51单片机IO特点

51单片机I/O 特点

在上一单元中小灯闪烁的实例中，I/O 控制小灯闪烁51 ，只需在软件中对IO 置高和置低就可以了，使用起来非常方便。但是在实际应用中如果不了解IO 的特点，设计的电路存在缺陷，IO 使用起来未必会得心应手，初学者不必深究IO 控制原理，但至少得弄明白几个基本的概念，这对后期学习高档单片机也很有帮助。

1、弱上拉输出、推挽输出、开漏输出

51单片机（AT89和STC89系列）IO 作为输出，既有开漏输出，也有弱上拉输出。其中P0口是开漏输出，P1、P2和P3是弱上拉输出。

P1、P2和P3结构基本差不多，IO 输出端是一个接上拉电阻的MOS 管，漏极输出，当程序写“1”，锁存器输出反相信号“0”，则MOS 管截止，输出端对外呈现高电平；反之MOS 饱和导通，输出低电平。因内部上拉电阻阻值较大，所以称之为弱上拉输出。

P0口比较特殊，既可以作为地址/数据总线，又可以作为输入输出口。地址/数据总线的 作 用我们不用去理会了（基本不会在51单片机上加载存储器），但地址/数据总线的输出形式 确 值得一提，从图上可以看出，MUX 开关打向上边，IO 作为地址/数据用，OS

上拉电阻，阻值很大

上拉电阻大， 输出电流小 程序写“1”，锁存器输出“0”，则MOS 管截止，输出对外呈现高电平。反之，程序写“0”，MOS 管导通，输出对外呈现低电平。

作为地址/数据线用，T1和T2轮流导通，推挽输出。

作为普通IO 用，T1截止，只有T2起作用，相当于漏极开路。

管T1和T2轮流导通，这种形式成为推挽输出。尽管我们不用地址数据总线，但这种双管轮流导通的形式是AVR/PIC 等单片机IO 输出的主要形式，输出和输入具有同样大的电流。

P0口用作普通IO 时，MUX 开关打向锁存器端，锁存器输出只与MOS 管T2连接，MOS 管T1不起作用，MOS 管T2漏极开路，称之为开漏输出。所以P0口作为普通IO 使用，需在外部接上拉电阻。

2、拉电流与灌电流

拉电流和灌电流是衡量数字电路输出驱动能力的参数，由于数字电路的输出只有高、低（0，1）两种电平值，高电平输出时，一般是输出端对负载提供电流，其提供电流的数值叫“拉电流”；低电平输出时，一般是输出端要吸收负载的电流，其吸收电流的数值叫“灌电流”。如图所示。

灌电流越大，输出端MOS 管的饱和压降就会越大，

则输出低电平则会变高，数字电路的

低电平是有一定限制的，它有一个最大值

UOLMAX 。电路工作时，不允许超过这个数值，TTL 逻辑门的规范规定UOLMAX ≤0.4～0.5V 。所以，灌电流有一个上限。

拉电流越大，输出端的高电平就越低。这是因为输出级三极管是有内阻的，内阻上的电压降会使输出电压下降。拉电流越大，输出端的高电平越低。数字电路的高电平有一个最小值UOHMIN 。工作时，不允许超过这个数值，TTL 逻辑门的规范规定UOHMIN ≥2.4V 。所以，拉电流也有一个上限。

AT89S52单片机IO 驱动能力，手册里是这样描述的：

P1、P2、P3拉电流最大值不能超过60uA,拉电流再大，则输出电平低于２.4V 。51单片机的拉电流很弱，原因在于输出端上拉电阻阻值很大（几十K ）。

每个IO 口所允许的最大灌电流为10MA ，整个芯片最大灌电流71mA,P0口最大灌电流

PB0置“0”，低电平，电流从电源VCC 经负载流入PB0,称之为“灌电流”。

PB1置“1”，高电平，电流从芯片引脚PB1流出，称之为“拉电流”

26mA，P1、P2和P3口最大灌电流为15mA。

3、双向口与伪双向口

双向口是指单片机输入和输出机构分离的，使用前需先设定是输入还是输出，大部分单片机的IO是双向口。

51单片机的IO是伪双向口，指的是输入和输出并未彻底分离。从IO读数据时，需要先对IO写“1”，然后才能读取外部电平。为什么要先写“1”呢？写“1”的作用是让MOS 管T截止，如果MOS管不截止（写“0”MOS管导通），则IO口被拉到低电平，无论外部电平是高还是低，读进来的信号全是低电平，如图所示。

有人可能会问，实际写程序读取外部电平时，都是直接来读的，没有写“1”的操作。这是因为51单片机上电复位后IO是高电平，既在程序运行前进行了写“1”操作，所以实际应用中省略了这一步。

作为输入时，必须让

MOS管截止（即写“1”），

否则读取值全为“0”。

（4）P0外接上拉电阻阻值如何选取

P0开漏输出，需外接上拉电阻，才能正常使用。既然上拉电阻可以自己设定，为了增加输出电流能力，有人把上拉电阻取值较小，这样做确实提高P0口高电平输出电流的能力，但当P0置低，上拉电阻上的电流全部流入内部的MOS管，增加了无用的灌电流。所以上拉电阻取值不能太小，一般在1K-10K之间。不建议通过上拉电阻提高来增大对外输出电流，如果需要大电流，电路中需使用功率元件。

IO 驱动之流水灯

LED 发光二极管是电子产品中常用的元器件：在电子产品中我们经常使用一个红色或者绿色的发光二极管用来指示系统的工作状态；闪烁的发光二极管用来作为系统的报警信号；发光二极管是数码管和点阵屏的基本单位。在本节中，我们通过一个流水灯的实例，了解发光二极管的特点和51单片机IO 口驱动流水灯的程序实现方法。

LED 发光二极管

从名字上看，LED 发光二极管应属于二极管的范畴。普通硅二极管的导通压降在0.7V 左右，发光二极管的导通压降在2V 左右（不同颜色的稍微有差别），这是由于发光二极管使用磷砷化镓等材料制作而成导致的。发光二极管是电流控制的元件，亮度由流过自身的电流来决定，一般5mm 的LED 电流达到1mA 就开始起辉，到25mA 左右可能烧毁，15-25mA 亮度变化已不明显。一般设定电流为2-10mA 就可以了。

驱动单个LED 发光二极管

51单片机单个IO 口的灌电流为10mA ，所以驱动单个发光二极管可以与单片机IO 口直接相连，采用低电平点亮的方式。电路如图所示。

在电路中，电阻R 起到限流的作用，调节R 的阻值可以控制发光二极管的亮度。导通

电流与电阻之间的关系由下面的的公式确定。

式中，V LED 为LED 的导通电压，若要保证流过LED 的电流在10mA 左右，则电阻R

取值330欧。

驱动多个发光二极管

51单片机IO 口中每一位灌电流是10mA,但整个芯片不超过71mA,每一组不超过15mA(P0口灌电流为26mA)。所以如果同时驱动8个发光二极管，如果亮度较低，电流控制在2mA 以下，可以用单片机直接驱动，但如果每一个发光二极管通过的电流在10mA 左右，总电流达到80mA ，则需要借助功率器件，常用的功率器件有三极管、MOS 管和数字IC 等。三极管在驱动继电器中讲解，在本节中我们使用数字IC 作为功率器件驱动发光二极管。

R

V V I LED -=

5

数字IC 输入电流小，可以直接和单片机相接，而输出电流又相对大一些，所以在单片机电路中，经常见到用74HC04、74HC573（74HC373）、74HC245（74HC244）等数字IC 作为功率驱动，来提高单片机的带负载能力。

74HC245是总线收发器，典型的CMOS 三态度缓冲门。

从74HC245的功能图中，我们可以得到芯片的使用方法。19引脚OE 引脚为使能引脚，当OE 为高电平，An 和Bn 都呈现高阻态，OE 为低电平，芯片处于工作状态。1引脚DIR 为方向控制端，DIR 高电平，Bn 为输入端，数据从Bn 到An ，DIR 为低电平，则An 为输入端，数据从An 到Bn 。

从datasheet 上我们还可以到芯片的驱动电压、拉电流、灌电流、总电流和功耗能参数， 74HC245单个IO 的拉电流和灌电流最大值为35mA ，总电流为70mA 。

利用移位实现流水灯的程序

C 语言中的位运算在单片机C 程序中显得格外重要，程序中到处可见位运算，我们先了解一下C 的位运算的特点。

C51提供了几种位操作符，如下表所示：

运算符含义运算符含义

& 按位与~ 取反

| 按位或<< 左移

^ 按位异或>> 右移

1、“按位与”运算符（&）

参加运算的两个数据，按二进位进行“与”运算。原则是全1为1，有0为0，即：0&0=0；0&1=0；1&0=0；1&1=1。如下例：a=5&3，即a=(0b 0101) & (0b 0011) =0b 0001 在实际的应用中被用于实现特定的功能：

2、“按位或”运算符（|）

参与或操作的两个位，只要有一个为1，则结果为1。有1为1，全0为0。即：0|0=0; 0|1=1; 1|0=1; 1|1=1;例如：a=0x30|0x0f; //a=(0b00110000)|(0b00001111)=(0b00111111)=0x3f。

“按位或”运算最普遍的应用就是对一个变量的某些位置‘1’。如下例：a=0x00; //a=0b 00000000；a=a|0x7f; //将a的低7位置为1,a=0x7f。

3、“异或”运算符(^)

异或运算符＾又被称为XOR运算符。当参与运算的两个位相同（‘1’与‘1’或‘0’与‘0’）时结果为‘0’。不同时为‘1’。即相同为0，不同为1。0^0=0；0^1=1；1^0=1；1^1=0。例如：a=0x55^0x3f; //a=(0b01010101)^(0b00111111)=(0b01101010)=0x6a

4、“取反”运算符（~）

与其它运算符不同，“取反”运算符为单目运算符，即它的操作数只有一个。它的功能就是对操作数按位取反。也就是是‘1’得‘0’，是‘0’得‘1’。如下例：a=0xff; //a=0b11111111 a=~a; //a=0b00000000。

5、左移运算符（<<）

左移运算符用来将一个数的各位全部向左移若干位。如：a=a<<2，表示将a的各位左移2位，右边补0。如a=34(0b00100010)，左移2位得0b10001000。

6、右移运算符（>>）

右移与左移相类似，只是位移的方向不同。如：a=a>>2，表示将a的各位向右移动2位，左边补0。如a=34(0b00100010)，左移2位得0b10001000。

程序：

移位方式实现流水灯程序

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

void delay_ms(uint xms) //ms级延时函数

{

uint i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<123;j++);

}

void main()

{

uchar i,temp;

while(1)

{

temp=0x01; //左移

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=~temp;

delay_ms(1000);

temp=temp<<1;

}

temp=0x80;

for(i=0;i<8;i++) //右移

{

P2=~temp;

delay_ms(1000);

temp=temp>>1;

}

}

}

程序解释:

程序通过移位的方式实现了8位流水灯的左移和右移，读者结合前面讲到的移位，自己来分析程序。另外把延时语句调小，直到1ms的延时，看一下会有什么现象，并分析原因。

取表方式实现流水灯程序

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//数组里存放LED8个状态所对应的码值

uchar code table[ ]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

//ms延时函数

void delay_ms(uint xms)

{

uint i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<123;j++);

}

void main()

{

uchar i;

while(1)

{

//左移

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=table[i];

delay_ms(1000);

}

//右移

for(i=0;i<8;i++)

{

P2=table[7-i];

delay_ms(1000);

}

}

}

程序解释：

（1）取表方式实际上就是建立一个包含了各种状态的数组。相对于移位方式，取表方式要简单、灵活，在后面介绍的数码管、点阵LED中，也会用到取表方式。

（2）数组定义时（uchar code table[ 8]），相比标准C中数组的定义，多了一个关键字“code”，不加关键字“code”，表示把数组中的变量存放到MCU的RAM中，加上关键字“code”，表示把数组中的变量存放到MCU的FLASH中。单片机的FLASH空间远远大于RAM的空间，所以经常把像数组这样一旦烧录就不会再修改的变量放到FLASH中，来节省有限的RAM空间。

IO 驱动之单个数码管

LED 数码管能显示各种数字或符号，由于它具有显示清晰、亮度高、寿命长、价格低廉的特点，因此在电子产品中经常使用。图1.1是几个数码管的图片，图a 为单位数码管，图b 为双位数码管，图c 为四位数码管。

a 单位数码管 b

双位数码管 c 四位数码管

那么数码管是如何的工作呢？还记得我们小时候玩过的

“火柴棒游戏”吗，几根火柴组

合起来，可以拼成各种各样的图形，数码管实际上就是利用这个原理做成的。

图1.2 数码管引脚标号，共阴和共阳的内部连接图

单个数码管的控制

单个数码管由8个发光二极管组成，其中7个长条形的发光管排列成一个“日”字形，我们称之为“段”，另一个圆点形的发光管在数码管的右下角作为小数点用。图1.2中的a 图是数码管的段标号以及外接引脚排列图。由图可以看出，单个数码管共有10个引脚，其中8个发光二极管的一端分别与数码管的8八个引脚相接，8个发光二极管的另外一端汇集在一起，称之为公共端，与数码管上下排引脚当中的那个引脚相连，称之为“公共端”。公共端既可以接地,也可以接高电平。公共端接地的数码管，是将发光二极管的阴极连接在一起接地，点亮数码管，各段需加高电平，称之为“共阴极数码管”； 公共端接高电平的数码管，是将发光二极管的阳极连接在一起接高电平，点亮数码管，各段需加低电平，称之为“共阴极数码管”；图1.2中的b 图和c 图分别是共阴极数码管和共阳极数码管内部原理图。

我们以共阴极的数码管为例，先介绍如何控制一个8段数码管显示“0”－“F”16个数字或数字。

硬件电路设计

很明显，用51的I/O口控制共阴极数码管的8个段位，分别置“1”或“0”，让某些段的LED发光，其它的熄灭，就可以显示不同的字符和图符号。图中74HC245是为了提高单片机的驱动

软件设计

为了获得不同的字型符号，数码管各段所加的电平不同，因此I/O口输出的编码也不同。因此首先要建立一个字型与字段7段码的编码表，见表。

表1.1 LED数码管字型字段编码表

字型P07 P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00 共阴极共阳极

0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH C0H

1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H F9H

2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH A4H

3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH B0H

4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 99H

5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 92H

6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 82H

7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H F8H

8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 80H

9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 90H

A 0 1 1 0 1 1 1 1

b 0 1 1 1 0 1 0 0

C 0 0 1 1 1 0 0 1

d 0 1 0 1 1 1 1 0

E 0 1 1 1 1 0 0 1

F 0 1 1 1 0 0 0 1

有了字型段码对照表，就可以用软件的方式进行8段码的译码。如要显示字型“1”，P0口输出值为0x06；显示字型“2”，P0口输出值为0x5B。

程序代码：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//0-F的字码放在数组中，数组名前面的code表示把数组的元素放在Flash中，而不

是RAM，这样可以节省RAM的空间。

uchar code seg_7[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};

void delayms(uint xms)//1ms的延时函数

{

uint i,j;

for(i=0;i<112;i++)

for(j=0;j

}

void main(void)

{ uchar i=0;

while(1)

{

for(i=0;i<16;i++)

{

P0=seg_7[i];

delayms(1000);

}

}

}

程序解释：

数组seg_7[]有16个元素，为共阴数码管显示字型0-F的段码，关键字code是把他们定义到Flash中，节约RAM空间。主程序中，每隔1S,显示一个字符。

IO驱动之8*8点阵LED

点阵LED在我们生活的城市中到处可见，如商家门前的广告牌、电梯运行指示、广场上的大LED屏等。点阵LED的优点是既可以显示数字，又可以显示汉字、图形，同时显示亮度高。

8*8点阵LED原理

8×8的LED点阵是由8行×8列共64个发光二极管按矩阵形式排列而成，每一行上的发光管有一个公共的阳极(或阴极)，每一列上的发光管有一个公共的阴极(或阳极)，如图所示.

在流水灯一节中，提高过这样一个问题，如果延时函数设置为1ms，会有什么效果呢？8个发光二极管看起来都亮，但我们在程序中是逐个点亮的。

人的眼睛的一个重要特性是视觉惰性，即光象一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个光象的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫做视觉暂留性。对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0.05至0.2秒。延时函数设置为1ms，8个发光二极管看起来都亮原因就在于人的眼睛的视觉暂留性。

分析8×8点阵的结构图，当对应的某一列置高电平，某一行置低电平，则相应的二极管就亮。我们可以让点阵在某一时间段只亮一列（一行），逐行（逐列）点亮，当扫描时间小于0.05秒，因为人眼睛的视觉暂留性，看起来点阵是在全屏显示。下面设计一个实现简单的、用于电梯中指示向上运行的箭头“↑”。

8*8点阵LED电路

P1口通过74HC245接点阵的行，送高电平，中间加限流电阻，P0口接点阵的列，送低电平。

软件设计：

列

1 （P07）

2

（P06）

3

（P05）

4

（P04）

5

（P03）

6

（P02）

7

（P01）

8

(P00)

P0

输出值

行

1（P10）●0xEF 2（P11）●●●0xC7 3（P12）●●●●●0x83 4（P13）●●●●●●●0x01 5（P14）●●●0xC7 6（P15）●●●0xC7 7（P16）●●●0xC7 8（P17）●●●0xC7

程序如下：

#include

uchar code col_8[]={0xEF,0xC7,0x83,0x01,0xC7,0xC7,0xC7,0xC7}; uchar code row[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; void delay_ms(uint xms)//1ms的延时函数

{

uint i,j;

for(i=0;i<112;i++)

for(j=0;j

}

void main(void)

{

uchar i;

foi(i=0;i<8;i++)

{

P0=col_8[i]; //送列值

P1=row[i]; //送行值

delay_ms(2);

P1=0x00; //消隐

}

}

ＩＯ驱动－电磁继电器

继电器可以用低电压、弱电流控制高电压、强电流电路，在自动化设备中起着重要的作用，继电器种类繁多，本节内容以电磁继电器为主，讲述单片机如何控制继电器动作。１、电磁继电器构造和工作原理

电磁继电器的构造如图所示，A是电磁铁，B是衔铁，C是弹簧，D是动触点，E是静触点。

电磁继电器工作电路可分为低压控制电路和高压工作电路组成。控制电路是由电磁铁A、衔铁B、低压电源E1和开关Ｓ组成。开关Ｓ闭合，衔铁被电磁铁吸下来，动触点同时与两个静触点接触，使D、E间连通，工作电路中的灯泡点亮。开关Ｓ断开，电磁铁失去磁性，对衔铁无吸引力。衔铁在弹簧的拉力作用下回到原来的位置，动触点与静触点分开，工作电路被切断，小灯泡L不发光。

２、电磁继电器参数和选型

电磁继电器参数

(1)额定工作电压

是指继电器正常工作时线圈所需要的额定电压。以松乐继电器为例，有DC5V/12V/24V，线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。

(2)线圈电阻

是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。松乐继电器线圈电阻：70-80欧(5V);0.4K-0.45K欧(12V);1.45K-1.55K(24V).

3、吸合电流和释放电流

吸合电流是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。释放电流是指继电器产生释放动作的电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。

松乐继电器：5V(吸合电流：43-46mA;释放电流：15-18mA);12V(吸合电流：16-18mA;释放电流5-7mA);24V(吸合电流：8-9mA;释放电流：2.4mA-2.8mA)。

4、触点切换电压和电流

是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。松乐继电器：10A 250VAC/10A 30VDC，使用时，要分清控制电压是交流还是直流，不能超过额定电压值和电流值（实际中最好取一半）。

5、继电器引脚

线圈引脚，常开触点和常闭触电，使用时可以参考继电器厂家资料或者用万用表量一下。

选型举例

一恒温箱的加热源采用500W电炉，电炉的工作电压为220V，电流为2.3A。选用松乐T73-5V继电器，开关负载能力10A 250VAC，继电器线圈额定电压5V,线圈阻抗为80欧，线圈额定电流为5V/80欧=62mA,吸合电流为40毫安左右，要使线圈稳定吸合，驱动电流应以额定电流为准。

3、单片机驱动继电器电路

51单片机IO驱动能力有限，无法直接驱动继电器线圈，需使用功率驱动元件，单片机电路驱动继电器电路中常用的功率元件有三极管和集成功率芯片（ULN2003）。

三极管驱动

在51单片机系统中，三极管作为功率元件驱动继电器，大部分教科书会给出一个电路，很多初学者在自己设计电路时，照猫画虎，死板硬套，效果不好。深刻了解51I/O的特性、三极管的原理和继电器的原理，才能设计出稳定工作的继电器电路。

电路讲解：

（1）51单片机驱动继电器，功率器件应采用PNP三极管还是NPN三极管？

如果51单片机I/O直接驱动三极管，应使用PNP三极管。I/O口低电平，PNP三极管基极电流流入I/O，51单片机灌电流比较大，足以使三极管饱和，继电器线圈得电动作。而如果三极管为NPN ,I/O口高电平三极管才能通道，但由于51单片机I/O提供的拉电流不足以提供基极饱和电流（假设三极管h fe=100,集电极电流=60mA ,则基极电流应为0.6mA，而51I/O的拉电流为几十个uA），三极管根本无法饱和，继电器不动作，所以51单片机I/O口驱动不了NPN三极管。

有人建议在驱动NPN三极管时，51单片机I/O口加上拉电阻来提高拉电流的能力，拉电流是够用的了，但仍然避免不了另外一个问题，51单片机上电复位I/O是高电平，复位后程序还没有运行（假设按键控制继电器吸合，按键还没有被按下），线圈就得电，这在工业里不允许的。如果在51单片机的I/O口接反相器再驱动NPN三极管，则可以得到很好的解决。如图所示，反相器是74HC04（反相器也可以是PNP三极管），单片机系统上电后，高电平经过反相器后变成低电平，确保了NPN三极管截止；同时74HC04拉电流较大（手册标示25mA）,解决了单片机拉电流不足。

注意：以上的情况分析，仅适于51单片机，像A VR/PIC单片机则不存在以上问题，原因在于51单片机I/O比较特殊，是伪双向口，输出不具有第三态（高阻），且拉电流小。

而如果控制器是A VR/PIC等，则可以直接使用NPN三极管。

（2）继电器线圈应该接在三极管的发射极还是集电极？

不少教程在三极管驱动继电器电路中，把继电器线圈放到三极管的发射极，如如所示。从图中我们可以看到，线圈电压不是电源电压５Ｖ，而是电源电压减去三极管UBE(0.6V)，再减去限流电阻R上的电压，很明显，继电器线圈得不到额定电压5V，有人可能会说，线圈电压不是5v ,继电器也能动作啊。在继电器的参数中，我们可以看出吸合电流是小于额定电流的，尽管线圈的电流达不到额定电流但却超过了吸合电流，继电器仍然可以动作，但这里必须指出，为了保证继电器工作的可靠性，不要把继电器线圈接在发射极上，NPN三极管同样如此。

继电器线圈接在三极管的发

射极，继电器线圈的电压是电

源电压减去三极管U BE上的

电压，再减去限流电阻R上

的电压，所以继电器线圈得不

5V的额定电压。

（3）图中两个电阻R1和R2起什么作用，如何取值；二极管起什么作用？

电阻R1是基极限流电阻，限制流入I/O的电流，保护I/O口。假设8050三极管h fe=100,集电极电流=60mA ,则基极电流应为0.6mA,则电阻R=（5V-0.7V）/0.6mA=7.2K欧，为了保证三极管深度饱和，这里R1=1K。

电阻R2为基极上拉电路，上电后基极被限位于高电平，防止继电器动作。取值太大，则上拉不可靠，取值太小，则功耗太大，所以电阻R2取值介于几十K欧到几百K欧之间，途中R2=22K欧。

继电器吸合线圈在三极管截止时会产生一个很高的反峰电压，因此在线圈两端并接一个二极管D，其用途是释放反峰电压，防止三极管和I/O口不会被反峰电压击穿，提高系统的可靠性。

（4）如果继电器是12V（24）额定电压，图1还能成立吗？

控制器是A VR/PIC等，I/O口推挽输出拉电流较大，且上电后高阻，用NPN三极管驱动继电器，是一个好的选择，继电器额定电压换成是12V（24V），电路仍然可以用。

在前面的论述中，我们已经提到51单片机使用PNP三极管较好，那么当继电器额定电压换成12V或者24V，图1的电路还能用么？

很显然不能用，当I/O口为高电平5V，由于继电器线圈电压时12V（24V），PNP三极管仍然导通。I/O口接入光耦后，再接继电器线圈，可以解决这一问题，如图所示。

IO的扩展

在实际设计当中，规划系统方案时，经常会出现IO口不够用的现象，有两种解决的办法：一种是换引脚更多的单片机，另外在不换单片机的情况下，对于一些简单的并行输出、输出引脚可以通过一些数字芯片减少与单片机相连的引脚数。