第5章+输出通道技术课件.ppt

1、第五章 输出通道技术o 主要内容 n 5.1 输出通道基本结构 n 5.2 输出接口隔离技术n 5.3 继电器输出驱动技术n 5.4 输出显示技术n 5.5 模拟仪表驱动技术 输出通道技术n 5.6 语音技术n 5.7 步进电机控制技术n 5.8 直流伺服电机n 5.9 微型打印机n 5.10 水阻极板控制输出电路实例5.1 输出通道基本结构o 主要内容n 5.1.1 结构n 5.1.2 各结构应用举例输出通道基本结构o 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)o 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)o 单片机数字量光耦隔离数字量调节数字量控制装

2、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o 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)o 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o主要内容n 5.2.1正向驱动n 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

3、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o主要内容n 5.3.1电流和电压及电器n 5.3.2时间继电器n 5.3.3热（温度）继电器n 5.3.4固态继电器n 5.3.5晶闸管n 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o 电流和电压继电器属于常用的电磁继电器之一。o 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。o 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

4、 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o 时间继电器是在电路中对动作时间起控制作用的继电器。按延时方式可分为通电延时型和断电延时型两种。o 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。o 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o 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。o 热继电器中双金属片的加热方式有

5、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o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。o分类：直流和交流（DC-SSR、AC-SSR）n 直流SSR（原边和次边都有方向性，次边的续流问题）n 交流SSR（次边无续流，注意选取合适的负载电压和电流）交流SSRo 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SSRo 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

6、零触发型交流固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o 单向晶闸管n加上Vak不通 有了Vga才会通 无Vga有Vak不断 无Vak才断o 可关断晶闸管（GTO）n在控制极加正向脉冲电流就导通，加负向脉冲电流就关断o 双向晶闸管n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o继电器的选用原则：n 需根据需要选用不同组合的常开和常闭触电继电器n 需要事先确定一次侧所需驱动电压和电流n 需要考虑二次侧可驱动的电流和电压n 有些继电器的一次侧具有方向性，接反无效n 常闭触点通常用于连锁控制5

7、.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o主要内容n 5.4.1 LED数码管定义及扫描方式n 5.4.2 LED显示器驱动实例n 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数码管定义及扫描方式o静态LED显示n 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

8、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o 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o串行数据格式表5-1 MAX7219发送的16位串行数据格式D15、D14、D13、D12D11、D10、D9、D8D7、D6、 D5、D4、 D3、D2、 D1、D0任意值（0或1）地址数据新型数码驱动芯片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

9、地址分配及定义定义定义D15-D12D11D10D9D8D7-D0空操作0000DIGIT0(01H）0001显示的数字（BCD或BIN码）DIGIT1(02H)0010显示的数字DIGIT7(08H)1000显示的数字译码模式(09H)1001对应位为0不译码1BCD译码亮度(0AH)1010031级亮度软件可控扫描界限(0BH)101107位数字可选（从0开始）掉电(0CH)1100D0:0SHUTDOWN,1NORMAL OP显示测试(0FH)1111D0:0“N-O”,1“TEST”全亮新型数码驱动芯片MAX7219及应用o寄存器地址分配及定义oBCD译码表n “09”“09” “A”

10、“” “B”“E” “C”“H”“D”“L” “E”“P” “F”BLACK（全黑）oB码方式 直接译码方式o小数点n 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）5.4.3 FYD12864液晶显示模块oFYD12864概述o模块接口o模式选择o指令说明5.5 模拟仪表驱动技术o主要内容n 5.5.1 D/A变换器AD558n 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o 一般

11、说明:MAX528带输出缓冲器的八路，8位串行D/A转换器o 封装图5.26 MAX528/529引脚图5.6 语音技术o主要内容n 5.6.1 概述n 5.6.2 串行大容量ISD语音芯片的功能原理n 5.6.3 ISD4003系列语音芯片分段录放功能的开发n 5.6.4 基于PC的ISD语音开发装置简介n 5.6.5 ISD语音芯片的应用5.6.1 概述o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

12、的转换。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oISD4003芯片特点n 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n 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n 能够非常真实、自然地再现语音，音乐、音调和效果声n 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o SPI接口协议图5.28 SPI接口协议时序图ISD串行控制指令表指指令令5 5位位控控制制码码 1 1

13、1 1位位地地址址操操作作摘摘要要POWERUP00100上电：等待TPUD后可以工作SET PLAY11100从指定地址放音，后须PLAY继续PLAY11110从当前地址开始放音SET REC10100从指定地址录音，后须REC继续REC10110从当前地址开始录音SET MC11101从指定地址快进，后须MC继续MC11111执行快进STOP0 x110停止当前操作STOP PWRDN0 x01x停止当前操作并掉电RINT0 x110读状态:OVF和EOM5.6.4 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ISD

14、4003和语音放大电路3865.7 步进电机控制技术o主要内容n 5.7.1 步进电机的工作原理n 5.7.2 步进电机的方向控制n 5.7.3 步进电机控制的软件设计n 5.7.4 步进电机的特点n 5.7.5 步进电机的驱动5.7.1步进电机的工作原理o 设转子为40个齿，齿则齿角为360/40=9度o 设与A相磁极中心对齐的转子齿为0号齿o 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o工作方式n 三相单三拍，通电顺序为ABCAn 三相双三拍，通电顺序为ABBCCAABn 三相六拍，通电顺序AAB

15、BBCCCAA5.7.3 步进电机控制的软件设计o步进电机控制速度的确定o步进电机步数的确定n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o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o 定子相绕组的供电脉冲频率n f相=f/No 齿距角t和步距角bn 齿距角 步距角o 转速、转角和转向n 转速 转角 转向：通电脉冲的顺序o 自锁能力ktZ360NkbZ360kmCZfn60 Nb5.7.5 步进电机的驱动o 基于分立元件的驱动电路设计n单电压驱动n双电压驱动n高低压驱动n斩波恒流驱动n调频调压驱动o 基于集成芯片的驱

16、动电路设计nL2975.8 直流伺服电机o主要内容n 5.8.1 直流伺服电动机运行特性n 5.8.2 直流伺服电动机接口n 5.8.3 与执行机构配用的接口集成电路5.8.1 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02aaaaeeeTeTURURnTTnTCKK KC C5.8.2 直流伺服电动机接口o 伺服电动机的任务是按控制要求带动机械调节环节o 电动机是控制回路的一个组成部分o 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5.4

17、5 L293控制电机正反转示意图 5.9 微型打印机o主要内容n 5.9.1 TPup-40T串行微型打印机n 5.9.2 RD-T系列微型打印机5.9.1 TPup-40T串行微型打印机o 超小型的台式点阵打印机o 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o 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o TAB_CHE: DCB 00H,20H,23H,25H,29H,31H,0E1H,2FHDCB 21H,21H,23H,21H,60H,20H,00H,00HDCB 20

18、H,20H,20H,20H,20H,20H,20H,0FFHDCB 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程序获得。图5.47 “车”字的点阵图5.9.2 RD-T系列微型打印机o 小型的台式点阵打印机o 可打印448个字符、图块及32个用户自定义字符o 并行接口与Centronics标准兼容，接口连接器选用DB-25针座o 串行接口采用RS-232C标准，兼容TTL电平，接口连接器选用DB-25孔座5.10 水阻极板控制输出电路实例图5.49 水阻极板控制电路输出接口原理图5.10 水阻极板控制输出电路实例图5.50 水阻极板升降电机控制图5.10 水阻极板控制输出电路实例图5.51 图5.49和图5.50之间的连接关系本章小结o一个智能仪器仪表如果没有输出通道，则它将没有存在的意义；o本章介绍了输出通道的隔离、驱动，以及显示技术、语音技术等，这些内容希望大家能够熟练掌握和应用。