进电机的驱动,5.7.1步进电机的工作原理,设转子为40个齿，齿则齿角为360/40=9度

8、设与A相磁极中心对齐的转子齿为0号齿 由于B相磁极与A相磁极相差120度，且120度/9度=13+3/9不为整数。,图5.34 三项步进电机原理图,5.7.2 步进电机的方向控制,工作方式 三相单三拍，通电顺序为ABCA 三相双三拍，通电顺序为ABBCCAAB 三相六拍，通电顺序AABBBCCCAA,5.7.3 步进电机控制的软件设计,步进电机控制速度的确定 步进电机步数的确定 用需要转动的角度除以步进电动机的步距角即可求得步进电动机的步数 步进电机的变速控制,步进电机的变速控制,图5.35 三相步进电动机的控制驱动电路,5.7.4 步进电机的特点,定子相绕组的供电脉冲频率 f相=f/N 齿距角t和步距角b 齿距角 步距角 转速、转角和转向 转速 转角 转向：通电脉冲的顺序 自锁能力,5.7.5 步进电机的驱动,基于分立元件的驱动电路设计 单电压驱动 双电压驱动 高低压驱动 斩波恒流驱动 调频调压驱动 基于集成芯片的驱动电路设计 L297,5.8 直流伺服电机,主要内容 5.8.1 直流伺服电动机运行特性 5.8.2 直流伺服电动机接口 5.8.3 与执行机构配用的接口集成电路,5.8

9、.1 直流伺服电动机运行特性,图5.44 直流伺服电动机的特性 a 机械特性 b 调节特性,5.8.2 直流伺服电动机接口,伺服电动机的任务是按控制要求带动机械调节环节 电动机是控制回路的一个组成部分 伺服电动机应按照给定值与实际值的差来驱动机械调整环节，使被调量的实际值及时跟随给定值变化,5.8.3 与执行机构配用的接口集成电路,L293，L293E，L298等,图5.45 L293控制电机正反转示意图, 5.9 微型打印机,主要内容 5.9.1 TPup-40T串行微型打印机 5.9.2 RD-T系列微型打印机,5.9.1 TPup-40T串行微型打印机,超小型的台式点阵打印机 每行打印88点阵字符18个5 ，打印功能丰富，可打印240个字符 TPup-40T微型打印机是使用RS-232串行接口兼容的通用微型打印机，可以作为各种智能仪器仪表、各种微型计算机的打印输出设备,汉字点阵图,TAB_CHE: DCB 00H,20H,23H,25H,29H,31H,0E1H,2FH DCB 21H,21H,23H,21H,60H,20H,00H,00H DCB 20H,20H,20H,20H,20H,20H,20H,0FFH DCB 20H,20H,20H,20H,20H,60H,20H,00H ;车 注：汉字和各种字符以及数据的点阵可以用UCDOS的MKHZ程序获

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