OC門主要用于3個方面:實現與或非邏輯,用做電平轉換,用做驅動器。開漏形式的電路有以下幾個特點:
1.利用外部電路的驅動能力,減少IC內部的驅動,或驅動比芯片電源電壓高的負載。
2.可以將多個開漏輸出的Pin,連接到一條線上。通過一只上拉電阻,在不增加任何器件的情況下,形成“與邏輯”關系。這也是I2C,SMBus等總線判斷總線占用狀態的原理。
3.由于漏級開路,所以后級電路必須接一上拉電阻,上拉電阻的電源電壓就可以決定輸出電平。這樣就可以進行任意電平的轉換了。
4.源極開路提供了靈活的輸出方式,但是也有其弱點,就是帶來上升沿的延時。因為上升沿是通過外接上拉無源電阻對負載充電,所以當電阻選擇小時延時就小,但功耗大;反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求,則建議用下降沿輸出。另一種輸出結構是推挽輸出。推挽輸出的結構就是把上面的上拉電阻也換成一個開關,當要輸出高電平時,上面的開關通,下面的開關斷;而要輸出低電平時,則剛好相反。比起OC或者OD來說,這樣的推挽結構高、低電平驅動能力都很強。如果兩個輸出不同電平的輸出口接在一起的話,就會產生很大的電流,有可能將輸出口燒壞。而上面說的OC或OD輸出則不會有這樣的情況,因為上拉電阻提供的電流比較小。如果是推挽輸出的要設置為高阻態時,則兩個開關必須同時斷開(或者在輸出口上使用一個傳輸門),這樣可作為輸入狀態,AVR單片機的一些IO 口就是這種結構。*******單片機內部的邏輯經過內部的邏輯運算后需要輸出到外面,外面的器件可能需要較大的電流才能推動,因此在單片機的輸出端口必須有一個驅動電路。
這種驅動電路有兩種形式:其中的一種是采用一只N型三極管——NPN或N溝道,以NPN三極管為例,就是e接地,b接內部的邏輯運算,c引出。b受內部驅動可以控制三極管是否導通,但如果三極管的c極一直懸空,盡管b極上發生高低變化,c極上也不會有高低變化,因此在這種條件下必須在外部提供一個電阻,電阻的一端接c(引出腳)另一端接電源,這樣當三極管的b有高電壓是三極管導通,c電壓為低,當b為低電壓時三極管不通,c極在電阻的拉動下為高電壓。這種驅動電路有個特點:低電壓是三極管驅動的,高電壓是電阻驅動的——上下不對稱,三極管導通時的ec內阻很小,因此可以提供很大的電流,可以直接驅動led甚至繼電器,但電阻的驅動是有限的,最大高電平輸出電流=(VCC-Vh)/r;另一種是互補推挽輸出,采用2只晶體管,一只在上一只在下,上面的一只是n型,下面為p型(以三極管為例),兩只管子的連接為:NPN(上)的c連 VCC,PNP(下)的c接地,兩只管子的ee,bb相連,其中ee作為輸出(引出腳),bb接內部邏輯。
這個電路通常用于功率放大點路的末級(音響),當bb接高電壓時NPN管導通輸出高電壓,由于三極管的ec電阻很小,因此輸出的高電壓有很強的驅動能力,當bb接低電壓時NPN截至,PNP導通,由于三極管的ec電阻很小因此輸出的低電壓有很強的驅動能力。簡單的例子,9013導通時ec電阻不到10歐,以Vh=2.5v,VCC=5v計算,高電平輸出電流最大=250MA,短路電流500ma,這個計算同時告訴我們采用推挽輸出時一定要小心千萬不要出現外部電路短路的可能,否則肯定燒毀芯片,特別是外部驅動三極管時別忘了在三極管的基極加限流電阻。推挽輸出電路的形式很多,有些單片機上下都采用n型管,但內部邏輯提供互補輸出,以上的說明僅僅為了說 明推挽的原理,為了更深的理解可以參考功率放大電路。*******上拉電阻很大,提供的驅動電流很小,叫弱上拉;反之叫強上拉。
為什么要使用拉電阻:上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平,電阻同時起限流作用,下拉同理。上拉是對器件注入電流,下拉是輸出電流,弱強只是上拉電阻的阻值不同,沒有什么嚴格區分。對于非OC、OD輸出型電路提升電流和電壓的能力是有限的,上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。
上拉電阻的主要應用:
1、當TTL電路驅動COMS電路時,如果TTL電路輸出的高電平低于COMS電路的最低高電平(一般為3.5V),這時就需要在TTL的輸出端接上拉電阻,以提高輸出高電平的值。
2、OC門電路要輸出“1”時需要加上拉電阻,不加根本就沒有高電平。
3、為加大輸出引腳的驅動能力,有的單片機管腳上也常使用上拉電阻,但在用OC門作驅動(例如:控制一個 LED)灌電流工作時就可以不加上拉電阻。4、在COMS芯片上,為了防止靜電造成損壞,不用的管腳不能懸空,一般接上拉電阻產生降低輸入阻抗,提供泄荷通路。
5、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。
6、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾,加上下拉電阻是電阻匹配,有效的抑制反射波干擾。
上拉電阻阻值的選擇原則包括:
1、從節約功耗及芯片的灌電流能力考慮應當足夠大;電阻大,電流小。
2、從確保足夠的驅動電流考慮應當足夠小;電阻小,電流大。
3、對于高速電路,過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮以上三點,通常在1k到10k之間選取。對下拉電阻也有類似道理。*******高阻態時引腳對地電阻無窮,此時讀引腳電平時可以讀到真實的電平值。高阻態的重要作用就是I/O(輸入/輸出)口在輸入時讀入外部電平用。一般門與其它電路的連接,無非是兩種狀態,1或者0,在比較復雜的系統中,為了能在一條傳輸線上傳送不同部件的信號,研制了相應的邏輯器件稱為三態門。三態門,除了有這兩種狀態以外還有一個高阻態,就是高阻抗(電阻很大,相當于開路)。相當于該門與和它連接的電路處于斷開的狀態。三態門是一種擴展邏輯功能的輸出級,也是一種控制開關。主要是用于總線的連接,因為總線只允許同時只有一個使用者。通常在數據總線上接有多個器件,每個器件通過OE/CE之類的信號選通。如器件沒有選通的話它就處于高阻態,相當于沒有接在總線上,不影響其它器件的工作。*******準雙向口只能有效的讀取0,而對1則是采用讀取非零的方式,就是讀入的時候要先向IO上寫1,再讀。真正的雙向口正如其名,就是真正的雙向IO不需要任何預操作可直接讀入讀出。
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