常用电子元器件之开关、蜂鸣器、继电器、接口器件
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常用电子元器件之开关、蜂鸣器、继电器、接口器件
1常用开关
表1-1常用开关的分类
分类实物特点
按钮开关
按钮开关只能短暂的接通电路,起到触发的作用,
这种按键迎面的两管脚,如图中1和2、3和4是连
通的相当于一个管脚,所以使用时应注意不要接反。
自锁开关
在开关按钮第一次按时,开关接通并保持,即自
锁;在开关按钮第二次按时,开关断开,同时开
关按钮弹出来。没有按下开关时,该开关的1和2、
5和6脚是连通的,按下开关后,1和2、5和6脚
断开,2和3、4和5连通。使用时应先进行测量,
找出各个管脚,找出按下或没按下时各个管脚连通
的状况。
拨码开关
当将开关上的拨档拨向标有ON的一端就接通了相
应的两个管脚。开关通断时可自动清洁触点。广泛
使用于数据处理、通信、遥控和防盗自动警铃系
统等需要手动程式编制的产品上。
微动开关
微动开关是一种施压促动的快速开关,又叫灵敏
开关。外机械力通过传动元件(按销、按钮、杠
杆、滚轮等)将力作用于动作簧片上,并将能量
积聚到临界点后,产生瞬时动作,使动作簧片末
端的动触点与定触点快速接通或断开。
拨动开关
拨动开关不止有两位的还有多位的,当拨档拨到相
应的位时就接通了相应位和公共端的连接。拨动开
关能很好的不同路得两同。但一次只能连通一路。
摇杆开关
摇杆开关有单向、双向、三、向四向等。当摇杆拨
向那个方向就能连通相应的管脚。
2蜂鸣器
表2-1蜂鸣器的分类
分类实物特点
有源蜂鸣器
引脚郡朝上放置时,用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。有源
蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就
可连续发声。
无源蜂鸣器
引脚郡朝上放置时,可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂
鸣器。无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样,需要接在音频输出
电路中才能发声。
迸一步判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器,还可以用万用表电阻档Rxl档测试:用黑表笔接蜂
鸣器"+"引脚,红表笔在另一引脚上来回碰触,如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω(或16Ω)
的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的,且电阻在几百欧以上的,是有源蜂鸣器。
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图2-1蜂鸣器常用驱动电路
3继电器
表3-1继电器的分类
分类实物特点
电磁继电器
电磁继电器的工作电路由低压控制电路和高压
工作电路两部分构成。只要在线圈两端加上一定
的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生
电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服
返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触
点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后,
电磁的吸力消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返
回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭
触点)吸合。这样吸合、释放,达到了在电路中
的导通、切断的目的。
固态继电器
固态继电器与电磁继电器相比,是一种没有机械
运动,不含运动零件的继电器,但它具有与电磁
继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固
态电子元件组成的无触点开关元件,它利用电子
元器件的电,磁和光特性来完成输入与输出的可
靠隔离,利用大功率三极管,功率场效应管,单
向可控硅和双向可控硅等器件的开关特性,来达
到无触点,无火花地接通和断开被控电路。
1.继电器的选用:
1)先了解必要的条件
①控制电路的电源电压,能提供的最大电流;②被控制电路中的电压和电流;③被控
电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时,一般控制电路的电源电压可作为选用的依
据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流,否则继电器吸合是不稳定的。
2)注意器具的容积。若是用于一般用电器,除考虑机箱容积外,小型继电器主要考虑电
路板安装布局。对于小型电器,如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。
2.继电器的驱动
继电器驱动电流一般需要20-40mA或更大,线圈电阻100-200欧姆,因此要加驱动电路。
1)普通三极管驱动继电器电路
对于低电压小电流的继电器,用功率三极管做为开关驱动组件,其输出电流就是输入电流与三
极管增益的乘积。
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Q1
8050
Q2
8550
1K
R1
5K1
R2
1K
R1
D1
1N4007
D1
1N4007
K1
K1
VCC
GND
VCC
GND
P1.0
P1.1
NPN
PNP
图3-1普通三极管驱动继电器电路
2)达林顿管阵列ULN2003驱动继电器电路
ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可
直接驱动继电器等负载。ULN2000、ULN2800高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品就属于这类可
控大功率器件,由于这类器件功能强、应用范围语广。因此,许多公司都生产高压大电流达林顿晶
体管阵列产品,从而形成了各种系列产品,ULN2000、ULN2800系列就是美国TexasInstruments公
司、美国Sprague公司开发的高压大电流达林顿晶体管阵列产品。它们的系列型号分类如表1-19
所列,生产2000、2800高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品的公司与型号对照表如表1-20所列。
在上述系列产品中,ULN2000系列能够同时驱动7组高压大电流负载,ULN2800系列则能够同时驱
动8组高压大电流负载。ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网
络构成,具有同时驱动7组负载的能力,为单片双极型大功率高速集成电路。以下介绍ULN2003A
电路的构成、性能特征、电参数以及典型应用。
表3-1ULN2000、ULN2800系列型号分类表
输出电压50V50V95V50V50V95V
输出电流500mA600mA500mA500mA600mA500mA
型号型号
普通PMOS、
CMOS输入
ULN2001AULN2011AULN2021ULN2801AULN2811AULN2821A
14~25CPMOS输
入
ULN2002AULN2012AULN2022ULN2802AULN2812AULN2822A
5VTTL、CMOS输
入
ULN2003AULN2013AULN2023AULN2803AULN2813AULN2823A
6~15VPMOS、
CMOS输入
ULN2004AULN2014AULN2024AULN2804AULN2814AULN2824A
高输出TTL接口ULN2005AULN2015AULN2025AULN2805AULN2815AULN2825A
表3-2生产2000、2800系列产品的公司与型号对照表
系列\公
司
TISpragueMotorolaSGS三菱东菱三洋
2001ULN2001AULN2001AMC1411L201BM54524PTD62001ALB1231
2002ULN2002AULN2002AMC1412L202BM54525PTD6200ALB1232
2003ULN2003AULN2003AMC1413L203M54523PTD62003ALB1233
2004ULN2004AULN2004AMC1416L204BN54526PTD62004ALB1234
2005ULN2005AULN2005A
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2800ULN2811~
ULN2805
L601B~
L604B
TD62081A~
62084A
2810ULN2811~
ULN2815
2820ULN2821~
ULN2825
ULN2003A电路的管脚排列如图3-2所示。
图3-2ULN2003A电路的管脚排列及功能图
表3-3管脚功能表
引出端序号符号功能引出端序号符号功能
1I1输入9COM公共端
2I2输入10O7输出
3I3输入11O6输出
4I4输入12O5输出
5I5输入13O4输出
6I6输入14O3输出
7I7输入15O2输出
8GND(E)发射极16O1输出
图3-3为ULN2003A内部原理图,各引出端的功能符号及说明如表3-3所列。
图3-3ULN2003A内部原理图
表3-4ULN2003A的极限参数
项目符号数值单位
最小最大
最大输入电压Vi(max)30V
集电极-发射极电压Vo(max)50V
最大基极输入电流IB(MAX)25mA
输出电流Io500mA
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贮存温度Ts-65~150℃
结温Tj175℃
引线耐焊接温度TD300℃
集电极-发射极电压Vce0.515V
输入电压Vi0.25V
集电极电流Imax350mA
工作环境温度TA-4085℃
表3-5ULN2003A主要电特性
特性符号条件(若无其它规定,TA=-40~
85℃)
规范值单位
最小最大
直流放大倍数hEFVCE=2V,Ic350mA1000-
集电极-发射极饱和电
压
VCE(sat)IB=500μA,IC=350mA-1.6V
箝位二极管正向电压VFIF=350mA,输入开路-2.0V
集电极截止电流ICEXVCE=50VIi=0mA-50μA
Vi=6V-500μA
箝位二极截止电流IFEXVF=50VTA=25-50μA
Vi=85-100μA
集电极最大电压Vamx空载50-V
集电极最大电流ImaxVCE=2V500-mA
开态延迟时间tonVCE=5V,16kHz的方波输入-1.0μS
关态延迟时间toffVCE=5V,16kHz的方波输入-1.0μS
图3-4ULN2003A封装图
IN1
1
IN2
2
IN3
3
IN4
4
IN5
5
IN6
6
IN7
7
OUT1
16
OUT3
14
OUT4
13
OUT5
12
OUT6
11
OUT7
10
OUT2
15
COM
9
GND
8
U1
ULN2003A
K1
+12
+12
GND
input
图3-5ULN2003A驱动继电器电路图
4接口器件
1.USB接口
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USB,全称是UniversalSerialBus,USB支持热插拔,即插即用的优点,所以USB接口已经成
为MP3的最主要的接口方式。USB有两个规范,即USB1.1和USB2.0。
USB1.1是目前较为普遍的USB规范,其高速方式的传输速率为12Mbps,低速方式的传输速率为
1.5Mbps(b是Bit的意思),1MB/s(兆字节/秒)=8MBbPS(兆位/秒),12Mbps=1.5MB/s。目前,
大部分MP3为此类接口类型。
USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps,折算为MB为
60MB/s,足以满足大多数外设的速率要求。USB2.0中的“增强主机控制器接口”(EHCI)定义了一
个与USB1.1相兼容的架构。它可以用USB2.0的驱动程序驱动USB1.1设备。也就是说,所有支持
USB1.1的设备都可以直接在USB2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题,而且像USB线、插头
等等附件也都可以直接使用。
使用USB为打印机应用带来的变化则是速度的大幅度提升,USB接口提供了12Mbps的连接速
度,相比并口速度提高达到10倍以上,在这个速度之下打印文件传输时间大大缩减。USB2.0标准
进一步将接口速度提高到480Mbps,是普通USB速度的20倍,更大幅度降低了打印文件的传输时
间。
USB是一种常用的pc接口,他只有4根线,两根电源两根信号,如下图.故信号是串行传输的,usb
接口也称为串行口,usb2.0的速度可以达到480Mbps。可以满足各种工业和民用需要.USB接口的
输出电压和电流是:+5V500mA实际上有误差,最大不能超过+/-0.2V也就是4.8-5.2V。usb接
口的4根线一般是下面这样分配的,需要注意的是千万不要把正负极弄反了,否则会烧掉usb设备
或者电脑的南桥芯片:黑线:gnd红线:vcc绿线:data+白线:data-
图4-1usb接口线定义图
图4-2usb接口实物图
2.9针串口接口
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PC电脑串行口的典型是RS-232C及其兼容接口,串口引脚有9针和25针两类。而一般的个人
电脑中使用的都是9针的接口,25针串行口具有20mA电流环接口功能,用9、11、18、25针来
实现。我们只介绍常用9针的rs232c串口引脚的接口定义。
图4-39真串口公母头实物及管脚排列图
表4-19针串口引脚定义25针串口引脚定义
9针RS-232串口(DB9).25针RS-232串口(DB25)
引脚简写功能说明引脚简写功能说明
1CD载波侦测(CarrierDetect)8CD载波侦测(CarrierDetect)
2RXD接收数据(Receive)3RXD接收数据(Receive)
3TXD发送数据(Transmit)2TXD发送数据(Transmit)
4DTR数据终端准备(DataTerminal
Ready)
20DTR数据终端准备(DataTerminal
Ready)
5GND地线(Ground)7GND地线(Ground)
6DSR数据准备好(DataSetReady)6DSR数据准备好(DataSetReady)
7RTS请求发送(RequestToSend)4RTS请求发送(RequestToSend)
8CTS清除发送(ClearToSend)5CTS清除发送(ClearToSend)
9RI振铃指示(RingIndicator)22RI振铃指示(RingIndicator)
图4-4串口通信应用电路
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3.并口接口
并行口与串行口的区别是交换信息的方式不同,并行口能同时通过8条数据线传输信息,一次
传输一个字节;而串行口只能用1条线传输一位数据,每次传输一个字节的一位。并行口由于同时
传输更多的信息,速度明显高于串行口,但串行口可以用于比并行口更远距离的数据传输。
图4-525针并口针脚分布与实物图
25针并行口插口的针脚功能:
表4-225针并口针脚功能表
针脚号针脚名功能针脚号针脚名功能
1STROBE数据选通脉冲10ACKNLG确认已收到数据
2D0数据线0位11BUSY忙信号
3D1数据线1位12PE缺纸
4D2数据线2位13SLCT表示设备能工作
5D3数据线3位14AUTOFEDXT后自动换行
6D4数据线4位15ERROR出错指示
7D5数据线5位16INIT初始化设备
8D6数据线6位17SLCTIN允许设备工作
9D7数据线7位18~25GND地
4.PS/2键盘接口
PS/2设备接口用于许多现代的鼠标和键盘它是由IBM开发,物理上的PS/2端口是两类连接器
中的一种5脚的DIN或6脚的mini-DIN这两种连接器在电气特性上是十分类似的实际上两者只有
一点不同那就是管脚的排列这就意味着这两类连接器可以很容易用一种简单的硬件连线的适配器
来转换这种适配器。
表4-3PS/2接口针脚定义
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图4-6PS/2接口座实物图
PS/2通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两端通过Clock(时钟脚)同步,并通过
Data(数据脚)交换数据。任何一方如果想抑制另外一方通讯时,只需要把Clock(时钟脚)拉到
低电平。如果是PC机和PS/2键盘间的通讯,则PC机必须做主机,也就是说,PC机可以抑制PS/2
键盘发送数据,而PS/2键盘则不会抑制PC机发送数据。一般两设备间传输数据的最大时钟频率是
33kHz,大多数PS/2设备工作在10~20kHZ。推荐值在15kHZ左右,也就是说,Clock(时钟
脚)高、低电平的持续时间都为40μs。每一数据帧包含11~12个位,具体含义如表1-27所列。
表4-4数据帧格式说明
1个起始位总是逻辑0
8个数据位(LSB)低位在前
1个奇偶校验位奇校验
1个停止位总是逻辑1
1个应答位仅用在主机对设备的通讯中
表中,如果数据位中1的个数为偶数,校验位就为1;如果数据位中1的个数为奇数,校验位
就为0;总之,数据位中1的个数加上校验位中1的个数总为奇数,因此总进行奇校验。
图4-7PS/2通讯时序图
1)PS/2设备和PC机的通讯
PS/2设备的Clock(时钟脚)和Data数据脚都是集电极开路的,平时都是高电平。当PS/2设
备等待发送数据时,它首先检查Clock(时钟脚)以确认其是否为高电平。如果是低电平,则认为
是PC机抑制了通讯,此时它必须缓冲需要发送的数据直到重新获得总线的控制权(一般PS/2键盘
有16个字节的缓冲区,而PS/2鼠标只有一个缓冲区仅存储最后一个要发送的数据)。如果Clock
(时钟脚)为高电平,PS/2设备便开始将数据发送到PC机。一般都是由PS/2设备产生时钟信号。
发送时一般都是按照数据帧格式顺序发送。其中数据位在Clock(时钟脚)为高电平时准备好,在
Clock(时钟脚)的下降沿被PC机读入。PS/2设备到PC机的通讯时序如图1-16所示。
当时钟频率为15kHZ时,从Clock(时钟脚)的上升沿到数据位转变时间至少要5μs。数据变
化到Clock(时钟脚)下降沿的时间至少也有5μs,但不能大于25μs,这是由PS/2通讯协议的时
序规定的。如果时钟频率是其它值,参数的内容应稍作调整。
上述讨论中传输的数据是指对特定键盘的编码或者对特定命令的编码。一般采用第二套扫描码
集所规定的码值来编码。其中键盘码分为通码(Make)和断码(Break)。通码是按键接通时所发
送的编码,用两位十六进制数来表示,断码通常是按键断开时所发送的编码,用四位十六进制数来
表示。
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2)PS/2接口的嵌入式软件编程方法
PS/2设备主要用于产生同步时钟信号和读写数据。
a)PS/2向PC机发送一个字节
从PS/2向PC机发送一个字节可按照下面的步骤进行:
(1)检测时钟线电平,如果时钟线为低,则延时50μs;
(2)检测判断时钟信号是否为高,为高,则向下执行,为低,则转到(1);
(3)检测数据线是否为高,如果为高则继续执行,如果为低,则放弃发送(此时PC机在向
PS/2设备发送数据,所以PS/2设备要转移到接收程序处接收数据);
(4)延时20μs(如果此时正在发送起始位,则应延时40μs);
(5)输出起始位(0)到数据线上。这里要注意的是:在送出每一位后都要检测时钟线,以
确保PC机没有抑制PS/2设备,如果有则中止发送;
(6)输出8个数据位到数据线上;
(7)输出校验位;
(8)输出停止位(1);
(9)延时30μs(如果在发送停止位时释放时钟信号则应延时50μs);
通过以下步骤可发送单个位:
(1)准备数据位(将需要发送的数据位放到数据线上);
(2)延时20μs;
(3)把时钟线拉低;
(4)延时40μs;
(5)释放时钟线;
(6)延时20μs。
b)PS/2设备从PC机接收一个字节
由于PS/2设备能提供串行同步时钟,因此,如果PC机发送数据,则PC机要先把时钟线和数
据线置为请求发送的状态。PC机通过下拉时钟线大于100μs来抑制通讯,并且通过下拉数据线发
出请求发送数据的信号,然后释放时钟。当PS/2设备检测到需要接收的数据时,它会产生时钟信
号并记录下面8个数据位和一个停止位。主机此时在时钟线变为低时准备数据到数据线,并在时钟
上升沿锁存数据。而PS/2设备则要配合PC机才能读到准确的数据。具体连接步骤如下:
(1)等待时钟线为高电平。
(2)判断数据线是否为低,为高则错误退出,否则继续执行。
(3)读地址线上的数据内容,共8个bit,每读完一个位,都应检测时钟线是否被PC机拉低,
如果被拉低则要中止接收。
(4)读地址线上的校验位内容,1个bit。
(5)读停止位。
(6)如果数据线上为0(即还是低电平),PS/2设备继续产生时钟,直到接收到1且产生出
错信号为止(因为停止位是1,如果PS/2设备没有读到停止位,则表明此次传输出错)。
(7)输出应答位。
(8)检测奇偶校验位,如果校验失败,则产生错误信号以表明此次传输出现错误。
(9)延时45μs,以便PC机进行下一次传输。
读数据线的步骤如下:
(1)延时20μs;(2)把时钟线拉低(3)延时40μs
(4)释放时钟线(5)延时20μs(6)读数据线。
下面的步骤可用于发出应答位;
(1)延时15μs;(2)把数据线拉低;(3)延时5μs;(4)把时钟线拉低;
(5)延时40μs;(6)释放时钟线;(7)延时5μs;(8)释放数据线。
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图4-8PS/2接口应用电路
5纽扣电池
纽扣电池,也叫扣式电池,是指外形尺寸象一颗小纽扣的电池,一般来说直径较大,厚度较薄(相对
于柱状电池如市场上的5号AA等电池);
纽扣电池一般来说常见的有充电的和不充电的两种,充电的包括3.6V可充锂离子扣式电池(LIR
系列),3V可充锂离子扣式电池(ML或VL系列);不充电的包括3V锂锰扣式电池(CR系列)及1.5V碱性
锌锰扣式电池(LR及SR系列);
比较常见的纽扣电池有用于电脑主机板上的CMOS电池,型号为CR2032用于电子词典里面的C
R2025,用于电子表时面的CR2016或者SR44,SR626等;
纽扣电池的型号名称前面的英文字母表示电池的种类,数字表示尺寸,前两位数字表示直径,后
两位表示厚度;
纽扣电池因体形较小,直径从4.8mm至30mm,厚度从1.0mm至7.7mm不等;一般用于各类电
子产品的后备电源,如电脑主板,电子表,电子词典,电子秤,记忆卡,遥控器,电动玩具等;
从电池的背面可以看到相应的标记
图5-1纽扣电池实物图
LR---水银--1.5V
SR---水银--1.55V
CR---锂电--3V
ZA---锌空--1.4V
表5-1AG系列纽扣电池参数表
规格型号标称电压
(V)
标称容量
(mAh)
负载电阻
(kΩ)
尺寸重量(g)
HKJAPAN直径
(mm)
高度
(mm)
AG0L5121.57.5225.82.10.28
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AG1L6211.513226.82.10.34
AG2L7261.523227.92.60.5
AG3L7361.542227.93.60.7
AG4L6261.517226.82.40.4
AG5L7541.552227.95.41.0
AG6L9211.528229.52.10.6
AG7L9271.532229.52.70.75
AG8L11211.5422211.62.10.9
AG9L9361.550159.53.61.0
AG10L11301.5801511.63.11.1
AG11L7211.520227.92.10.4
AG12L11421.5966.811.64.21.6
AG13L11541.51606.811.65.42.0
表5-2AG系列纽扣电池参数表
电池型号
标称电
压(V)
标称容量
(mAh)
工作电流(mA)最大尺寸(mm)
直径高度
重量(g)
标准电
流
连续电
流
脉冲电流
CR30323V550mAh0.2mA3.0mA20mA30.0mm3.2mm6.8g
CR24773v950mAh0.2mA3.0mA20mA24.5mm7.7mm9.9g
CR24503v550mAh0.2mA3.0mA20mA24.5mm5.0mm5.8g
CR24303v270mAh0.2mA3.0mA20mA24.5mm3.0mm4.3g
CR24123v90mAh0.1mA1.0mA15mA24.5mm1.2mm2.2g
CR23543v530mAh0.2mA3.0mA20mA23.0mm5.4mm6.3g
CR23353V300mAh0.2mA3.0mA20mA23.0mm3.5mm4.2g
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