單片機的常見輸入輸出電路介紹

針時電氣控制產品的特點，討論了幾種單片機常用輸入/輸出電路的設計方法，對合理地設計電氣控制系統，提高電路的接口能力，增強系統穩定性和抗干擾能力有實際指導意義。

　　引 言

　　傳統電氣設備采用的各種控制信號，必須轉換到與單片機輸入/輸出口相匹配的數字信號。用戶設備須輸入到單片機的各種控制信號，如限位開關，操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器輸出的開關量等，通過輸入電路轉換成單片機能夠接收和處理的信號。輸出電路則應將單片機送出的弱電控制信號轉換、放大到現場需要的強輸出信號，以驅動功率管、電磁閥和繼電器、接觸器、電動機等被控制設備的執行元件，能方便實際控制系統使用。

　　1 輸入電路設計

　　一般輸入信號最終會以開關形式輸入到單片機中，以工程經驗來看，開關輸入的控制指令有效狀態采用低電平比采用高電平效果要好得多，如圖1如示。當按下開關Sl時，發出的指令信號為低電平，而平時不按下開關S1時，輸出到單片機上的電平則為高電平。該方式具有較強的耐噪聲能力。

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　　若考慮到由于TTL電平電壓較低，在長線傳輸中容易受到外界干擾，可以將輸人信號提高到+24 V，在單片機入口處將高電壓信號轉換成TTL信號。這種高電壓傳送方式不僅提高了耐噪聲能力，而且使開關的觸點接觸良好，運行可靠，如圖2所示。其中， D1為保護二極管，反向電壓≥50 V。

　　為了防止外界尖峰干擾和靜電影響損壞輸入引腳，可以在輸入端增加防脈沖的二極管，形成電阻雙向保護電路，如圖3所示。二極管D1、D2、D3的正向導通壓降UF≈0.7 V，反向擊穿電壓UBR≈30 V，無論輸入端出現何種極性的破壞電壓，保護電路都能把浚電壓的幅度限制在輸入端所能承受的范圍之內。即：VI～VCC出現正脈沖時，D1正向導通; V1～VCC出現負脈沖時，D2反向擊穿;VI與地之間出現正脈沖時，D2反向擊穿;V1與地之間出現負脈沖時，D3正向導通，二極管起鉗位保護作用。緩沖電阻RS約為1.5～2.5kΩ，與輸入電容C構成積分電路，對外界感應電壓延遲一段時間。若干擾電壓的存在時間小于t，則輸入端承受的有效電壓將遠低于其幅度;若時間較長，則D1導通。電流在RS上形成一定的壓降，從而減小輸入電壓值。

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　　此外，一種常用的輸入方式是采用光耦隔離電路。如圖4所示，R為輸入限流電阻，使光耦中的發光二極管電流限制在10～20 mA。輸入端靠光信號耦合，在電氣上做到了完全隔離。同時，發光二極管的正向阻抗值較低，而外界干擾源的內阻一般較高，根據分壓原理，干擾源能饋送到輸入端的干擾噪聲很小，不會產生地線干擾或其他串擾，增強了電路的抗干擾能力。

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　　在滿足功能的前提下，提高單片機輸入端可靠性最簡單的方案是：在輸入端與地之間并聯一只電容來吸收干擾脈沖，或串聯一只金屬薄膜電阻來限制流入端口的峰值電流。