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  • 芯片驱动能力
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    2017-05-27 21:43:51

    驱动能力是后级电路带负载能力的大小,影响因素是后级负载大小、电压要求的大小等。对于要求精细的芯片来说,输出的电压和电流各不相同,但是总的功率是一定的。

    74HC595(总线驱动器,典型的TTL型三态缓冲门电路)是怎么提高芯片的驱动能力的呢?

    首先为什么带不动?

    因为输出内阻太大(50K)
    为什么可以带动?
    CMOS   74HC595的输入阻抗大,单片机内部电阻就不会起到太大压降,在电压足够的时候,芯片能够输出为低阻开关结构(每路约为20MA)

    有些负载所需工作电压远小于单片机输出电压但由于单片机输出阻抗太大(如51等出高即上拉电阻值)所以送不出电流,而74HC595芯片等驱动芯片就输入输出而言就是一阻抗变换电路(高入低出)
    输出端是一个开关管,导通电阻很小,可以理解为直接接地,这时流过负载的电流由供电压和负载的电阻决定,负载电流=电源电压压/负载等效电阻,如果74HC595上的供电电压比单片机上的高或595导通后的等效电阻比单片机输出管导通等效电阻小(有的单片机输出端有上拉或下拉电阻,等较电阻比较大),那么电流就会比在单片机驱动时电流大,负载工作功率就会较大。

     早期的51单片机,驱动能力很低。P1、P2和P3口只能驱动3个LSTTL输入端,P0口可驱动8个。如果想要驱动更多的器件,就要用到“总线驱动芯片”。经常用的就是74LS244(单向)和74LS245(双向)。

    现在常用的 AT89C51 单片机引脚的输出能力已经大多了,从 PDF 手册文件中可查出:
    单片机输出低电平的时候,单个的引脚,向引脚灌入的最大电流为 10 mA;
    一个 8 位的接口(P1、P2 以及 P3),灌入的总电流最大为 15 mA,P0 允许灌入的最大总电流为 26 mA;

    全部的四个接口所允许的灌电流之和,最大为 71 mA。
    但是当引脚输出高电平的时候,它们的“拉电流”能力可就差多了,竟然还不到 1 mA。

    V(端口)+R(上拉)*I(out)=5V(上拉电源).

    单片机的输出特性和很多常用的LS系列TTL器件的输出特性是相同的,都有灌电流较大的特点。
    实际上,现在常用的单片机IO引脚驱动能力,就和早期的单片机增加了“总线驱动芯片”的效果基本是相同的。现在的单片机输出低电平的时候,就已经可以直接驱动LED发光了。

    上述的数值,也并非是不可逾越的破坏性极限数值。当略超过这些数值范围的时候,单片机IO引脚的电压,就会发生变化,造成“高电平不高”、“低电平不低”,这就会缩小外接器件的噪声容限。如果环境再稍有干扰,外接器件就无法正确判定单片机送来的高、低电平,将会胡乱动作。
    ==================================
    为了合理利用IO引脚的低电平能力强的特点,在外接耗电较大的器件(如LED数码显示器、继电器等)的时候,应该优先选用低电平输出来驱动外部器件。使用IO口输出高电平驱动负载,就是一个错误的选择。

    注:

    1.阻抗变换:http://www.21ic.com/jichuzhishi/analog/questions/2015-07-28/635760.html

    2.74HC595:https://wenku.baidu.com/view/ea751b755f0e7cd1842536c3.html

    3.datasheeet看驱动能力:https://wenku.baidu.com/view/d4d25172f46527d3240ce043.html

    4.UCC27324P:http://www.dianyuan.com/upload/community/2014/05/19/1400479442-53165.pdf

    5.驱动能力总结:http://www.docin.com/p-608331158.html点击打开链接


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  • STM32 GPIO口的驱动能力

    千次阅读 2014-02-22 17:00:00
    这就需要考虑到GPIO口的驱动能力,按照需求来设置GPIO口的工作模式。 推挽输出——可以输出高,低电平,连接数字器件 开漏输出——输出端相当于三极管的集电极, 要得到高电平状态需要上拉电阻才行,适合于做...

    STM32的输入输出模式有多种,可由下面这两个函数来进行设置。

    ##Input/Output Mode## <!-- lang: cpp --> typedef enum { GPIO_Mode_IN = 0x00, /*!< GPIO Input Mode / GPIO_Mode_OUT = 0x01, /!< GPIO Output Mode / GPIO_Mode_AF = 0x02, /!< GPIO Alternate function Mode / GPIO_Mode_AN = 0x03 /!< GPIO Analog Mode */ }GPIOMode_TypeDef;

    typedef enum
    { 
    GPIO_OType_PP = 0x00,
    GPIO_OType_OD = 0x01
    }GPIOOType_TypeDef;
    

    其中PP代表推挽输出,OD代表开漏输出。那么它们之间有什么区别呢?

    当我想在GPIO上接一个电机或者电磁阀的时候,它们能否直接工作?或者当接数字器件时,又该如何设置?

    这就需要考虑到GPIO口的驱动能力,按照需求来设置GPIO口的工作模式。

    推挽输出——可以输出高,低电平,连接数字器件

    开漏输出——输出端相当于三极管的集电极, 要得到高电平状态需要上拉电阻才行,适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)。

    如图所示,开漏输出应该叫做 反逻辑。当Inside Logic给1,外面输出0V;当给0,外面输出VCC。

    在此输入图片描述

    ##Reference## [1].http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_159008.HTM

    转载于:https://my.oschina.net/lvyi/blog/202252

    展开全文
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    一、简述问题

    当你用单片驱动发光二极管的时,你还感觉不到P0、P1口的差别。(10-20mA之间,当中P0驱动能力最强,但对于驱动直流电机依旧非常弱。其结果就是电机不转)。那么有什么办法提高驱动能力吗?以下就来介绍本文的一种简单方法。

    二、实验元件

    NPN三极管:s8050  (管脚序列为:EBC)      元件介绍:http://baike.baidu.com/view/3467208.htm?fr=aladdin

    推断方法:平面对着自己。三个管脚朝下,从左到右依次为 (E 发射极)、(B基极)、 (C集电极) 

     2个1.5K电阻(串联发光二极管)

     1个3K电阻(串联于P2^2和三极管B极之间)

    三、实验原理图


    四、对照实验

    原理:通过直接用I/O口。串联1.5K电阻驱动发光二极管 VS 通过s8050上述方法驱动发光二极管,依据发光亮度对照驱动能力。

    效果图:




    五、实验结果

    通过对照亮度,能够明显发现用此方法的驱动能力明显高于,直接I/o口。

    另外,用直流电机实验。结果是io口直接不能驱动(电机不转),而此方法能够完美驱动。

    (该方法也可用于驱动数码管。获得较高亮度)

    展开全文
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  • 单片机IO引脚驱动能力提高

    万次阅读 2016-01-25 11:44:17
    早期的51单片机,驱动能力很低。P1、P2和P3口只能驱动3个LSTTL输入端,P0口可驱动8个。如果想要驱动更多的器件,就要用到“总线驱动芯片”。经常用的就是74LS244(单向)和74LS245(双向)。现在常用的 AT89C51 ...

    早期的51单片机,驱动能力很低。P1、P2和P3口只能驱动3个LSTTL输入端,P0口可驱动8个。如果想要驱动更多的器件,就要用到“总线驱动芯片”。经常用的就是74LS244(单向)和74LS245(双向)。

    现在常用的 AT89C51 单片机引脚的输出能力已经大多了,从 PDF 手册文件中可查出:
    单片机输出低电平的时候,单个的引脚,向引脚灌入的最大电流为 10 mA;
    一个 8 位的接口(P1、P2 以及 P3),灌入的总电流最大为 15 mA,P0 允许灌入的最大总电流为 26 mA;
    全部的四个接口所允许的灌电流之和,最大为 71 mA。
    但是当引脚输出高电平的时候,它们的“拉电流”能力可就差多了,竟然还不到 1 mA。

    单片机的输出特性和很多常用的LSTTL器件的输出特性是相同的,都有灌电流较大的特点。
    实际上,现在常用的单片机IO引脚驱动能力,就和早期的单片机增加了“总线驱动芯片”的效果基本是相同的。现在的单片机输出低电平的时候,就已经可以直接驱动LED发光了。

    上述的数值,也并非是不可逾越的破坏性极限数值。
    当略超过这些数值范围的时候,单片机IO引脚的电压,就会发生变化,造成“高电平不高”、“低电平不低”,这就会缩小外接器件的噪声容限。如果环境再稍有干扰,外接器件就无法正确判定单片机送来的高、低电平,将会胡乱动作。
    ==================================
    为了合理利用IO引脚的低电平能力强的特点,在外接耗电较大的器件(如LED数码显示器、继电器等)的时候,应该优先选用低电平输出来驱动外部器件。使用IO口输出高电平驱动负载,就是一个错误的选择。

    下图是一个直接利用单片机IO引脚驱动LED的电路。
    图中P0口使用低电平驱动方式,只要加上约1K的限流电阻即可,甚至不需要常见的P0口上拉电阻。发光的段,每个引脚灌电流约为3mA,不发光的段,电流为0。即使各个段全都发光,电流也不超过P0所容许的电流,这是一个合理的驱动方式。

    单片机IO引脚驱动能力的提高 - 非著名博主 - 电子信息角落

    图片链接:http://hi.baidu.com/%D7%F6%B6%F8%C2%DB%B5%C0/album/item/d50c2638856466b43b87cee9.html

    图中P3口使用了高电平驱动方式,这就必须加上上拉电阻来帮助IO接口输出电流。电阻也采用了1K,发光的段,LED上的电流约为3mA,不发光的段,电流则为5mA,灌入了单片机的IO引脚。
    这种电路,给单片机IO引脚带来了很大的电流,一个8位的接口最大有可能被灌入40mA的电流,远远超过了容许的数值。
    上拉电阻能够增加大量不需要的电流,不仅会造成单片机工作不稳定,还会导致电源效率的严重下降,发热,纹波增大。这说明,高电平输出、加上拉电阻,就是一个不合理的驱动方式。

    如果只是一个引脚的电流取值稍大一些,还算可以;但是综合考虑一个8位的接口,则每个引脚的电流就不要大于2~3mA。
    这样来看,上拉电阻最小应该在1.8K~2.5K之间,不宜再小,以免总电流超过接口所容许的电流。
    在网上看到一篇“51单片机P0口上拉电阻的深入研究”的文章(http://hi.baidu.com/20070210030205/blog/item/95e5ab83a62d089df703a649.html),
    对上拉电阻的最小选择,写的很低,甚至说可以选200欧姆!呵呵,这会烧毁单片机引脚的。
    ==================================
    驱动更大电流的负载,可以使用三极管来扩充电流,也可使用集成芯片ULN2003(或ULN2008),另外也可使用专用的驱动器件L298、各种型号的IGBT等等。

    集成芯片的引脚比较密集,维修检查较困难,更换的时候更是不便。做而论道比较喜欢使用三极管,它的耐压和电流承受能力都远远超过集成芯片,在PCB上布线也很灵活方便。

    做而论道常用的三极管如下:
    8550(PNP)和8050(NPN):它们是一组可以配对使用的三极管,特点是集电极允许的电流很大,Icm竟然能达到1500mA!而且还不需要使用散热片。它们的集电极反向击穿电压BVceo为25V,Pcm为0.5W。
    2N5401(PNP)和2N5551(NPN):它们也是一组可以配对使用的三极管,它们的特点是耐压比较高,集电极反向击穿电压BVceo可达160V!它们的最大集电极电流Icm为0.6A,Pcm为0.6W。
    不同厂家的产品,参数会稍有不同。
    ==================================
    下面以常见的继电器为负载继续说明驱动方法。继电器线圈的驱动电流往往要有40mA以上,单片机的引脚肯定是不能承受了,必须用三极管来扩充输出能力。

    +5V的大电流负载,用8550(PNP型)驱动电路可见下图。

    单片机IO引脚驱动能力的提高 - 非著名博主 - 电子信息角落

    P3.7输出低电平的时候,在R1中形成Ib约有2mA,经过8550的放大,Ic足够驱动继电器了。
    用这个电路,不仅可以驱动继电器,也驱动蜂鸣器、扬声器、多个LED等等,甚至驱动小型的直流电机,也是可以的。
    一般来说,电机的工作电流要大一些,只要不超过8550可以输出的最大电流是1500mA即可。驱动电机时,图中电阻R1的取值应该再小一些。
    此种电路经过多位网友的验证,链接之一如下:
    http://zhidao.baidu.com/question/126746121.html?fr=qrl&cid=203&index=3
    ==================================
    用这个电路,可以各种大电流负载,但是做而论道为什么单单要用继电器,来说明问题呢?
    因为在网上,发现很多不适当的继电器驱动电路,比如:
    http://hi.baidu.com/xu331019485/blog/item/4a7e548dd9e5871ab21bba7d.html
    http://hi.baidu.com/wangnizone/blog/item/1cf31594733bd717d31b70b4.html
    http://hi.baidu.com/brave%5Fxixi/blog/item/b18a133d81f6ec04baa16718.html
    http://hi.baidu.com/x378719409/blog/item/f2bec611de89157bca80c488.html
    这些电路都是一个特点,即使用了射极输出电路结构。射极输出电路要求输入的动态范围要大,而且输出的电压范围永远比输入小0.7V。射极输出电路就不能有效的利用+5V的电源,实际上,加到继电器上的电压,不足+4V,除非是使用4V的继电器,否则这就是不稳定的隐患。
    做而论道给出的电路是共射极结构,有电压放大能力,所以对输入的要求较低,输出动态范围大。
    ==================================
    对于大于+5V的负载,如+12V,上面的电路就不行了。
    如果只是简单的把电源由+5V改为+12V,那么单片机输出的高、低电平,还是只有0~5V的变化幅度,这对8550射极的+12V来说,都是低电平。8550将不能截止。

    对于大于+5V的负载,只能使用NPN型的8050三极管来驱动,先单片机以输出高电平来驱动。电路如下。

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    上述的电路,完全可以工作,也经过了多位网友的验证,链接之一如下:
    http://zhidao.baidu.com/question/132323883.html
    ==================================
    在上述电路中,上拉电阻R2也会带来无谓的电流,其害处前面已经讨论过。
    更重要的缺点是:在开机单片机复位后,自然输出的高电平,会使继电器吸合,或者是使电机转动。(使用ULN2003等芯片扩充输出电流的时候,也存在这个问题。)

    虽然编程的时候,可以先进行接口的初始化,令其马上就输出0。但是每次开机,还是会有瞬间的大电流冲击,这往往是不允许的。

    改进一下,可以再加上个8550,进行倒相,这就可以让单片机用输出低电平来驱动负载。

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    上述的电路,完全可以工作,也经过了多位网友的验证,链接之一如下:
    http://zhidao.baidu.com/question/121793139.html?fr=qrl&cid=203&index=2

    上图中倒相用的8550,也可以使用“光耦”器件,这样一来,又增加了电气隔离的功能,这就是最完美的单片机输出驱动电路。电路见下图。

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    图中的4N25经过实际测量,当LED的电流大于等于4.5mA时,输出端的光电管即可为Q4提供足够的基极电流。所以图中的R3,可以使用810~1K的电阻。
    ==================================
    上述的各个电路,都是以扩充单片机的输出电流为主题。其实,很多数字IC的输出端,都存在扩充电流输出能力的问题,这里给出的电路,是普遍适用的。
    这里介绍的8050/8550可以输出1500mA的电流,如果要求更大的输出电流,一种方法更换三极管,另外也可以使用专用大功率驱动器件,如L298,固态继电器,IGBT等等。这些器件做而论道都使用过,等以后再给大家介绍。

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