第15章 单片机控制外设的本领

实例解读51单片机完全学习与应用Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller杨欣YangX张延强ZhangY编著莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX主审电子工业出版社2011.21欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX第15章单片机控制外设的本领2第15章单片机控制外设的本领外设3欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX月球车模型，各种外设如电机、温度传感器、摄像头、无线网卡、继电器等在单片机的控制下互相合作，实现了月球车对月亮表面的探测任务。第15章单片机控制外设的本领15.1■元器件插曲之十六：继电器15.1.1继电器基础知识4欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX第15章单片机控制外设的本领15.1.2单片机与继电器5欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX继电器的低压控制端与接触端之间没有任何电气连接关系，只是利用电磁的吸引和机械的手段实现接触控制，可实现低压直流开关高压直流/交流的功能。继电器通常使用三极管开关实现与单片机I/O的接口。第15章单片机控制外设的本领15.1.2单片机与继电器6欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX继电器K1的控制端由三极管Q1来驱动，只要单片机的P0.7输出高电平则三极管Q1导通，继电器闭合接触端1、3导通，电机开始工作。可见继电器帮助单片机的I/O口实现了低压（5VDC）控制高压（220VAC）的目的。由于继电器K1的电磁铁有一定的电感，在断电瞬间可能会产生较大的反向电压而对三极管Q1不利，因此在继电器K1控制端反接一个二极管D1用于放电。电机可以根据系统的需要更换成电灯、电磁阀等外设，只要保证继电器的接触端额定电压、额定电流分别高于被控用电器的最大电压和最大电流，单片机的I/O口就可以控制任何大功率外设了。第15章单片机控制外设的本领15.2.1红外发光二极管的应用7欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX大多数遥控器外壳前方都发射器——红外发光二极管。遥控器上的每一个按键都有一个特定的编码，这些按键编码都是通过红外发光二极管以红外线的形式发射出去的，被遥控的设备如电视、空调上的红外接收管接收，并把红外线编码转换成编码脉冲信号。单片机可根据编码脉冲信号还原出遥控器上是哪一个按键被按下，从而进行相关的操作。第15章单片机控制外设的本领15.2.2红外计数器8欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX在商场、车站等场所，经常在门口看到类似图15-7的一些白色立板，一个立板顶端发射红外线，另一个立板顶端有红外接收管接收。当有人穿过两个立板时，红外接收管被挡一下从而输出一个脉冲，表示有一个人经过。第15章单片机控制外设的本领15.2.2红外计数器9欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX单片机可通过记录接收管输出的脉冲个数，获得进、出商场或车站的人数，在入口、出口分别设置红外计数器，再通过一个简单的减法运算，就能知道在商场或车站等场所内的人数。当人数超出最大容量时发出提示，以限制进入的人数，保证场所内不至于因人数过多而发生拥挤、踩踏事件。第15章单片机控制外设的本领15.2.2红外计数器10欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX利用555芯片作为振荡器产生脉冲信号，并由三极管驱动红外发光二极管。于是得到脉冲发生器及驱动电路如图15-10所示。给电路供+5V的工作电源，555芯片起振，红外发光二极管D1、D3就以某一频率闪烁。闪烁的频率可通过电位器R3或R7来调节。第15章单片机控制外设的本领15.2.2红外计数器11欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX由于在红外线传输过程中会被环境中一些噪声等干扰导致红外接收管接收到的信号不是很好，如果直接输入单片机的I/O口，有可能会导致计数不准确。所以需要在红外接收管和单片机I/O口之间添加一个整形电路。加上用于显示人数的3位七段数码管。第15章单片机控制外设的本领15.3■元器件插曲之十八：直流电机15.3.1直流电机基础知识12欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX直流电机是一种将直流电转换成机械能的装置。根据转速的不同，直流电机可分成直流高速、直流低速和直流减速电机等几种。电机底部一般会有两个管脚（或引线）用于供电。第15章单片机控制外设的本领15.3.2直流电机的通断控制13欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX需要根据电机的功率设计三极管开关电路。三极管TIP110最大可驱动额定电压60V、额定电流2A的直流电机，并且在大电流工作状态中三极管需要添加散热器。第15章单片机控制外设的本领15.4■什么是PWM（脉宽调制）？15.4.1平均电压概念14欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX电池电压为10V，如果闭合开关50ms，在这50ms内电灯的电压为10V，接着断开开关50ms，在这50ms内电灯的电压为0V。显然，在这100ms之内，电灯的平均电压为：10V50ms+0V50ms5V100ms第15章单片机控制外设的本领15.4.1平均电压概念15欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX通过使开关闭合与断开的时间各为50%，使电灯亮度降低，从平均上看，电灯的供电电压变成了5V。如果使开关闭合与断开的时间分配成60%和40%，在ta时间段内，开关闭合的时间为ta×60%，而断开的时间为ta×40%，所以平均电压为6V。此时电灯比10V时暗，但是比5V时稍亮。第15章单片机控制外设的本领15.4.2PWM与平均电压16欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX利用开关对通、断时间的控制来改变平均电压的方法称为PWM。PWM信号是一个数字信号，这是因为在某一时刻，直流电平要么出现，要么不出现。电源以一系列脉冲的形式向负载供电。在带宽足够的情况下，任何模拟信号平均电压都可由PWM信号产生。第15章单片机控制外设的本领15.5■直流电机的运行控制15.5.1PWM信号与直流电机17欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX把PWM信号应用到直流电机的转速控制中，如果PWM信号发生器输出的矩形波信号为12V、且占空比为50%，于是得到PWM信号的平均电压为6V，这与电池所提供的电压相同。所以在PWM信号平均电压为6V时电机无论使用电池供电还是PWM信号发生器其转速是相同的。第15章单片机控制外设的本领15.5.2直流电机的转速、转向控制18欢迎访问“电路飞翔网”获取更多信息《实例解读51单片机完全学习与应用》Allyouneedtoknowaboutthe8051microcontroller编著：杨欣YangX张延强ZhangY主审：莱·诺克斯NokesL王玉凤WangY刘湘黔LiuX转向控制：电机的两个管脚（+、-）和电源之间由4个开关A、B、C、D控制着。图（a）中，开关A和D闭合，开关B和C断开，这样电流从直流电机的+极流向-极，于是电机正转。图（b）中，开关A和D断开，而开关B和C闭合，则电流的方向与刚才正好相反，从电机的-极流向+极，于是电机反转。至于说转速的控制，可在图（a）中，利用开关A、D的闭合与断开给电机提供PWM信号，以此就可以控制正转的转速。同理，在图（b）中利用开关B、C产生PWM信号来控制反转的转速。第15