[讨论] 第二课 基本的芯片和分立器件

2.1 简述

有必要对以下系列的芯片和分立器件进行介绍。

除了单片机作为控制器的核心外，作为一个产品，由很多东西构成；所以，在讲系统之前，先将这些零零碎碎的东西一并交待。就好像一栋房子，有各种各样的构件组成，下面的这些东东就像砖瓦一样，没有不行。


2.2 74系列芯片

74系列的芯片是古老的一族，大部分的芯片现在均已不用了，但是，实际上，在目前的系统中，还能看到一些芯片，有些芯片现在还在系统中使用，例如：


1、 7404 – 6个反相门

将输入的TTL逻辑反相，如：0->1，1->0


2、 7407 – 6个集电极开路门

由于集电极开路门可以外接高电压，可以最高到DC30V，电流最大到39mA，通常我用它驱动8字数码管和继电器等大电流的负载；开路门内部结构是达林顿管的，输出的逻辑是正的；

与其类似的芯片是7406，只不过是反相开路门。


3、 74LS573与74LS373 – 8 数据锁存器

引入几个概念：

a. 真值表

真值表，表示这个芯片在输入和其它的情况下的输出情况。

每个芯片的数据手册（datasheet）中都有真值表。

布尔逻辑比较简单，在此不赘述；


b. 高阻态

就是输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态；在这种状态下，可以多个芯片并联输出；但是，这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态，否则会将芯片烧毁；

高阻态的概念在RS232和RS422通讯中还可以用到。


c. 数据锁存

当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持；

这个概念在并行数据扩展中经常使用到。


d. 数据缓冲

加强驱动能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具备数据缓冲的能力。

OE：output_enable，输出使能；

LE：latch_enable，数据锁存使能，latch是锁存的意思；

Dn：第n路输入数据；

On：第n路输出数据；


4、 74LS244 – 数据缓冲器

数据输出能力比较强，输出电流可以到40mA以上；

4个缓冲器分成2组，具有高阻态控制端口


5、 74LS245 – 总线缓冲器

双向数据接口，通常在ISA板卡上可以看到；

早期的51系统中，为了扩展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等经常可以看到这个片子；

为了增强驱动能力，有时是为了隔离输入和输出，主要是布线方便，象74LS573一样，输入、输出在一侧，经常用到这个片子


6、 74LS138 – 三－八译码器

在早期的51系统的扩展中，作为地址选通的片子，可以经常看到。

另外一个类似的芯片是74LS154，是4-16译码器，现在更是少见了。

有兴趣的可以研究一下何立民的经典著作中的有关章节。

知道有这么一个芯片就可以了。


2.3 CD4000系列

CD4000系列的芯片，除了跟74系列的电气特性有所区别外，例如：

1) 电压范围宽，应该可以工作在3V～15V，输入阻抗高，驱动能力差外，跟74系列的功能基本没有区别；

2) 输入时，1/2工作电压以下为0，1/2工作电压以上为1；

3) 输出时，1=工作电压；0=0V

4) 驱动能力奇差，在设计时最多只能带1个TTL负载；

5) 如果加上拉电阻的话，至少要100K电阻；

6) 唯一现在使用的可能就是计数器，CD4060的计数器可以到14级二进制串行计数/分频器，这个74系列的做不到这么高；


2.4 ULN2003/ULN2008

它的内部结构也是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC
电流200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO
约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也
可直接驱动低压灯泡。


经常在工控的板卡中见到这个芯片。

有个完全一样的型号：MC1413，不过现在好像不怎么见到这个型号了，但是管脚与2003完全兼容。

ULN2003可以驱动7个继电器；ULN2008驱动8个继电器。


2.5 光耦

光耦是做什么用的呢？

光耦是用来隔离输入输出的，主要是隔离输入的信号。

在各种应用中，往往有一些远距离的开关量信号需要传送到控制器，如果直接将这些信号接到单片机的I/O上，有以下的问题：


1) 信号不匹配，输入的信号可能是交流信号、高压信号、按键等干接点信号；

2) 比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电等，不经过隔离不可靠。

所以，需要光耦进行隔离，接入单片机系统。


常见的光耦有：

1) TLP521-1/ TLP521-2/ TLP521-4，分别是1个光耦、2个光耦和4个光耦，HP公司和日本的东芝公司生产。

发光管的工作电流要在10mA时，具有较高的转换速率；

在5V工作时，上拉电阻不小于5K，一般是10K；太小容易损坏光耦；


2) 4N25/4N35，motorola公司生产

隔离电压高达5000V；


3) 6N136，HP公司生产

要想打开6N136，需要比较大的电流，大概在15~20mA左右，才能发挥高速传输数据的作用。

如果对速率要求不高，其实TLP521－1也可以用，实际传输速率可以到19200波特率。


选择光耦看使用场合，tlp521-1是最常用的，也便宜，大概0.7~1元；

要求隔离电压高的，选用4N25/4N35，大概在3元左右；

要求在通讯中高速传输数据的，选用6N136，大概在4元左右。

光耦除了隔离数字量外，还可以用来隔离模拟量。将在今后的章节中描述。


2.6 三极管


2.6.1 三极管的4种工作状态

1) 饱和导通状态 饱和导通=0

2) 截止状态 饱和导通=1

3) 线性放大状态 作为低频放大器时使用，具体的可参见有关电子线路的书籍；

4) 非线性工作状态

在无线电通信系统中，作为混频器等使用。具体的可参见有关电子线路的书籍；

现在，即使是在电子专业的学生中，也应该降低了对三极管的哪些复杂的参数的要求了吧；在实际使用时，即使是模拟电路、非线性电路，也都是集成电路了，谁还使用三极管自己做呢？如果万一需要，现学也来得及。

学三极管这些参数很繁琐的，要是现在的非电子类的大学生或者大专生们还学这些玩意，我只能说是学校在误人子弟了。

好多学校都在扩招，很多学生念了4年下来，学了一堆过时的理论，跟实际的东西一点没有接轨，不知道7407是干什么用得，不知道三极管的几个状态；我只能无话可说。

所以，念了4年下来，跟企业的需求还有一段距离，还需要从头来过；聪明的学生赶紧抓住机会去学习，去动手实践，这样，还可以赶紧补上实际应用的这一课。

常用的PNP三极管是9013,9014，驱动40mA的LED（电压在24V）、蜂鸣器等均没有问题。


2.6.2 三极管的具体应用

实际上，已经有象7407、ULN2003可以取代三极管在数字电路中的作用；但是，有时是受到PCB面积的制约，有时是为了降低成本，有时是因为布局方便，在1~2个输出点时，还是可以使用三极管来做驱动的。

例如：驱动一个蜂鸣器；往往系统中的蜂鸣器跟其它驱动设备，继电器等，距离较远；这时，没有必要使用一片7407，或者ULN2003来驱动。


2.7 光电管

光电管有2种：

1) 反射型光电管

2) 对射型光电管

这2种产品在市场上又可分为调理好的和没有调理好的；

我所说的调理好的指的是内部已经加了限流电阻和输出的放大驱动电路了。

它的特点是只有3根线，电源2根，输出信号一根，TTL电平的；

但是，有时受到某种限制，需要使用没有调理好的，怎么办呢？

没有调理好的光电管在使用时，需要做一块小的电路板，在发光管加限流电阻，在光电三极管的集电极加上拉电阻到5V。

但是，在使用中会发现，输出的信号不稳定，尤其是在使用比较长的电缆传输到单片机的时候；究其原因，我认为是由于反射或者对射的红外光落在光电三极管的靶面上，光强未能导致光电三极管深度饱和，使得输出的内阻偏大，环境的噪声和电缆的干扰信号容易在线路上叠加的缘故；

为了可靠工作，仿照达林顿管的结构，在光电三极管的输出端加一个限流电阻接到NPN的B结，当无光的时候，三极管饱和导通，输出电压为0V；实际测量小于
0.1V；当有光，甚至是弱光时，三极管截至，输出电压为5V。将3K电阻换成更大或更小的电阻，可以调整光电三极管的输出的灵敏度。

具体工作过程可以自行分析，做个实验。

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xuexixuexi

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1) TLP521-1/ TLP521-2/ TLP521-4，分别是1个光耦、2个光耦和4个光耦，HP公司和日本的东芝公司生产。 发光管的工作电流要在10mA时，具有较高的转换速率； 在5V工作时，上拉电阻不小于5K，一般是10K；太小容易损坏光耦； 上拉电阻指的是三极管那头的吧！1K行吗？？ 发光二级管那头是100的就行了，以保证工作在饱和区？？？

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bucuo

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定顶

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