三极管开关作用的应用

三极管开关电路应用

三极管开关状态的判断方法(用万用表测量)是:

当处于开状态时,三极管为处于饱和状态,Uce≤Ube，Uce间的电压很小,一般小于PN结正向压降(<0.7V).

当处于关状态时,基极电流Ib为0.

Uce＞1V时为放大状态

下面介绍几款三极管开关电路的应用

三极管开关电路在电动玩具中的应用:

由开关三极管VT，玩具电动机M，控制开关S，基极限流电阻器R和电源GB组成。VT 采用NPN型小功率硅管8050，其集电极最大允许电流ICM可达1.5A，以满足电动机起动电流的要求。M选用工作电压为3V的小型直流电动机，对应电源GB亦为3V 。

VT基极限流电阻器R如何确定呢？根据三极管的电流分配作用，在基极输入一个较弱的电流IB，就可以控制集电极电流IC有较强的变化。假设VT电流放大系数hfe≈250，电动机起动时的集电极电流IC＝1.5A，经过计算，为使三极管饱和导通所需的基极电流IB≥（1500mA／250）×2＝12mA。在图1电路中，电动机空载时运转电流约为500mA，此时电源（用两节5号电池供电）电压降至2.4V，VT基极-发射极之间电压VBE≈0.9V。根据欧姆定律，VT基极限流电阻器的电阻值R＝（2.4－0.9）V／12mA≈0.13kΩ。考虑到VT

在IC较大时，hfe要减小，电阻值R还要小一些，实取100Ω。为使电动机更可靠地启动，R甚至可减少到51Ω。在调试电路时，接通控制开关S，电动机应能自行启动，测量VT集电极—发射极之间电压VCE≤0.35V，说明三极管已饱和导通，三极管开关电路工作正常，否则会使VT过热而损坏。

三极管开关电路在自动停车的磁力自动控制电路中的应用:

见图3。开启电源开关S，玩具车启动，行驶到接进磁铁时，安装在VT基极与发射极之间的干簧管SQ闭合，将基极偏置电流短路，VT截止，电动机停止转动，保护了电动机及避免大电流放电。

三极管开关电路在光电自动控制电路中的应用

见图4。VT1和VT2接成类似复合管电路形式，VT1的发射极电流也是VT2的基极电流，R2既是VT1的负载电阻器又是VT2的基极限流电阻器。因此，当VT1基极输入微弱的电流（0.1mA），可以控制末级VT2较强电流——驱动电动机运转电流（500mA）的变化。VT1选用小功率NPN型硅管9013，hfe≈200。同前计算方法，维持两管同时饱和导通时VT1基极偏置电阻器R1约为3.3kΩ，减去光敏电阻器RG亮阻2kΩ，限流电阻器R1实取1kΩ。光敏传感器也可以采用光敏二极管，使用时要注意极性，光敏二极管的负极接供电电源正极。光敏二极管对控制光线有方向性选择，且灵敏度较高，也不会产生强光照射后的疲劳现象。

关三极管

三极管开关原理

图1 NPN 三极管共射极电路

图2 共射极电路输出特性曲

图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：

截止区(Cutoff Region)、线性区(Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (V BE 亦趋近于0)，C 极与E 极间约呈断路状态，I C = 0，V CE= V CC。若三极管是在线性区，B-E

接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中(V BE= 0.7 V)，I C =h F E I B呈比

例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc h FE I B可被I B操控。若三极管在饱和区，I B很大，

V BE= 0.8 V，V CE= 0.2 V，V BC= 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于

一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc，Ic与I B无关了，因此时的I

大过线性放大区的I B值，Ic

饱和态时C-E 间如同通路(带有0.2 V 电位降)，因此可以作为开关。控制此开关的是I B，也可以用V BB作为控制的输入讯号。图三、四分别显示三极管开关的通路、断路状态，及其对应的等效电路。

图3、截止态如同断路线图图4、饱和态如同通路

实验：三极管的开关作用

简单三极管开关：电路如图5，电阻RC是LED限流用电阻，以防止电压过高烧坏LED（发光二极管），将输入信号V IN从0 调到最大(等分为约20 个间隔)，观察并记录对的V OUT以及LED 的亮度。当三极管开关为断路时，V OUT=V CC =12 V，LED 不亮。当三极管开关通路时，V OU T= 0.2V ，LED 会亮。改良三极管开关：因为三极管由截止区过度到饱和区需经过线性区，开关的效果不会有明确的界线。为使三极管开关的效果明确，可串接两三极管，电路如图六。同样将输入信号V IN从0 调到最大(等分为约20 个间隔)，观察并记录对应的V OUT以及LED

的亮度。

图5、简单开关三极管电路图

图6、改良三极管开关电路-达林顿电路图

以上可以看出几乎任何一种型号三极管都可一做为电子开关来使用，如果条件允许也可用来控制加热设备。可见开关三极管只是一个笼统的概念，不过市面上也有少数的专用开关三极管出售

种常用51单片机的I/O口驱动能力分析

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几种常用51单片机的I/O口驱动能力分析

在控制系统中，经常用单片机的Ｉ／Ｏ口驱动其他电路。几种常用单片机Ｉ／Ｏ口驱动能力在相关的资料中的说法是：ＧＭＳ９７Ｃ２０５１、ＡＴ８９Ｃ２０５１的Ｐ１、Ｐ３的口线分别具有１０ｍＡ、２０ｍＡ的输出驱动能力，ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３的口线具有１０ｍＡ的输出驱动能力。在实际应用中，仅有这些资料是远远不够的。笔者通过实验测出了上述几种单片机的Ｉ／Ｏ口线的伏安特性（图１、图２），从中可以得到这些Ｉ／Ｏ口的实际驱动能力。

说明：１、测试方法：所测试的口线输出的信号是周期为４秒的方波。当测试口线为低电平时的驱动能力时，该口线通过电阻箱接＋５Ｖ电源，测出该口线对地的电压，从而计算出通过电阻的电流，即灌电流；测出这样的一组数据，得到口线为低电平时的伏安特性曲线。当测试口线为高电平时的驱动能力时，该口线通过电阻接地，测出该口线对地的电压，从而计算出通过电阻的电流，即拉电流；测出这样的一组数据，得到口线为高电平时的伏安特性曲线。２、ＡＴ８９Ｃ２０５１、ＧＭＳ９７Ｃ２０５１的Ｐ１．０和Ｐ１．１及ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０口的８条口线为漏极开路，其输出伏安特性取决于外接的上拉电阻，本实验不包括这些口线。实验发现，ＧＭＳ９７Ｃ２０５１的Ｐ１口为高电平时能够驱动ＣＭＯＳ和ＬＳＴＴＬ，但驱动能力较差，其输出伏安特性曲线未标在图２中。３、图中绘出ＬＳＴＴＬ电平的上下限值ＶOL（MAX）＝０．５Ｖ和ＶOH（MIN）＝２．７Ｖ，据此可求出口线的最大扇出Ｎ。

ＡＴ８９Ｃ５１：Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３口线为低电平时，ＮL≤３８，Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３口线为高电平时，ＮH≤１０，取Ｎ＝１０。

ＡＴ８９Ｃ２０５１：Ｐ１、Ｐ３口线为低电平时，ＮL≤９１，Ｐ１、Ｐ３口线为高电平时，ＮH≤９，取Ｎ＝９。

ＧＭＳ９７Ｃ２０５１：Ｐ１、Ｐ３口线为低电平时，ＮL≤５１，Ｐ３口线为高电平时，ＮH≤１７，取Ｎ＝１７。

根据图１、图２及上述说明，可以得出如下结论：

1）这几种芯片的Ｉ／Ｏ口线的低电平的驱动能力明显高于高电平的驱动能力；2）ＧＭＳ９７Ｃ２０５１的Ｐ３口作Ｉ／Ｏ口的驱动能力为：Ｎ＝１７，Ｐ１口高电平的驱动能力相对较差，最好不用Ｐ１口高电平作驱动；3）ＡＴ８９Ｃ２０５１的Ｐ１、Ｐ３口做Ｉ／Ｏ口的驱动能力为：Ｎ＝９；4）ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３口做Ｉ／Ｏ口的驱动能力为：Ｎ＝１０。

根据以上结论，笔者建议用Ｉ／Ｏ口线的低电平来作驱动输出；典型的驱动电路如图３。本文来自: https://www.360docs.net/doc/b35018887.html, 原文网址：https://www.360docs.net/doc/b35018887.html,/mcu/51mcu/0087702.html

.1 单片机的基本结构

典型系列单片机是由CPU系统、外围功能单元和归一化I/O端口三部分组成，如图2.1所示。

图2.1 80C51系列单片机的基本原理

1.CPU系统

CPU包括CPU、时钟系统和总线控制逻辑三部分，其功能如下：

（1）CPU：包含运算器和控制器，专门为面向控制对象、嵌入式特点而设计，有突出控制功能的指令系统。

（2）时钟系统：包含振荡器、外解谐振元件，可关闭振荡器或CPU时钟，其结构如图2.2所示。

图2.2 80C51的时钟系统

（3）总线控制逻辑：主要用于管理外部并行总线时序及系统的复位控制、外部引脚有RST、ALE、EA、PSEN。

图2.3 单片机的上电复位电路

RST：复位系统用。

ALE：数据（地址）复用控制。

EA：外部/内部程序存储器选择。

PSEN：外部程序存储器的取指控制。

单片机的上电复位电路如图2.3所示

2，CPU外围电路

CPU外围电路包括ROM、RAM、I/O口和SFR四部分。

（1）ROM：程序存储器。地址范围为0000H-FFFFH（64KB）。按供应状态分：80C51为ROMless,83C51为MaskROM，87C51为EPROM/OTPROM，89C51为FlashROM。

（2）RAM：数据存储器。地址范围00H-FFH（256B），是一个多用多功能数据存储器，有数据存储、通用工作寄存器、堆栈、位地址等空间。

（3）I/O端口：80C51系列单片机具有4个8位I/O端口，分别为P0、P1、P2、P3。P0为数据总线端口，P2、P0组成16位地址总线，P1为用户端口，P3用于基本输入/输出端口时，可作用户I/O端口。

（4）SFR：特殊功能寄存器。是单片机中的重要控制单元，CPU对所有片内功能单元的操作都是通过访问SFR实现的。

3.基本功能单元

80C51系列单片机具有定时/计数器、中断系统和串行接口三个基本功能单元。

（1）定时器/计数器：80C51有2个16位定时器/计数器，实时时靠内部的分频时钟频率计数实现；作计数器时，对P3.4（TO）或P3.5（T1）端口的低电平脉冲计数。

（2）中断系统：80C51共有5个中断源，即2个外部中断源INTO、INT1、2个定时器溢出中断（TO、T1）和1个串行中断。

（3）串行接口UART：一个带有移位寄存器工作方式的通用异步收发器，不仅可以做串行通信，还可用于移位寄存器方式的串行外围扩展。RXD（P3.0）脚为接收端口，TXD（P3.1）脚为发送端口。

51单片机存储器的基本结构及工作原理P ost By：2009-3-20 15:10:00

51单片机存储器的基本结构及工作原理

第一个问题：单片机的外部结构怎样呢？

拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们“新动力2004”单

片机学习套件用的一块称之为89S51的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。

1、电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。

2、振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了，按“新动力2004版”实验部份原理图接上即可。

3、复位引脚：按“新动力2004版”实验部份原理图中接法连好，至于复位是何含义及为何需要复要复位，复位章节中已做介绍。

4、EA引脚：EA引脚接到正电源端。至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。

注：上述讲的是单片机最小应用系统图，朋友们在书让随便找本书都有，也以参考实验部份原理图。

这里我就不再画了。

第二个问题：单片机的工作任务分析

我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED，显然，这个LED必须要和单片机的某个引脚相连，否则单片机就没法控制它了，那么和哪个引脚相连呢？单片机上除了刚才用掉的5个引脚，还有35个，我们将这个LED和1

脚相连。

按照实验部份原理图的接法，当1脚是高电平时，LED不亮，只有1脚是低电平时，LED才发亮。因此要1脚我们要能够控制，也就是说，我们要能够让1引脚按要求变为高或低电平。即然我们要控制1脚，就得给它起个名字，总不能就叫它一脚吧？叫它什么名字呢？设计51芯片的INTEL公司已经起好了，就叫它P1.0，这是规定，不可以由我们来更改。

名字有了，我们又怎样让它变--高--或变--低--呢？叫人做事，说一声就可以，这叫发布命令，要计算机做事，也得要向计算机发命令，计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。让一个引脚输出高电平的指令是SETB，让一个引脚输出低电平的指令是CLR。因此，我们要P1.0输出高电平，只要写SETB P1.0，要P 1.0输出低电平，只要写CLR P1.0就可以了。

现在我们已经有办法让计算机去将P1.0输出高或低电平了，但是我们怎样才能

计算机执行这条指令呢？总不能也对计算机也说一声了事吧。要解决这个问题，还得有几步要走。

第一步：计算机看不懂SETB CLR之类的指令，我们得把指令翻译成计算机能懂的方式，再让计算机去读。计算机能懂什么呢？它只懂一样东西——数字。因此我们得把SETB P1.0变为（D2H,90H ），把CLR P1.0变为（C2H,90H ），至于为什么是这两个数字，这也是由51芯片的设计者--INTEL规定的，我们不去研究。

第二步：在得到这两个数字后，怎样让这两个数字进入单片机的内部呢？这要借助于一个硬件工具"编程器"。本站开发的集编程器和实验板于一体。大家可以参考一下，如想购买请进入看看！

我们将“新动力2004”学习套件与电脑连好，运行编程器的软件，然后在编缉区内写入（D2H,90H）见图2，写入……好，拿下片子，把片子插入学习套件的实验板，接通电源……什么?灯不亮？这就对了，因为我们写进去的指令就是让P 1.0输出高电平，灯当然不亮，要是亮就错了。现在我们再拨下这块芯片，重新放回到编程器上，将编缉区的内容改为（C2H,90H），也就是CLR P1.0，写片，拿下片子，把片子插进实验板，接电，好，灯亮了。因为我们写入的（CLR P1. 0）就是让P1.0输出低电平的指令。这样我们看到，硬件电路的连线没有做任何改变，只要改变写入单片机中的内容，就可以改变电路的输出效果。

第三个问题：单片机内部结构分析

我们来思考一个问题，当我们在编程器中把一条指令写进单片机内部，然后取下单片机，单片机就可以执行这条指令，那么这条指令一定保存在单片机的某个地方，并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失，这是个什么地方呢？这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM（READ ONLY MEM ORY）。为什么称它为只读存储器呢？刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗？原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的ROM，称为FLASH ROM，刚才我们是用的编程器，在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操作，在单片机正常工作条件下，只能从那面读，不能把数据写进去，所以我们还是把它称为ROM

下面分别介绍各组成部份硬件的结构,工作原理和操作方法:

存储器:

8031单片机有4个存储器空间，分别用来安排4种不同功用的存储器：

一\内部数据存储器；二\特殊功能寄存器；三\程序存储器；四\外部数据存储器。内部数据存储器和特殊功能寄存器集成于片内，程序存储器和外部数据存储器则安排在

片外，用接口电路与单片机连接。4种存储器中，除内部数据存储器和特殊功能寄存器是统一编址的除外，各存储器均分开编址，并用不完全相同的寻址方式来访问它们。

RAM，共128字节，地址范围为00H一7FH，见下图2。前32个单元(地址0 0H一1FH)称为寄存器区。其中，每8个寄存器形成-个寄存器组。具体说来：寄存器0组地址00H一07H

寄存器1组地址08H一0FH

寄存器2组地址10H一17H

寄存器3组地址18H一1FH

图2 内部数据存储器结构

通过对特殊功能寄存器PSW中RS1、RS0两位的编程设置)，可选择任一寄存器组为工作寄存器组，方法如下：

RS1 RSO 所选中的寄存器组

0 0 选中的寄存器0组

0 1 选中的寄存器1组

1 0 选中的寄存器2组

1 1 选中的寄存器3组

当某一组被设定成工作寄存器组后，该组中的8个寄存器，从低地址到高地址就分别称为Ro-R7，从而可以把它们用作通用寄存器，并可按寄存器寻址方式被

访问。一旦工作寄存器组被指定后，另外三组寄存器则同其它数据RAM一样，只能按字节地址被予以读写。

字节地址20H到2FH称为位地址区，共有16个字节，计128位，每位都有相应的位地址，位地址范围为00H一7FH，见图3。通过位寻址，可以对各位进行位操作。由此可见，8031单片机有着相当出色的位处理能力。

内部数据RAM中，既有字节地址，又有位地址，两者的地址范围都是00H一7 FH，这在数据操作时应加以注意。内部数据RAM通常用来存放运算过程的中间值，并用作堆栈区。

程序存储器

MCS-51单片机具有64K字节的程序存储器空间。其中，8051或8751在片内各有4K字节的程序存储器ROM或EPROM，并处于这一空间的最低地址区。8 031片内没有程序存储器，必须在外部扩展程序存储器才能构成单片机应用电路。扩展容量可为64K字节中的任一容量，并且常用EPROM或E2PROM的形式(扩展方法见第四章)。程序存储器中的某些地址被固定地用于特定程序的入口地址：

地址用途

0000H 复位操作后的程序入口

0003H 外部中断0服务程序入口

000BH 定时器0中断服务程序入口

0013H 外部中断1服务程序入口

001BH 定时器1中断服务程序入口

0023H 串行I／O中断服务程序入口

在编程时，通常在这些入口地址开始的二三个地址单元中，放入一条转移类指令，以使相应的程序在指定的程序存储器区域中生成。例如，从000阳地址单元开始，放入一条转移到3000H地址单元的转移类指令，定时器0的中断服务程序就可从3000H地址单元开始安排。又如，定时器l的中断服务程序非常短，不会占用到0023H地址单元，或者串行I／O中断根本就没被使用，那么001BH 就可以直接作为定时器1中断服务程序的首地址，而不必安排转移类指令。

程序存储器用来存放固化了的用户程序，取指地址由程序计数器PC给出，PC 具有自动加l的功能，从而在无转移类指令的条件下，指令被逐一执行。转移类指令可改变PC值，使程序得以转移。程序存储器中也可固化一片数据区，存放被查阅的表格和参数等。

外部数据存储器

外部数据存储器又称为外部数据RAM，当803l片内128个字节的数据RAM不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和其它I／O端口扩展外部数据RAM(扩展方法见相关章节)，其最大容量可达64K字节。外部数据RAM与内部数据R AM的功用基本相同，但前者不能进行堆栈操作。

当803l单片机同时外接有程序存储器和数据存储器时，两者的区别在于：程序

存储器只有读操作而无写操作，且读操作信号由引脚PSEN直接提供；数据存储器则有读写操作，且由引脚信号RD和WR选通读写操作。对片内RAM和片外RAM操作的区别在于：片内RAM操作时无读写信号产生，片外RAM操作时则有读写信号（RD,WR）产生。上面是不同的存储器操作在硬件信号方面的区别，这些反映在符号指令上则是有着完全不同的符号形式和寻址方式.

存储器的数据操作

1.程序存储器的数据操作

只有读操作。除由PC直接寻址，以执行各条指令外，还可用FC或DPTR作变址寻址。例如，若DPTR＝2000H，A＝20H，则指令MOVC A，＠A十DPTR 完成了把程序存储器2020H单元中的内容送入A中的操作。这种数据操作方式通常用来查阅程序存储器中的数据表格。

2.外部数据RAM的数据操作

可进行读写操作。用DPTR或工作寄存器组中的Ro或R1作寄存器间接寻址。当用RO或R1作寄存器间接寻址时，由P2端口提供高8位地址，R0或R1提供低8位地址。例1 MOVX A，＠DPTR ；外部数据RAM中以DPTR为地址中的内容----A

例2 MOV P2，＃20H ；数20H ----P2

MOV R0，＃30H ；数30H ----R0

MOVX ＠R0，A ；A ---- 外部数据RAM中2030H单元

3.内部数据RAM的数据操作

可进行读写操作。按直接字节地址作直接寻址或用工作寄存器组中的R0或R1作寄存器间接寻址。

例1 MOV 35H，＃64H ；数64H送入片内RAM35H单元

例2 MOV R0 ，＃40H ；数40H ----R0

MOV A ，＠Ro ；内部数据RAM中40H地址中的内容----A

4.特殊功能寄存器SFR的数据操作

可进行读写操作。只能用直接寻址方式对给出地址的SFR作数据操作。

例1 MOV P1 ，＃55H ；数55H经P1端口输出

例2 MOV A ，P0 ；把Po端口上的数据输入到A

例3 MOV PSW，＃10H ；数10H ----PSW，从而使RS1＝1，RS0＝O，实现了选中第2组寄存器为工作寄存器的操作(此操作还清掉了PSW其它各标志位)

5.位地址空间的数据操作

可进行读写操作。采用直接位寻址方式对位地址中的数据作位操作。

例1 SETB 20H ；"1" ----片内RAM20H位地址单元

创2 SETB EA ；"1" ----SFR中的EA位(由图可见，EA的位地址为AFH) 803l单片机4种存储空间的主要特点及数据操作方式可归纳如下表所示。关于数据操作方法，在下面的章节中还会详细讨论

8031的存储器特点及数据操作

容量地址寻址方式操作例子

字节地址位地址

外部程序存储器最大64KB0000H~FFFFH无PC间址,DPTR问址MOVC A，@A+DPTR

外部数据存储器最小64KB0000H~FFFFH无P2Ri间址，DPTR间址MOVX A, @R0;

MOVX @DPTR,A

内部数据存储器128字节00H~7FH00H~7FH直接寻址，Ri间址，位寻址MO V 50H,#32H,

MOV @R1,A

SETB 44H

特殊功能寄存器21字节80H~FFH(不连续80H~FFH(不连续)直接寻址，位寻址MOV A,90H

CLR B0H

需要指出的是，单片机中的存储器结构与数据操作方法，是应用单片机的基础，必须了解得十分清楚