作者：周润景,井探亮
出版社：电子工业出版社
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常用驱动电路设计及应用试读：
前言
驱动电路是一个电路系统最重要的组成部分之一，它可以使电路系统中某些元器件能正常且稳定地工作，解决一些元器件驱动问题。书中阐述了MOS管、IGBT、电机等常用元器件的驱动方法，使读者能够了解驱动电路的实现方法，同时也使读者掌握不同元器件的不同驱动方法，扩展了读者的视野。本书通过Proteus软件平台对电路进行了仿真，验证了电路工作的正确性，提高了开发效率，降低了开发成本，使读者能够深入理解电路的工作原理。
本书项目1介绍了LED点阵驱动电路系统设计；项目2介绍了LED荧光灯驱动电路系统设计；项目3介绍了液晶显示器驱动电路系统设计；项目4介绍了数码管驱动电路系统设计；项目5介绍了MOS管驱动电路系统设计；项目6介绍了蜂鸣器驱动电路系统设计；项目7介绍了继电器驱动电路系统设计；项目8介绍了扬声器驱动电路系统设计；项目9介绍了霓虹灯驱动电路系统设计，项目10介绍了L298N电机驱动电路系统设计；项目11介绍了脉冲变压器驱动电路系统设计；项目12介绍了H桥电机驱动电路系统设计；项目13介绍了脉冲调制电机驱动电路系统设计；项目14介绍了步进电机驱动电路系统设计；项目15介绍了有刷直流电机驱动电路系统设计；项目16介绍了IGBT驱动电路系统设计；项目17介绍了双极性三极管对管驱动电路系统设计；项目18介绍了电磁阀驱动电路系统设计；项目19介绍了晶闸管驱动电路系统设计。
本书内容来自作者的科研与实践，有关内容的讲解并没有过多的理论推导，而代之以实用的电路设计，因此实用是本书的一大特点。
本书力求做到精选内容、推陈出新；讲清基本概念、基本电路的工作原理和基本分析方法。本书语言生动精炼，内容详尽，并且包含了大量可供参考的实例。
本书由周润景、井探亮编著。其中，井探亮编写了项目1和项目2，周润景编写了其余项目。全书由周润景统稿、定稿。另外，参加本书编写的还有邢婧、陈萌、谢亚楠、丁岩、张赫、韩亦俍、刘艳珍、刘百灵、王洪艳、张红敏、张丽敏、周敬和宋志清。
由于作者水平有限，书中可能存在一些错误、遗漏和不妥之处，敬请各位读者批评指正。编著者项目1LED点阵驱动电路系统设计设计任务
设计一个简单的单片机电路，控制红绿双色点阵来循环显示相同的图形。基本要求
采用单片机I/O口与集成芯片74HC595结合来驱动红绿双色点阵，循环显示相同的图形，所以必须满足以下条件：
使用5V供电电压；
单片机I/O口与74HC595共同实现锁存、时钟与发送数据的功能；
用单片机编程来实现。总体思路
首先为单片机设计一个最小系统，并设计一个串口下载电路，能从PCB上的单片机下载程序，由于给单片机供电需要的是5V电源，所以设计一个5V供电电路，给74HC595供电也采用5V，运用单片机和3片74HC595共同构成红绿双色点阵的驱动电路，驱动双色点阵循环显示相同的图形。系统组成
整个LED点阵驱动电路系统主要分为以下4个部分：
直流稳压电源与电源供电显示电路；
串口下载电路，用于把PC上编写好的程序下载到单片机中；
单片机电路；
74HC595控制红绿双色点阵电路。
整个系统框图如图1-1所示。图1-1 系统框图电路原理图 （见图1-2）图1-2 电路原理图注：图1-2中“uF”为软件生成，即为“μF”，全书下同。模块详解
1.电源模块
由于要给整个系统供电，所以必须设计一个直流稳压电源，这里为了设计方便，直接用一个两脚排针，外接5V电源对系统进行供电，并运用发光二极管指示电源是否供电正常，如图1-3所示。
图1-3中，J2外接5V电源和地，B2是开关，D1是LED灯。当外接5V电源后，闭合开关B2，如果D1亮了，说明外接电源正常。
2.串口下载模块
由于程序代码都是在计算机上编写的，要把编写好的程序代码下载到PCB上的单片机内，就必须设计串口下载电路，这里设计的串口下载模块如图1-4所示。图1-3 电源模块图1-4 串口下载模块
图1-4中，串口采用的是D9串口母座，与MAX232芯片连接共同构成下载电路，其中，MAX232芯片的12脚和11脚接单片机的P3.0口和P3.1口，程序下载到AT89C52单片机内。
当单片机和PC进行串口通信时，由于单片机提供的信号电平与RS-232的标准不一样，须进行电平转化后才能通信，本设计采用MAX232芯片进行电平转化。
MAX232是RS-232标准串口的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电，其主要特点如下所述：
符合所有的RS-232C技术标准；
只需单一 +5V电源供电；
片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-；
功耗低，典型5mA供电电流；
内部集成两个RS-232C驱动器；
高集成度，片外最低只需4个电容即可工作；
内部集成两个RS-232C接收器。
3.单片机模块
单片机采用AT89C52，其模块如图1-5所示。图1-5 单片机模块
图1-5中，电容C7、电阻R1及按钮B1构成单片机的复位电路，X1、C5、C6构成时钟电路，单片机的P1.0～P1.2口与P2.0～P2.2口分别控制3个74HC595芯片的锁存、时钟与发送数据，以控制红绿双色点阵的显示。
4.74HC595控制红绿双色点阵模块
74HC595控制红绿双色点阵模块由3片74HC595芯片和一个24线8×8红绿双色点阵共同构成，如图1-6所示。图1-6 74HC595控制红绿双色点阵模块
图1-6中，运用3个74HC595芯片控制双色点阵，分别为U1、U2、U3。其中，双色点阵内部结构如图1-7所示，它的①～④、～是输入公共端，⑤～、～是颜色控制端。在U1、U2、U3中，U1控制两种颜色的公共端，U2、U3分别控制红绿两种颜色。但是，由于元件库没有24线8×8红绿双色点阵，所以在仿真时用红和绿两种8×8单色点阵代替，其仿真图如图1-8所示。图1-7 双色点阵内部结构图1-8 74HC595及红绿双色点阵模块仿真图
74HC595是串行转并行的芯片，可以多级级联，由3个端口输入。其中，14引脚为串行数据输入端，11引脚为串行时钟输入端，12引脚为锁存端。写入数据的原理：由11引脚输入时钟信号，为输入数据提供时间基准，跟随时钟信号由14引脚输入对应的数据信号，输入完毕后，控制12引脚锁存端，使串行输入的数据锁存到输入端并保持不变。74HC595和单片机连接方式：单片机的P1.0口连接U2和U3的12引脚，P1.1口连接U2 和U3的11引脚，P1.2口连接U2的14引脚，U3的14引脚连接U2的9引脚；P2.0口连接U1的14引脚，P2.1口连接U1的11引脚，P2.2口连接U3的12引脚。
将程序下载到单片机内，进行仿真，其仿真图如图1-9和1-10所示。图1-9 红灯亮仿真图图1-10 绿灯亮仿真图
仿真时，可以看到红色和绿色灯循环亮。软件设计
根据系统设计要求，首先画出程序流程图，如图1-11所示。
按照程序流程图，编写程序如下：图1-11 程序流程图调试与仿真
将程序下载到单片机内，对系统进行仿真，仿真图如图1-12所示，从仿真的结果来看，系统满足设计要求。图1-12 仿真图PCB原理图 （见图1-13）图1-13 PCB原理图实物测试
对PCB进行元器件焊接，得到的实物如图1-14所示。图1-14 实物
最后通过实物测试，系统满足设计要求。思考与练习（1）74HC595芯片的作用是什么？简述其写入数据原理。
答：74HC595是串行转并行的芯片，其写入数据原理为：由11引脚输入时钟信号，为输入数据提供时间基准，跟随时钟信号由14引脚输入对应的数据信号，输入完毕后，控制12引脚锁存端，使串行输入的数据锁存到输入端并保持不变。（2）MAX232芯片的作用是什么？
答：其作用是将PC输出的RS-232电平转换成单片机能接收的TTL电平。（3）LED点阵的构成及发光原理是什么？
答：LED点阵由64个两种颜色的LED排列组成，且每个LED放置在行线和列线的交叉点上，列线接LED的负极，行线接LED的正极，当对应的某一行置1电平、某一列置0电平时，相应的二极管就亮。特别提醒（1）在电路板焊接过程中首先要检查PCB有无短路。（2）外接电源时千万不要把电源正、负极接反。项目2LED荧光灯驱动电路系统设计设计任务
设计一个简单的单片机电路，利用8个发光二极管 （LED）模拟LED荧光灯，运用单片机点亮8个发光二极管。基本要求
这里要求采用8个发光二极管模拟LED荧光灯，运用单片机同时点亮8个发光二极管，所以必须满足以下条件：
发光二极管具有单向导电性，且发光二极管的工作电流在3～20mA之间，必须给发光二极管加上正向电压才可以使其导通，且要加上限流电阻来防止烧毁发光二极管；
单片机使用5V供电电压；
单片机I/O口输出为低电平，加在发光二极管负极。总体思路
LED荧光灯驱动电路是驱动LED荧光灯发光的重要电路，结合发光二极管导通条件及单片机电路的工作特点，来设计一个运用单片机驱动8个发光二极管的电路。系统组成
整个LED荧光灯驱动电路系统主要分为以下4个部分：
直流稳压电源与电源供电显示电路；
串口下载电路，把PC上编写好的程序下载到单片机中；
单片机电路，用单片机I/O口输出低电平给发光二极管负端提供负电平；
LED荧光灯电路，用8个发光二极管来模拟LED荧光灯，由于发光二极管的工作电流为3～20mV，工作电压为3～3.4V，所使用的供电电压为5V，所以每个发光二极管的负端都要接上一个560Ω的限流及限压电阻。
整个系统框图如图2-1所示。图2-1 系统框图电路原理图 （见图2-2）图2-2 电路原理图模块详解
1.电源模块
由于要给整个系统供电，所以必须设计一个直流稳压电源，这里为了设计方便，直接用一个两脚排针，外接5V电源对系统进行供电，并运用发光二极管指示电源是否供电正常，如图2-3所示。
图2-3中，J2外接5V电源和地，B2是开关，D1是LED灯。当外接5V电源后，闭合开关B2，如果D1亮了，说明外接电源正常。
2.串口下载模块
由于程序代码都是在计算机上编写的，要把写好的程序代码下载到PCB上的单片机内，就必须设计串口下载电路，这里设计的串口下载模块如图2-4所示。图2-3 电源模块图2-4 串口下载模块
图2-4中，串口采用的是D9串口母座，与MAX232芯片连接，共同构成下载电路。其中，MAX232芯片的12脚和11脚接单片机的P3.0口和P3.1口，程序下载到AT89C52单片机内。
当单片机和PC进行串口通信时，由于单片机提供的信号电平与RS-232的标准不一样，必须进行电平转化后才能通信，本设计采用MAX232芯片进行电平转化。
MAX232是RS-232标准串口的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电，其主要特点如下所述：
符合所有RS-232C技术标准；
只需单一 +5V电源供电；
片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-；
功耗低，典型5mA供电电流；
内部集成两个RS-232C驱动器；
高集成度，片外最低只需4个电容即可工作；内部集成两个RS-232C接收器。
3.单片机模块
单片机采用AT89C52，其模块如图2-5所示。图2-5 单片机模块
图2-5中，电容C7、电阻R1及按钮B1构成单片机的复位电路，X1、C5、C6构成时钟电路，单片机的P2口控制8个LED荧光灯。
4.LED荧光灯模块
运用8个黄色发光二极管模拟LED荧光灯，发光二极管工作电压一般在3～3.4V，工作电流一般在10mA左右，由于这里所采用的供电电压为5V，所以在每个发光二极管负端都接了560Ω的电阻，起到限流的作用。LED荧光灯模块如图2-6所示。
图2-6中，发光二极管的工作电压为3.3V，工作电流为10mA，即给8个D2～D9负端都接了560Ω的电阻再接到单片机的P2.0～P2.7口，发光二极管必须加上正向电压才能发光，由于8个发光二极管的正端都接上了5V电压，所以当单片机的P2.0～P2.7口输出为高电平时发光二极管不亮，当输出为低电平时发光二极管亮，对该模块进行仿真，其仿真图如图2-7所示。图2-6 LED荧光灯模块图2-7 LED荧光灯模块仿真图
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