可靠的逻辑高电平I/O电路

可靠的逻辑高电平I/O电路（输入）

微控制器I/O端口线能承受的最大电压不超过5V（不同微控制器有所区别），否则有可能烧坏I/O端口。本电路中，即使使用较大的电源电压，分压网络也会送一个安全的（5V）逻辑电平给I/O端口。

2、基本输入开关网络（输入）

A.低电平有效网络：如果P0端口是0，则开关闭合；

B.高电平有效网络：如果P0端口是1，则开关闭合；

C.高电平有效网络：如果P0端口是1，则开关闭合；

D.低电平有效网络：如果P0端口是0，则开关闭合；

3、开关防抖和延时电路（输入）

本电路有两方面用途：用做开关防抖，可消除由于抖动造成错误的高/低状态输入；用作延时，当开关按下后，控制器还可以兼顾到其它任务，555构成单稳态触发器，RC时间常数决定了延时时间。

4、输入电压调节电路（输入）

如果某较高电压源产生的开关信号超过了微控制器的安全电压，微控制器可以通过稳压二极管将电压稳定在安全范围内。本电路使用的是5.1V的稳压二极管。

5、低电平触发电路（输入）

微控制器无法将一些很微弱的电压信号当做高电平直接接收，利用本电路则可检测这些微弱的电压信号。电路使用了一个比较器，其参考电压可由上面的分压公式计算。

6、光线开关检测电路（输入）

无光照时，R1的电阻很大，使得P0处电位值接近零，微控制器将其当做逻辑0接收；有光照时，R1电阻下降，且P0电压升高（逻辑1）。可用作灵敏度检验。

7、光照检测电路（输入）

光照检测电路使用了光电晶体管，当有光线时，晶体管中产生电流，这个装置可用来检测光敏度。采用施密特触发器，可消除由于振荡产生的错误输入信号。

8、太阳能电源电路（电源）

本电路采用太阳能电池给微控制器供电，每块电池接受太阳光照产生0.5V电压，串联16快可获得8V电压，经7805调压器进行降压和稳压，电容器用来消除电源耦合。

9、感光检测电路（输入）

太阳能电池属于光敏元件，其产生的电压经过LM324运算放大器同相放大后，输入到微控制器，此电路通常被用于光波通信接收器。

10、数字光强检测电路（输入）

电路使用AD0831模/数转换器检测光强，转换器的参考电压为0.5V，等于一块太阳能电池的最大输出电压。AD0831是8位逐次逼近式模数转换器，只需要使用3根线与微控制器相连。片选信号（CS）低电平有效，有效时启动转换过程。DO是数据线，CLK端口每触发一次，DO端口就串行输出一位数据。转换时，CLK端口必须先触发一次，启动转换，之后每触发一次，产生一位数据。

11、霍尔效应数字传感器电路（输入）

图示为UGN3142霍尔效应数字传感器（带施密特触发器），当检测到给定的磁场强度时，输出状态发生改变，有很多不同种类的霍尔效应传感器，一些是线性的（输出电压与磁场呈线性关系），另一些具有类似触发器的特征（必须用相反磁场来切换回原态）。

12、测温电路（输入）

电路使用AD0831模/数转换器检测光强，将热敏电阻分压器送来的输入电压转换成一组二进制数据流。温度改变时，热敏电阻的阻值改变。片选信号CS低电平有效，有效时启动转换过程，DO是数据线，CLK端口每触发一次，DO端口就串行的输出一位数据，转换时，CLK端口必须先触发一次，启动转换，之后每触发一次，产生一位数据。

13、温度切换电路（输入）

此电路采用LM324温度传感器，图中由变阻器为比较器提供参考电压，经过校准，当LM324达到预设电压/温度值时，可切换状态。

14、温度测量电路（输入）

此处采用A/D转换将LM324送来的电压转换成数字量，然后由微控制器以预定的速率采样。

15、声控开关检测电路（输入）

此电路采用LM324比较器集成电路，连接到动圈式麦克风或扬声器上。通过设置，当达到所需声音电平（由变阻器决定），输出突变，送出高电平到微控制器。

16、最大吸收释放电流（输出）

典型的微控制器I/O端口线单个能吸收和释放的电流值仅约20毫安（不同微控制器有所区别），如下图所示，该电流足够驱动一个普通的LED。当P0端口为低电平时，上方的LED被点亮（电流穿过微控制器流入大地）。当P0端口为高电平时，下方的LED被点亮（电流从微控制器的P1端口流出，经过LED和电阻，流入大地）。

17、扩大输出吸收能力（输出）

单个典型的微控制器I/O端口线在正常情况下，只能承受约20毫安电流（不同微控制器有所区别），该电流值足以驱动一个普通的LED，但是当驱动一个红外LED时，需要的是100毫安甚至更大的电流，本电路利用一个反向缓冲器处理大的吸收电流，当通过P0端口将它的输入设为高电平时，它的输出变为低电平，电流就会通过它流入大地，另外，也可以使用集电极开路输出的74HC05反相缓冲器，将多路输出连接在一起。

18、双极驱动器电路（输出）

双极晶体管常用来接通或者断开负载，在左边的电路中，当P0端口为高电平时，NPN型晶体管导通-C和E极间为低阻状态。在右边的电路中，当P0端口为低电平时，PNP晶体管导通，微控制器I/O端口可以给双极晶体管提供足够的基极电流。选择晶体管时，要注意电压/电流等级是否与负载匹配。

19、MOS场效应管驱动器（输出）

MOS场效应管的导通电阻值（毫欧级）要远小于双极晶体管的导通电阻（10~100倍的毫欧），这意味着MOS场效应管驱动器的压降小，可以承受更大的电流。此外，它具有高输入阻抗，几乎不从微控制器的I/O吸收电流。有些MOS场效应管可以承受60安培甚至更大的电流。而左边的电路中，P0端口为高电平时，N沟道场效应管导通；而在右边的电路中，P0口为低电平时，P沟道的MOS场效应管导通。可以使用分离负载，在电路中有感性负载时，尤其值得推荐。

20、专用闪光电路（输出）

通过编程可以实现灯和LED的闪烁，但是它会占用微控制器的时间和代码存储空间。所以可以选择图示的专用555闪光电路。555可以被设定在一个稳定模式，控制灯按某个频率闪烁，这个频率由变阻器设定。当P0端口为低电平时，闪光器不工作。

21、负载驱动（输出）

由低直流电压控制动作的固态继电器，可被用来接通知和切断120V的交流负载，除了本图所示的类型外，还有许多其它类型的、不同构造的固态继电器，大多数都使用内置光隔离电路，将数字边与高压边隔离开。下图中，P0端口为高电平时，正逻辑继电器接通。

22、螺线管驱动（输出）

螺线管电磁装置由螺线管（缠绕着磁芯的线圈）和一块可移动的铁或铜块组成。当线圈内有电流时，螺线管被磁化，吸引衔铁朝它移动。这种装置可用做机械开关，液压和气压螺旋管。阀门就是利用螺线管控制阀门的开启和闭合。本电路中，使用了MOSFET驱动，74HC07缓冲器（用来保护控制器和扩大电路的驱动力）为螺线管供电。二极管可以消除瞬变电压。P0端口为高电平时，MOSFET导通，螺线管激活。

23、120V交流螺线管驱动（输出）

由低直流电压控制动作的固态继电器，可用来被接通和切断120V的交流负载。除了本图所示的类型外，还有许多其它类型的、不同构造的固态继电器，大多数都使用内置光隔离电路，将数字边与高压边隔离开。下图中，P0端口为高电平时，正逻辑继电器接通。

24、继电气控制（低电流）（输出）

当P0端口为高电平时，双极型NPN晶体管导通，电流流过继电器线圈，继电器发生动作。二极管可消除继电器线圈动作时产生的高压感应尖峰。

25、继电气控制（大电流）（输出）

在应用大电流时，比如一个12V的继电器，MOSFET晶体管要比双极性晶体管更适合，本图中，微控制器通过74HC07缓冲器驱动N沟道MOSFET。二极管用来消除继电器线圈动作时产生的高压感应尖峰，P0端口为高电平时，MOSFET导通，继电器动作。

26、直流电机控制（输出）

P0端口为高电平时，MOSFET导通，使电流流过电机。缓冲器和二极管起到保护微控制器的作用，可消除电机产生瞬变感应尖峰。通过脉宽调制PWM可控制电机的速度。100%占空比，50%占空比和25%占空比的波形，还有加速状态的波形，均在图中给出。

27、电机转向控制（输出）

由MOSFET组成的H型桥式电路可提供直流电机的正转和反转控制，H桥形式电路可采取内置的动力制动行为，更有效的控制电机。为了使电机固定在同一转向，需将P0端口设为低电平，P1端口设为高低平。可用光隔离器取代缓冲器74HC07，达到更好的电气隔离效果，将电路中的电机部分隔离开。

28、基本的伺服控制器（输出）

本图中，使用控制器控制一个电流值相对较小的伺服控制器，P0端口发送控制信息，间隔10毫秒，持续1毫秒的脉冲流，可驱动伺服器的轴转向极限。持续2毫秒的控制脉冲（间隔同前）可驱使伺服器的轴转向相反的极限方向。介于两者之间的任意持续时间，可驱动转轴转向介于两个极限方向之间的任意方向。当脉冲消失后，伺服器回到原位。

29、带有555定时器的优化伺服控制器（输出）

伺服器需要接收连续的、速度为10毫秒的脉冲来保持转轴的位置。脉冲的持续时间决定了转轴的位置。通常情况下，1毫秒和2毫秒分别使转轴达到两个极限位置。前面介绍的电路使用微控制器产生脉冲流，但是这样会占用处理器的时间，如果微处理器正在处理其他任务，伺服器的动作就无法被顾及到，采用专用555定时器产生脉冲可以优化电路，变阻器可用来设置脉冲的持续时间。

30、步进电机控制（输出）

图示电路中，微控制器通过集电极开路TTL驱动集成电路，控制一台12V的步进电机。图中列出了旋转电机的步进顺序。除本电路外，不少新型的步进电机驱动电路都带有许多必要的附属配件。

31、扩音器音量驱动（输出）

本电路使用555作为音频振荡发生器。P0端口送一个高电平给555的引脚4（复位端），555会产生一串脉冲，频率由RC电路决定。P0端口仅用作使能端，以便控制器可完成其他任务。数字变阻器可用来控制音调的高低。

32、4线8输出（输出）

本电路使用3-8线的74HCT138译码器。它由A0、A1、A2三根地址线选择输出端，其中A0是最低有效位，。E1端必须被置为高电平，以便译码器工作。例如，当地址端为010时，输出端2为低电平，E1端每触发一次，输出端2跟着变动一次状态（相反的状态）。因此，通过设定正确的地址，可以将串行数据从任意期望的端口输出。

33、数控增益电路（输出）

本图中，微控制器通过数字变阻器控制运算放大器的增益。

责任编辑：haq