跟着微电子技能和计算机技能的开展，本来以强电和电器为主、功用简略的电气设备开展成为强、弱电结合，具有数字化特色、功用完善的新式微电子设备。在许多场合，现已呈现了越来越多的单片机产品替代传统的电气操控产品。归于存储程序操控的单片机，其操控功用经过软件指令来完成，其硬件装备也可变、易变。因而，一旦出产过程有所变化，就不用从头规划线路连线装置，有利于产品的更新换代和订单式出产。
传统电气设备选用的各种操控信号，有必要转化到与单片机输入/输出口相匹配的数字信号。用户设备须输入到单片机的各种操控信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量等，经过输入电路转化成单片机能够接纳和处理的信号。输出电路则应将单片机送出的弱电操控信号转化、扩大到现场需求的强输出信号，以驱动功率管、电磁阀和继电器、触摸器、电动机等被操控设备的履行元件，能便利实践操控体系运用。针对电气操控产品的特色，本文评论了几种单片机I/O的常用驱动和阻隔电路的规划办法，对合理地规划电气操控体系，进步电路的接口才干，增强体系稳定性和抗搅扰才干有实践指导意义。
输入电路规划
图1 开关信号输入
一般输入信号终究会以开关办法输入到单片机中，以工程经历来看，开关输入的操控指令有用状况选用低电平比选用高电平效果要好得多，如图1如示。当按下开关S1时，宣布的指令信号为低电平，而平常不按下开关S1时，输出到单片机上的电平则为高电平。该办法具有较强的耐噪声才干。
若考虑到因为TTL电平电压较低，在长线传输中简略遭到外界搅扰，能够将输入信号进步到+24 V，在单片机入口处将高电压信号转化成TTL信号。这种高电压传送办法不只进步了耐噪声才干，并且使开关的触点触摸杰出，运转牢靠，如图2所示。其间，D1为维护二极管，反向电压≥50 V。
图2 进步输入信号电平
图3 输入端维护电路
为了防止外界尖峰搅扰和静电影响损坏输入引脚，能够在输入端添加防脉冲的二极管，构成电阻双向维护电路，如图3所示。二极管D1、D2、 D3的正导游通压降UF≈0.7 V，反向击穿电压UBR≈30 V，不管输入端呈现何种极性的损坏电压，维护电路都能把该电压的起伏约束在输入端所能接受的规模之内。即：VI～VCC呈现正脉冲时，D1正导游通；VI～VCC呈现负脉冲时，D2反向击穿；VI与地之间呈现正脉冲时，D3反向击穿；VI与地之间呈现负脉冲时，D3正导游通，二极管起钳位维护效果。缓冲电阻RS约为1.5～2.5 kΩ，与输入电容C构成积分电路，对外界感应电压推迟一段时刻。若搅扰电压的存在时刻小于τ，则输入端接受的有用电压将远低于其起伏；若时刻较长，则D1 导通，电流在RS上构成必定的压降，然后减小输入电压值。
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此外，一种常用的输入办法是选用光耦阻隔电路。如图4所示，R为输入限流电阻，使光耦中的发光二极管电流约束在10～20 mA。输入端靠光信号耦合，在电气上做到了彻底阻隔。一起，发光二极管的正向阻抗值较低，而外界搅扰源的内阻一般较高，依据分压原理，搅扰源能馈送到输入端的搅扰噪声很小，不会发生地线搅扰或其他串扰，增强了电路的抗搅扰才干。
图4 输入端光耦阻隔
在满意功用的前提下，进步单片机输入端牢靠性最简略的计划是： 在输入端与地之间并联一只%&&&&&%来吸收搅扰脉冲，或串联一只金属薄膜电阻来约束流入端口的峰值电流。
输出电路规划
单片机输出端口受驱动才干的约束，一般情况下均需专用的接口芯片。其输出虽因操控目标的不同而千差万别，但一般情况下均满意对输出电压、电流、开关频率、波形上升下降速率和阻隔抗搅扰的要求。在此评论几种典型的单片机输出端到功率端的电路完成办法。
直接耦合
在选用直接耦合的输出电路中，要防止呈现图5所示的电路。
图5 过错的输出电路
T1截止、T2导通期间，为了对T2供给满足的基极电流，R2的阻值有必要很小。因为T2处于射极跟从器办法作业，因而为了削减T2损耗，有必要将集射间电压降操控在较小规模内。这样集基间电压也很小，电阻R2阻值很小才干供给满足的基极电流。R2阻值过大，会大起伏添加T2压降，引起T2发热严峻。而在T2截止期间，T1有必要导通，高压+15 V悉数降在电阻R2上，发生很大的电流，显然是不合理的。别的，T1的导通将使单片机高电平输出被拉低至挨近地电位，引起输出端不稳定。T2基极被T1拉到地电位，若其后接的是理性负载，因为绕组反电势的效果，T2的发射极或许存在高电平，简略引起T2管基射结反向击穿。
图6为一直接耦合输出电路，由T1和T2组成耦合电路来推进T3。T1导通时，在R3、R4的串联电路中发生电流，在R3上的分压大于T2 晶体管的基射结压降，促进T2导通，T2供给了功率管T3的基极电流，使T3变为导通状况。当T1输入为低电平常，T1截止，R3上压降为零，T2截止，终究T3截止。R5的效果在于： 一方面作为T2集电极的一个负载，另一方面T2截止时，T3基极所贮存的电荷能够经过电阻R3敏捷开释，加速T3的截止速度，有利于减小损耗。
图6 直接耦合输出电路
TTL或CMOS器材耦合
若单片机经过TTL或CMOS芯片输出，一般均选用集电极开路的器材，如图7（a）所示。集电极开路器材经过集电极负载电阻R1接至+15 V电源，提升了驱动电压。但要留意的是，这种电路的开关速度低，若用其直接驱动功率管，则当后续电路具有电理性负载时，因为功率管的相位联络，会影响波形上升时刻，形成功率管动态损耗增大。
为了改善开关速度，可选用2种改善办法输出电路，如图7（b）和图7（c）所示。图7（b）是能快速注册的改善电路，当TTL输出高电平常，输出点经过晶体管T1取得电压和电流，充电才干进步，然后加速注册速度，一起也降低了集电极开路TTL器材上的功耗。图7（c）为推挽式的改善电路，选用这种电路不但可进步注册时的速度，并且也可进步关断时的速度。输出晶体管T1是作为射极跟从器作业的，不会呈现饱满，因而不影响输出开关频率。
图7 TTL或CMOS器材输出电路
脉冲变压器耦合
脉冲变压器是典型的电磁阻隔元件，单片机输出的开关信号转化成一种频率很高的载波信号，经脉冲变压器耦合到输出级。因为脉冲变压器原、副边线圈间没有电路衔接，所以输出是电平起浮的信号，能够直接与功率管等强电元件耦合，如图8所示。
图8 脉冲变压器输出电路
这种电路有必要有一个脉冲源，脉冲源的频率是载波频率，应至少比单片机输出频率高10倍以上。脉冲源的输出脉冲送入操控门G，单片机输出信号由另一端输入G门。当单片机输出高电平常，G门翻开，输出脉冲进入变压器，变压器的副线圈输出与原边相同频率的脉冲，经过二极管D1、D2检波后经滤波还原成开关信号，送入功率管。当单片机输出低电平常，G门封闭，脉冲源不能经过G门进入变压器，变压器无输出。这儿，变压器既传递信号，又传送能量，进步了脉冲源的频率，有利于减轻变压器的体重。因为变压器可经过调整电感量、原副边匝数等来习惯不同推进功率的要求，所以运用起来比较灵敏。更重要的是，变压器原副边线圈之间没有电的联络，副线圈输出信号能够跟从功率元件的电压而起浮，不受其电源巨细的影响。当单片机输出较高频率的脉冲信号时，能够不选用脉冲源和G门，对变压器原副边电路作恰当调整即可。
光电耦合
光电耦合能够传输线性信号，也能够传输开关信号，在输出级运用时首要用来传递开关信号。如图9所示，单片机输出操控信号经缓冲器7407扩大后送入光耦。R2为光耦输出晶体管的负载电阻，它的选取应确保： 在光耦导通时，其输出晶体管牢靠饱满；而在光耦截止时，T1牢靠饱满。但因为光耦呼应速度慢使开关推迟时刻加长，约束了其运用频率。
图9 光耦输出电路
单片机接口技能在许多文献中均有具体的介绍，但在对很多电气操控产品的改造和规划中，经常会碰到用接口芯片所无法处理的问题（如驱动电流大、开关速度慢、抗搅扰差等），因而有必要寻求另一种电路处理计划。上述几种输入/输出电路经过广泛的运用标明，其对合理、牢靠地完成单片机电气操控体系具有较高的工程实用价值。
