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OC門主要應(yīng)用與開(kāi)漏形式的電路特點(diǎn)

GReq_mcu168 ? 2017-12-25 15:07 ? 次閱讀

OC門主要用于3個(gè)方面:實(shí)現(xiàn)與或非邏輯,用做電平轉(zhuǎn)換,用做驅(qū)動(dòng)器。開(kāi)漏形式的電路有以下幾個(gè)特點(diǎn):

1.利用外部電路的驅(qū)動(dòng)能力,減少IC內(nèi)部的驅(qū)動(dòng),或驅(qū)動(dòng)比芯片電源電壓高的負(fù)載。

2.可以將多個(gè)開(kāi)漏輸出的Pin,連接到一條線上。通過(guò)一只上拉電阻,在不增加任何器件的情況下,形成“與邏輯”關(guān)系。這也是I2C,SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。
3.由于漏級(jí)開(kāi)路,所以后級(jí)電路必須接一上拉電阻,上拉電阻的電源電壓就可以決定輸出電平。這樣就可以進(jìn)行任意電平的轉(zhuǎn)換了。

4.源極開(kāi)路提供了靈活的輸出方式,但是也有其弱點(diǎn),就是帶來(lái)上升沿的延時(shí)。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^(guò)外接上拉無(wú)源電阻對(duì)負(fù)載充電,所以當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小,但功耗大;反之延時(shí)大功耗小。所以如果對(duì)延時(shí)有要求,則建議用下降沿輸出。另一種輸出結(jié)構(gòu)是推挽輸出。推挽輸出的結(jié)構(gòu)就是把上面的上拉電阻也換成一個(gè)開(kāi)關(guān),當(dāng)要輸出高電平時(shí),上面的開(kāi)關(guān)通,下面的開(kāi)關(guān)斷;而要輸出低電平時(shí),則剛好相反。比起OC或者OD來(lái)說(shuō),這樣的推挽結(jié)構(gòu)高、低電平驅(qū)動(dòng)能力都很強(qiáng)。如果兩個(gè)輸出不同電平的輸出口接在一起的話,就會(huì)產(chǎn)生很大的電流,有可能將輸出口燒壞。而上面說(shuō)的OC或OD輸出則不會(huì)有這樣的情況,因?yàn)樯侠娮杼峁┑碾娏鞅容^小。如果是推挽輸出的要設(shè)置為高阻態(tài)時(shí),則兩個(gè)開(kāi)關(guān)必須同時(shí)斷開(kāi)(或者在輸出口上使用一個(gè)傳輸門),這樣可作為輸入狀態(tài),AVR單片機(jī)的一些IO 口就是這種結(jié)構(gòu)。*******單片機(jī)內(nèi)部的邏輯經(jīng)過(guò)內(nèi)部的邏輯運(yùn)算后需要輸出到外面,外面的器件可能需要較大的電流才能推動(dòng),因此在單片機(jī)的輸出端口必須有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。

這種驅(qū)動(dòng)電路有兩種形式:其中的一種是采用一只N型三極管——NPN或N溝道,以NPN三極管為例,就是e接地,b接內(nèi)部的邏輯運(yùn)算,c引出。b受內(nèi)部驅(qū)動(dòng)可以控制三極管是否導(dǎo)通,但如果三極管的c極一直懸空,盡管b極上發(fā)生高低變化,c極上也不會(huì)有高低變化,因此在這種條件下必須在外部提供一個(gè)電阻,電阻的一端接c(引出腳)另一端接電源,這樣當(dāng)三極管的b有高電壓是三極管導(dǎo)通,c電壓為低,當(dāng)b為低電壓時(shí)三極管不通,c極在電阻的拉動(dòng)下為高電壓。這種驅(qū)動(dòng)電路有個(gè)特點(diǎn):低電壓是三極管驅(qū)動(dòng)的,高電壓是電阻驅(qū)動(dòng)的——上下不對(duì)稱,三極管導(dǎo)通時(shí)的ec內(nèi)阻很小,因此可以提供很大的電流,可以直接驅(qū)動(dòng)led甚至繼電器,但電阻的驅(qū)動(dòng)是有限的,最大高電平輸出電流=(VCC-Vh)/r;另一種是互補(bǔ)推挽輸出,采用2只晶體管,一只在上一只在下,上面的一只是n型,下面為p型(以三極管為例),兩只管子的連接為:NPN(上)的c連 VCC,PNP(下)的c接地,兩只管子的ee,bb相連,其中ee作為輸出(引出腳),bb接內(nèi)部邏輯。

這個(gè)電路通常用于功率放大點(diǎn)路的末級(jí)(音響),當(dāng)bb接高電壓時(shí)NPN管導(dǎo)通輸出高電壓,由于三極管的ec電阻很小,因此輸出的高電壓有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力,當(dāng)bb接低電壓時(shí)NPN截至,PNP導(dǎo)通,由于三極管的ec電阻很小因此輸出的低電壓有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。簡(jiǎn)單的例子,9013導(dǎo)通時(shí)ec電阻不到10歐,以Vh=2.5v,VCC=5v計(jì)算,高電平輸出電流最大=250MA,短路電流500ma,這個(gè)計(jì)算同時(shí)告訴我們采用推挽輸出時(shí)一定要小心千萬(wàn)不要出現(xiàn)外部電路短路的可能,否則肯定燒毀芯片,特別是外部驅(qū)動(dòng)三極管時(shí)別忘了在三極管的基極加限流電阻。推挽輸出電路的形式很多,有些單片機(jī)上下都采用n型管,但內(nèi)部邏輯提供互補(bǔ)輸出,以上的說(shuō)明僅僅為了說(shuō) 明推挽的原理,為了更深的理解可以參考功率放大電路。*******上拉電阻很大,提供的驅(qū)動(dòng)電流很小,叫弱上拉;反之叫強(qiáng)上拉。

為什么要使用拉電阻:上拉就是將不確定的信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻嵌位在高電平,電阻同時(shí)起限流作用,下拉同理。上拉是對(duì)器件注入電流,下拉是輸出電流,弱強(qiáng)只是上拉電阻的阻值不同,沒(méi)有什么嚴(yán)格區(qū)分。對(duì)于非OC、OD輸出型電路提升電流和電壓的能力是有限的,上拉電阻的功能主要是為集電極開(kāi)路輸出型電路輸出電流通道。



上拉電阻的主要應(yīng)用:
1、當(dāng)TTL電路驅(qū)動(dòng)COMS電路時(shí),如果TTL電路輸出的高電平低于COMS電路的最低高電平(一般為3.5V),這時(shí)就需要在TTL的輸出端接上拉電阻,以提高輸出高電平的值。
2、OC門電路要輸出“1”時(shí)需要加上拉電阻,不加根本就沒(méi)有高電平。
3、為加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力,有的單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻,但在用OC門作驅(qū)動(dòng)(例如:控制一個(gè) LED)灌電流工作時(shí)就可以不加上拉電阻。4、在COMS芯片上,為了防止靜電造成損壞,不用的管腳不能懸空,一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗,提供泄荷通路。
5、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。
6、長(zhǎng)線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾,加上下拉電阻是電阻匹配,有效的抑制反射波干擾。

上拉電阻阻值的選擇原則包括:
1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大;電阻大,電流小。
2、從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠小;電阻小,電流大。
3、對(duì)于高速電路,過(guò)大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮以上三點(diǎn),通常在1k到10k之間選取。對(duì)下拉電阻也有類似道理。*******高阻態(tài)時(shí)引腳對(duì)地電阻無(wú)窮,此時(shí)讀引腳電平時(shí)可以讀到真實(shí)的電平值。高阻態(tài)的重要作用就是I/O(輸入/輸出)口在輸入時(shí)讀入外部電平用。一般門與其它電路的連接,無(wú)非是兩種狀態(tài),1或者0,在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中,為了能在一條傳輸線上傳送不同部件的信號(hào),研制了相應(yīng)的邏輯器件稱為三態(tài)門。三態(tài)門,除了有這兩種狀態(tài)以外還有一個(gè)高阻態(tài),就是高阻抗(電阻很大,相當(dāng)于開(kāi)路)。相當(dāng)于該門與和它連接的電路處于斷開(kāi)的狀態(tài)。三態(tài)門是一種擴(kuò)展邏輯功能的輸出級(jí),也是一種控制開(kāi)關(guān)。主要是用于總線的連接,因?yàn)榭偩€只允許同時(shí)只有一個(gè)使用者。通常在數(shù)據(jù)總線上接有多個(gè)器件,每個(gè)器件通過(guò)OE/CE之類的信號(hào)選通。如器件沒(méi)有選通的話它就處于高阻態(tài),相當(dāng)于沒(méi)有接在總線上,不影響其它器件的工作。*******準(zhǔn)雙向口只能有效的讀取0,而對(duì)1則是采用讀取非零的方式,就是讀入的時(shí)候要先向IO上寫1,再讀。真正的雙向口正如其名,就是真正的雙向IO不需要任何預(yù)操作可直接讀入讀出。

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