1、第第12章章 数字输入与驱动电路数字输入与驱动电路数字输入与驱动电路是配合数字电路工作的电路，本章重点数字输入与驱动电路是配合数字电路工作的电路，本章重点介绍常用的数字接口电路，包括按键、按键消除抖动电路与介绍常用的数字接口电路，包括按键、按键消除抖动电路与光隔离输入电路等常用输入电路，以及光隔离输入电路等常用输入电路，以及LED显示电路与数字显示电路与数字驱动电路等常用输出电路，最后介绍三态总线与数字实验电驱动电路等常用输出电路，最后介绍三态总线与数字实验电路。路。12.1 常用开关量输入常用开关量输入电路电路12.1.1 按键电路按键电路1按键按键具有上拉与下拉电阻具有上拉与下拉电阻的按键
2、电路如图的按键电路如图12-1所示。所示。在 上 拉 电 阻 的 按 键 电 路 中（见 图12-1（a），要 保 证5 VR1IHI 输 入 高 电 平IHV。在 下 拉 电 阻 的 按 键 电 路 中（见 图12-1（b），要 保 证R1ILI 输 入 低 电 平ILV。这 里IHI 和ILI 分 别 是 数 字 电 路 引 脚 高 电 平 输 入 电 流 和 低 电 平 输 入 电 流。IHV 和ILV 分 别 是 数 字 电路 引 脚 高 电 平 输 入 电 压 和 低 电 平 输 入 电 压。2按键抖动消除电路按键抖动消除电路按键的抖动与按键的质量有关，一般质量的按键常有按键的抖动与
3、按键的质量有关，一般质量的按键常有125 ms的抖动时间，按的抖动时间，按键闭合时电阻为键闭合时电阻为0.1，断开时电阻为无穷大。具有上拉电阻的按键抖动过程波，断开时电阻为无穷大。具有上拉电阻的按键抖动过程波形如图形如图12-3所示。所示。（1）具有电容的消除按键抖动电路）具有电容的消除按键抖动电路很多应用中需要消除按键抖动，具有电容的消除按键抖动的硬件电路如图很多应用中需要消除按键抖动，具有电容的消除按键抖动的硬件电路如图12-4所示。所示。4矩阵按键矩阵按键4 4矩阵按键电路如图矩阵按键电路如图12-9所示。所示。12.1.2 光耦隔离输入电路光耦隔离输入电路1光耦合器光耦合器光耦合器（简
4、称光耦）种类有很多，分为直流输入与交流输入两种，下面分别光耦合器（简称光耦）种类有很多，分为直流输入与交流输入两种，下面分别介绍。介绍。（1）直流输入光耦）直流输入光耦4N254N25的内部电路与引脚排列如图的内部电路与引脚排列如图12-10所示。所示。4N25的主要电特性如表的主要电特性如表12-1所示。所示。（2）交流输入的光耦）交流输入的光耦TLP120TLP120是可以接收交流输入信号的光耦，其内部电路与引脚排列如图是可以接收交流输入信号的光耦，其内部电路与引脚排列如图12-12所示。所示。该芯片推荐工作条件为：该芯片推荐工作条件为：电源电压电源电压VCC范围为范围为548 V，正向电
5、流，正向电流IF最大为最大为20 mA，集电极电流，集电极电流IC为为110 mA。主要电特性如表主要电特性如表12-2所示。所示。2光耦隔离的直流开关输入电路光耦隔离的直流开关输入电路光耦隔离开关输入电路可以有效隔离高电压与输入共模干扰。图光耦隔离开关输入电路可以有效隔离高电压与输入共模干扰。图12-13所示的就是所示的就是数字系统中常用的光耦隔离输入电路。数字系统中常用的光耦隔离输入电路。若是需要在接线时不考虑开关侧的电源极性，则可以采用图若是需要在接线时不考虑开关侧的电源极性，则可以采用图12-14所示所示的电路。由于的电路。由于TLP120的最小电流传输比的最小电流传输比CTR=50%
6、，大于，大于4N25的传输的传输比，因此可以有效保证三极管的饱和与截止，使输出电压比，因此可以有效保证三极管的饱和与截止，使输出电压VO满足数字器满足数字器件的高低电平需求。件的高低电平需求。3光耦隔离的交流输入电路光耦隔离的交流输入电路光耦隔离的交流输入电路如图光耦隔离的交流输入电路如图12-15所示。该电路的输入电源是电压范围为所示。该电路的输入电源是电压范围为200240 V/50 Hz的交流电源，采用电容限流的方法向的交流电源，采用电容限流的方法向TLP120光耦发光二极管供电。光耦发光二极管供电。图中图中C1是限流电容，是限流电容，C2是滤波电容。是滤波电容。12.2 LED显示电路
7、显示电路1发光二极管显示发光二极管显示实际中，常用发光二极管（实际中，常用发光二极管（LED灯）作为指示灯显示引脚的电平。通常有两种灯）作为指示灯显示引脚的电平。通常有两种方式连接方式连接LED灯，一种是引脚输出高电平使灯，一种是引脚输出高电平使LED灯亮，另外一种是引脚输出低灯亮，另外一种是引脚输出低电平使电平使LED灯亮。灯亮。2静态数码管显示静态数码管显示数字电路直接驱动静态数码管显示电路如图数字电路直接驱动静态数码管显示电路如图12-17所示。所示。3扫描数码管显示扫描数码管显示4位扫描数码管显示电路如图位扫描数码管显示电路如图12-18所示，其中图所示，其中图12-18（a）为共阳数
8、码管显示电）为共阳数码管显示电路，图路，图12-18（b）是共阴数码管显示电路。）是共阴数码管显示电路。4基于基于74HC595的静态数码管显示电路的静态数码管显示电路74HC595是是8位串入、并行输出的移位寄存器。引脚排列与内部逻辑如图位串入、并行输出的移位寄存器。引脚排列与内部逻辑如图12-20所所示。示。图图12-21 由由74HC595组成的组成的3位静态数码管显示电路位静态数码管显示电路图图12-22 采用两片采用两片74HC595组成的组成的8位动态数码管显示电路位动态数码管显示电路58 8点阵点阵LED显示器显示器8 8点阵点阵LED显示器的内部结构如图显示器的内部结构如图12
9、-23（a）所示。）所示。图图12-23 8 8点阵点阵LED显示器的内部结构与显示原理图显示器的内部结构与显示原理图图图12-24 74HC595 8 8点阵点阵LED驱动电路驱动电路12.3 数字驱动电路数字驱动电路12.3.1 采用三极管或场效应管驱动继电器采用三极管或场效应管驱动继电器1.继电器工作原理与参数继电器工作原理与参数由于数字电路驱动能力不够大，因此常借助于三极管或场效应管驱动继电器。由于数字电路驱动能力不够大，因此常借助于三极管或场效应管驱动继电器。图12-25 继电器结构图与符号图2三极管驱动继电器三极管驱动继电器使用三极管可以增加数字集成电路引脚的驱动能力，数字电路通过
10、三极管驱动继电使用三极管可以增加数字集成电路引脚的驱动能力，数字电路通过三极管驱动继电器的电路如图器的电路如图12-26所示。所示。*12.3.2 其他数字输出接口电路1光耦直接输出采用光耦TLP521-2的隔离输出电路如图12-27所示。图图12-28（a）是采用三极管）是采用三极管9013的驱动继电器电路，图的驱动继电器电路，图12-28（b）是采用）是采用NMOS管管IRF540的驱动继电器电路。的驱动继电器电路。2三极管直接输出三极管直接输出三极管输出电路形式相比于继电器输出响应快（一般在三极管输出电路形式相比于继电器输出响应快（一般在0.2 ms以下），适用于要以下），适用于要求快速
11、响应的场合；求快速响应的场合；（1）NPN型输出电路型输出电路NPN型三极管作为输出的电路如图型三极管作为输出的电路如图12-29所示。所示。（2）PNP型输出电路型输出电路PNP型三极管作为输出的电路如图型三极管作为输出的电路如图12-30所示。图中元件参数要求同所示。图中元件参数要求同NPN电路电路 3使用功率绝缘栅场效应晶体使用功率绝缘栅场效应晶体管管功率绝缘栅场效应晶体管功率绝缘栅场效应晶体管（MOS管）主要用做功率开关管）主要用做功率开关及各种驱动器，其优点是开关及各种驱动器，其优点是开关速度快、在很宽的温度范围内速度快、在很宽的温度范围内增益稳定。图增益稳定。图12-31所示的是两
12、所示的是两种常用的功率种常用的功率MOS管驱动电路。管驱动电路。图图12-32是是TTL有源输出电路和集电极开路输出电路驱动低端功率有源输出电路和集电极开路输出电路驱动低端功率MOS管的电路管的电路图图 图图12-33（a）所示的是）所示的是N沟道功率沟道功率MOS管驱动继电器类负载的电管驱动继电器类负载的电路，该电路在数字电路输出高电平时，功率路，该电路在数字电路输出高电平时，功率MOS管导通。管导通。图图12-33（b）所示的是功率）所示的是功率P沟道沟道MOS管驱动继电器类负载的电管驱动继电器类负载的电路，该电路在数字电路输出低电平时，功率路，该电路在数字电路输出低电平时，功率MOS管导
13、通。管导通。4集成多路驱动芯片集成多路驱动芯片ULN2803 若是多路数字电路输出引脚驱动能力不够，则可以采用若是多路数字电路输出引脚驱动能力不够，则可以采用8路达林顿阵列电路路达林顿阵列电路ULN2803增加驱动能力。增加驱动能力。ULN2803的引脚图与内部结构图如图的引脚图与内部结构图如图12-36所示。所示。ULN2803驱动8路继电器的电路如图12-38所示。*12.3.3 驱动交流负载数字电路驱动过零型晶闸管的电路如图12-39所示。图中MOC3062是过零型光隔离晶闸管驱动电路，该电路用于驱动双向晶闸管BTA12。过零型光隔离晶闸管驱动器过零型光隔离晶闸管驱动器MOC3062是控
14、制双向晶闸管是控制双向晶闸管BTA12的集成电路，该电的集成电路，该电路在其路在其1、2端加正向电压时，内部发光二极管发光，在交流电的过零点时，内部双端加正向电压时，内部发光二极管发光，在交流电的过零点时，内部双向晶闸管导通，输出电流信号。向晶闸管导通，输出电流信号。MOC3062的主要极限参数如表的主要极限参数如表12-6所示。所示。*12.4 总线驱动器总线驱动器总线驱动器又称为缓冲器，常用三态门组成，其输出信号与输入信号之间呈同相或总线驱动器又称为缓冲器，常用三态门组成，其输出信号与输入信号之间呈同相或反相关系，具有较强的电流输出能力。反相关系，具有较强的电流输出能力。74LS240、2
15、41、242、243与与244是常用的是常用的8总线驱动芯片。总线驱动芯片。八缓冲八缓冲/线驱动器线驱动器/线接收器线接收器74LS244内部结构如图内部结构如图12-40所示。所示。八双向总线发送器八双向总线发送器/接收器接收器74LS245内部结构如图内部结构如图12-41所示。该芯片技术所示。该芯片技术参数与参数与74LS244基本相同。基本相同。图12-42是AT89S51单片机编程接口，该接口采用74HC/LS244芯片 图12-43 采用74LS244的扫描数码管电路12.5 常用数常用数字实验电路字实验电路学习数字电路学习数字电路时，最好能有时，最好能有自己的数字电自己的数字电路
16、实验装置，路实验装置，下面介绍图下面介绍图12-44所示的所示的简单实验电路。简单实验电路。本章主要内容为：本章主要内容为：（1）常用开关量输入电路，包括各种消除按键抖动的电路、）常用开关量输入电路，包括各种消除按键抖动的电路、光耦隔离输入电路。光耦隔离输入电路。（2）LED显示电路，包括发光二极管显示电路与各种数码管显示电路，包括发光二极管显示电路与各种数码管驱动电路。驱动电路。（3）数字驱动电路，包括三极管或晶体管驱动继电器、其他）数字驱动电路，包括三极管或晶体管驱动继电器、其他输出接口电路与驱动交流负载的电路。输出接口电路与驱动交流负载的电路。（4）总线驱动器，包括）总线驱动器，包括74LS245和和74LS245。（5）常用数字实验电路。）常用数字实验电路。作业：作业：12-1 12-11
