輸入接口電路

輸入接口允許傳感器（輸入換能器）與PC和微控制器進(jìn)行通信。

接口是將一個(gè)設備，特別是計算機或微控制器，連接或鏈接在一起的方法。輸入接口電路使我們能夠設計或調整兩個(gè)電子設備的輸出和輸入配置，以便它們能夠協(xié)同工作。

但接口不僅僅是使用計算機和處理器的軟件程序來(lái)控制某些東西。雖然計算機接口使用單向和雙向輸入輸出端口來(lái)驅動(dòng)各種外圍設備，但許多簡(jiǎn)單的電子電路也可以用于與現實(shí)世界進(jìn)行接口，無(wú)論是使用機械開(kāi)關(guān)作為輸入，還是使用單個(gè)LED作為輸出。

按鈕開(kāi)關(guān)

按鈕開(kāi)關(guān)

為了使電子或微電子電路有用且有效，它必須與某些東西進(jìn)行接口。輸入接口電路將電子電路（如運算放大器、邏輯門(mén)等）連接到外部世界，擴展其功能。

電子電路放大、緩沖或處理來(lái)自傳感器或開(kāi)關(guān)的信號作為輸入信息，或控制燈、繼電器或執行器進(jìn)行輸出控制。無(wú)論哪種方式，輸入接口電路將一個(gè)電路的電壓和電流輸出轉換為另一個(gè)電路的等效值。

輸入傳感器提供有關(guān)環(huán)境的輸入信息?？梢允褂酶鞣N傳感器和開(kāi)關(guān)設備測量隨時(shí)間緩慢或連續變化的物理量（如溫度、壓力或位置），并給出與所測量物理量相關(guān)的輸出信號。

我們可以在電子電路和項目中使用的許多傳感器是電阻性的，即它們的電阻隨測量量的變化而變化。例如，熱敏電阻、應變計或光敏電阻（LDR）。這些設備都被歸類(lèi)為輸入設備。

輸入接口電路

最簡(jiǎn)單和最常見(jiàn)的輸入接口設備是按鈕開(kāi)關(guān)。機械ON-OFF撥動(dòng)開(kāi)關(guān)、按鈕開(kāi)關(guān)、搖桿開(kāi)關(guān)、鑰匙開(kāi)關(guān)和簧片開(kāi)關(guān)等都因其低成本和易于與任何電路進(jìn)行輸入接口而作為輸入設備廣受歡迎。此外，操作員可以通過(guò)操作開(kāi)關(guān)、按下按鈕或將磁鐵移動(dòng)到簧片開(kāi)關(guān)上來(lái)簡(jiǎn)單地改變輸入狀態(tài)。

單個(gè)開(kāi)關(guān)的輸入接口

單個(gè)開(kāi)關(guān)的輸入接口

開(kāi)關(guān)和按鈕是具有兩組或更多組電觸點(diǎn)的機械設備。當開(kāi)關(guān)打開(kāi)或斷開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)是開(kāi)路狀態(tài)；當開(kāi)關(guān)關(guān)閉或操作時(shí)，這些觸點(diǎn)短路在一起。

將開(kāi)關(guān)（或按鈕）與電子電路進(jìn)行輸入接口的最常見(jiàn)方法是通過(guò)上拉電阻連接到電源電壓，如圖所示。當開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，輸出信號為5伏或邏輯“1”。當開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，輸出接地，輸出為0伏或邏輯“0”。

然后根據開(kāi)關(guān)的位置，產(chǎn)生“高”或“低”輸出。上拉電阻是必要的，以在開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)將輸出電壓保持在所需值（在此示例中為+5伏），并防止開(kāi)關(guān)在關(guān)閉時(shí)短路電源。

上拉電阻的大小取決于開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)的電路電流。例如，當開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，電流將通過(guò)電阻流到VOUT端子，根據歐姆定律，這種電流流動(dòng)將導致電阻兩端出現電壓降。

然后，如果我們假設數字邏輯TTL門(mén)需要60微安（60uA）的輸入“高”電流，這將導致電阻兩端的電壓降為：60uAx10kΩ=0.6V，產(chǎn)生5.0–0.6=4.4V的輸入“高”電壓，這完全在標準數字TTL門(mén)的輸入規格范圍內。

開(kāi)關(guān)或按鈕也可以以“高電平有效”模式連接，其中開(kāi)關(guān)和電阻的位置互換，使開(kāi)關(guān)連接在+5V電源電壓和輸出之間。電阻現在稱(chēng)為下拉電阻，連接在輸出和0V地之間。

在這種配置中，當開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，輸出信號VOUT為0V或邏輯“0”。當開(kāi)關(guān)操作時(shí)，輸出變?yōu)椤案摺敝?5伏電源電壓或邏輯“1”。

與用于限制電流的上拉電阻不同，下拉電阻的主要目的是通過(guò)將其連接到0V或地來(lái)防止輸出端子VOUT浮動(dòng)。

因此，可以使用更小的電阻，因為其兩端的電壓降通常非常小。然而，使用過(guò)小的下拉電阻值將導致開(kāi)關(guān)關(guān)閉或操作時(shí)電阻中的高電流和高功耗。

DIP開(kāi)關(guān)輸入接口

DIP開(kāi)關(guān)輸入接口

除了將單個(gè)按鈕和搖桿開(kāi)關(guān)與電路進(jìn)行輸入接口外，我們還可以以鍵盤(pán)和DIP開(kāi)關(guān)的形式將多個(gè)開(kāi)關(guān)接口在一起。

DIP或雙列直插式封裝開(kāi)關(guān)是單個(gè)開(kāi)關(guān)，它們在一個(gè)封裝內組合為四個(gè)或八個(gè)開(kāi)關(guān)。這使得DIP開(kāi)關(guān)可以插入標準IC插座或直接連接到電路或面包板上。

DIP開(kāi)關(guān)封裝中的每個(gè)開(kāi)關(guān)通常通過(guò)其ON-OFF狀態(tài)指示兩種條件之一，四開(kāi)關(guān)DIP封裝將具有四個(gè)輸出，如圖所示?；瑒?dòng)和旋轉類(lèi)型的DIP開(kāi)關(guān)可以連接在一起或以?xún)傻饺齻€(gè)開(kāi)關(guān)的組合連接，這使得將它們與各種電路進(jìn)行輸入接口非常容易。

輸入接口電路中的開(kāi)關(guān)彈跳問(wèn)題

機械開(kāi)關(guān)因其低成本和易于輸入接口而廣受歡迎。然而，機械開(kāi)關(guān)有一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，稱(chēng)為“觸點(diǎn)彈跳”。機械開(kāi)關(guān)由兩塊金屬觸點(diǎn)組成，當您操作開(kāi)關(guān)時(shí)，它們被推到一起以完成電路。

但金屬部件在開(kāi)關(guān)體內接觸并彈跳在一起，導致開(kāi)關(guān)機構非?？焖俚囟啻未蜷_(kāi)和關(guān)閉，而不是產(chǎn)生單一的干凈開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

由于機械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)設計為快速打開(kāi)和關(guān)閉，因此幾乎沒(méi)有阻力（稱(chēng)為阻尼）來(lái)阻止觸點(diǎn)在接通或斷開(kāi)時(shí)彈跳。結果是，這種彈跳動(dòng)作在開(kāi)關(guān)形成牢固接觸之前產(chǎn)生了一系列脈沖或電壓尖峰。

開(kāi)關(guān)彈跳波形

開(kāi)關(guān)彈跳波形

問(wèn)題是，任何與機械開(kāi)關(guān)進(jìn)行輸入接口的電子或數字電路都可能將這些多次開(kāi)關(guān)操作讀取為一系列持續幾毫秒的ON和OFF信號，而不是預期的單一和明確的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

這種多次開(kāi)關(guān)閉合（或打開(kāi)）動(dòng)作在開(kāi)關(guān)中稱(chēng)為開(kāi)關(guān)彈跳，在繼電器中稱(chēng)為觸點(diǎn)彈跳。此外，由于開(kāi)關(guān)和觸點(diǎn)彈跳在打開(kāi)和關(guān)閉動(dòng)作期間都會(huì )發(fā)生，觸點(diǎn)之間的彈跳和電弧會(huì )導致磨損，增加接觸電阻，并降低開(kāi)關(guān)的工作壽命。

然而，有幾種方法可以通過(guò)使用一些額外的電路（如去抖電路）來(lái)解決開(kāi)關(guān)彈跳問(wèn)題，以“去抖”輸入信號。最簡(jiǎn)單和最直接的方法是創(chuàng )建一個(gè)RC去抖電路，允許開(kāi)關(guān)對電容器進(jìn)行充電和放電，如圖所示。

RC開(kāi)關(guān)去抖電路

開(kāi)關(guān)去抖電路

通過(guò)在開(kāi)關(guān)的輸入接口電路中增加一個(gè)額外的100Ω電阻和一個(gè)1uF電容器，可以過(guò)濾掉開(kāi)關(guān)彈跳的問(wèn)題。RC時(shí)間常數T被選擇為比機械開(kāi)關(guān)動(dòng)作的彈跳時(shí)間長(cháng)。反相施密特觸發(fā)器緩沖器也可以用于產(chǎn)生從低到高和從高到低的尖銳輸出轉換。

那么這種類(lèi)型的輸入接口電路是如何工作的呢？我們在RC充電教程中看到，電容器以由其時(shí)間常數T決定的速率充電。這個(gè)時(shí)間常數值以T=R*C（秒）為單位測量，其中R是電阻的值（歐姆），C是電容的值（法拉）。這構成了RC時(shí)間常數的基礎。

讓我們首先假設開(kāi)關(guān)關(guān)閉并且電容器完全放電，那么反相器的輸入為低電平，其輸出為高電平。當開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，電容器通過(guò)兩個(gè)電阻R1和R2以RC網(wǎng)絡(luò )的C(R1+R2)時(shí)間常數決定的速率充電。

隨著(zhù)電容器緩慢充電，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的任何彈跳都被電容器板上的電壓平滑。當板上的電荷等于或大于反相器輸入電壓上限（VIH）的最低值時(shí)，反相器改變狀態(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖?。在這個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)輸入接口示例中，RC值約為10mS，為開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)提供了足夠的時(shí)間以穩定到其最終打開(kāi)狀態(tài)。

當開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，現在完全充電的電容器將通過(guò)100Ω電阻以C(R2)時(shí)間常數決定的速率快速放電到零，將反相器的輸出狀態(tài)從低電平變?yōu)楦唠娖?。然而，開(kāi)關(guān)的操作導致觸點(diǎn)彈跳，導致電容器希望反復充電，然后迅速放電回零。

由于RC充電時(shí)間常數是放電時(shí)間常數的十倍，電容器無(wú)法在開(kāi)關(guān)彈回其最終關(guān)閉位置之前快速充電，因為輸入上升時(shí)間已經(jīng)減慢，因此反相器保持輸出高電平。結果是，無(wú)論開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)在打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)彈跳多少，您只會(huì )從反相器獲得一個(gè)單一的輸出脈沖。

使用NAND門(mén)的開(kāi)關(guān)去抖

這種簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)去抖電路的優(yōu)點(diǎn)是，如果開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)彈跳過(guò)多或時(shí)間過(guò)長(cháng)，可以增加RC時(shí)間常數以進(jìn)行補償。還要記住，這個(gè)RC時(shí)間延遲意味著(zhù)您需要等待才能再次操作開(kāi)關(guān)，因為如果您過(guò)早再次操作開(kāi)關(guān)，它將不會(huì )生成另一個(gè)輸出信號。

雖然這種簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)去抖電路適用于將單個(gè)（SPST）開(kāi)關(guān)與電子和微控制器電路進(jìn)行輸入接口，但RC時(shí)間常數的缺點(diǎn)是它在下一個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作發(fā)生之前引入了延遲。

如果開(kāi)關(guān)動(dòng)作快速改變狀態(tài)，或者像鍵盤(pán)上的多個(gè)鍵被操作，那么這種延遲可能是不可接受的?？朔藛?wèn)題并產(chǎn)生更快輸入接口電路的一種方法是使用交叉耦合的2輸入NAND或2輸入NOR門(mén)，如下所示。

使用NAND門(mén)的開(kāi)關(guān)去抖

這種簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)去抖電路的優(yōu)點(diǎn)是，如果開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)彈跳過(guò)多或時(shí)間過(guò)長(cháng)，可以通過(guò)增加RC時(shí)間常數來(lái)補償。需要注意的是，這種RC時(shí)間延遲意味著(zhù)在再次操作開(kāi)關(guān)之前需要等待一段時(shí)間，因為如果過(guò)早再次操作開(kāi)關(guān)，它將不會(huì )生成另一個(gè)輸出信號。

雖然這種簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)去抖電路適用于將單刀單擲（SPST）開(kāi)關(guān)與電子和微控制器電路進(jìn)行輸入接口，但RC時(shí)間常數的缺點(diǎn)是它在下一個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作發(fā)生之前引入了延遲。

如果開(kāi)關(guān)動(dòng)作快速改變狀態(tài)，或者像鍵盤(pán)上的多個(gè)鍵被操作，那么這種延遲可能是不可接受的?？朔藛?wèn)題并產(chǎn)生更快輸入接口電路的一種方法是使用交叉耦合的2輸入NAND或2輸入NOR門(mén)，如下所示。

使用NAND門(mén)的開(kāi)關(guān)去抖

使用交叉耦合NAND門(mén)的開(kāi)關(guān)去抖

這種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)去抖電路的操作方式與我們之前在時(shí)序邏輯部分討論的SR觸發(fā)器非常相似。兩個(gè)數字邏輯門(mén)被連接為一對交叉耦合的NAND門(mén)，其輸入為低電平有效，形成一個(gè)SR鎖存電路，其中兩個(gè)NAND門(mén)輸入通過(guò)兩個(gè)1kΩ上拉電阻保持高電平（+5V），如圖所示。

此外，由于該電路作為置位-復位（Set-Reset）SR鎖存器工作，因此需要一個(gè)單刀雙擲（SPDT）切換開(kāi)關(guān)，而不是之前RC去抖電路中的單刀單擲（SPST）開(kāi)關(guān)。

當交叉耦合NAND去抖電路的開(kāi)關(guān)處于位置A時(shí)，NAND門(mén)U1被“置位”，輸出Q為高電平（邏輯“1”）。當開(kāi)關(guān)移動(dòng)到位置B時(shí)，U2被“置位”，從而復位U1。此時(shí)輸出Q為低電平（邏輯“0”）。

通過(guò)在位置A和B之間操作開(kāi)關(guān)，輸出Q會(huì )在高電平和低電平之間切換。由于鎖存器需要兩個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作來(lái)置位和復位，因此開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)在打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)的任何彈跳都不會(huì )在輸出Q上顯示出來(lái)。此外，這種SR鎖存去抖電路的優(yōu)點(diǎn)是它可以提供互補的輸出Q和Q?。

除了使用交叉耦合的NAND門(mén)形成雙穩態(tài)鎖存輸入接口電路外，我們還可以通過(guò)改變兩個(gè)電阻的位置并將其值減小到100Ω來(lái)使用交叉耦合的NOR門(mén)，如下所示。

使用NOR門(mén)的開(kāi)關(guān)去抖

使用交叉耦合NOR門(mén)的開(kāi)關(guān)去抖

交叉耦合NOR門(mén)去抖電路的操作與NAND電路相同，只是當開(kāi)關(guān)處于位置B時(shí)，輸出Q為高電平；當開(kāi)關(guān)處于位置A時(shí)，輸出Q為低電平。這與交叉耦合NAND雙穩態(tài)鎖存器的操作相反。

需要注意的是，當使用NAND或NOR鎖存器作為去抖電路進(jìn)行開(kāi)關(guān)輸入接口時(shí)，NAND配置需要低電平或邏輯“0”輸入信號來(lái)改變狀態(tài)，而NOR配置需要高電平或邏輯“1”輸入信號來(lái)改變狀態(tài)。

與光電器件的接口

光耦合器（或光隔離器）是一種電子元件，內部包含一個(gè)LED和一個(gè)光敏器件（如光電二極管或光電晶體管），封裝在同一外殼中。

我們在之前的教程中討論的光耦合器通過(guò)光敏光學(xué)接口連接兩個(gè)獨立的電路。這意味著(zhù)我們可以有效地將不同電壓或功率等級的電路接口在一起，而不會(huì )相互影響。

光學(xué)開(kāi)關(guān)（或光電開(kāi)關(guān)）是另一種用于輸入接口的光學(xué)（光電）開(kāi)關(guān)器件。其優(yōu)點(diǎn)在于，光學(xué)開(kāi)關(guān)可以用于將有害電壓電平接口到微控制器、PIC和其他數字電路的輸入引腳，或者通過(guò)光檢測物體，因為這兩個(gè)組件在電氣上是分離的，但在光學(xué)上是耦合的，提供了高度的隔離（通常為2-5kV）。

光學(xué)開(kāi)關(guān)有多種類(lèi)型和設計，適用于各種接口應用。光學(xué)開(kāi)關(guān)最常見(jiàn)的用途是檢測移動(dòng)或靜止的物體。光電晶體管和光電達林頓配置提供了光電開(kāi)關(guān)所需的大部分功能，因此是最常用的。

槽式光學(xué)開(kāi)關(guān)

槽式光學(xué)開(kāi)關(guān)

通常使用直流電壓驅動(dòng)發(fā)光二極管（LED），將輸入信號轉換為紅外光能量。這種光通過(guò)隔離間隙反射并被另一側的光電晶體管收集，然后轉換回輸出信號。

對于普通的光電開(kāi)關(guān)，LED的正向電壓降在正常輸入電流為5到20毫安時(shí)約為1.2到1.6伏。這給出了串聯(lián)電阻值在180到470Ω之間。

槽式光電開(kāi)關(guān)電路

槽式光電輸入接口電路

旋轉和槽式盤(pán)光學(xué)傳感器廣泛用于位置編碼器、軸編碼器，甚至計算機鼠標的旋轉輪中，因此它們是出色的輸入接口設備。旋轉盤(pán)上切出了多個(gè)槽，均勻分布的槽數表示每度旋轉的分辨率。典型的編碼盤(pán)每轉最多可產(chǎn)生256個(gè)脈沖或8位分辨率。

在盤(pán)旋轉一圈的過(guò)程中，LED發(fā)出的紅外光通過(guò)槽照射到光電晶體管上，然后隨著(zhù)盤(pán)的旋轉被阻擋，每次通過(guò)槽時(shí)晶體管都會(huì )“打開(kāi)”和“關(guān)閉”。電阻R1設置LED電流，而上拉電阻R2確保在晶體管“關(guān)閉”時(shí)將電源電壓Vcc連接到施密特反相器的輸入，產(chǎn)生低電平（邏輯“0”）輸出。

當盤(pán)旋轉到開(kāi)口處時(shí)，LED發(fā)出的紅外光照射到光電晶體管上，并將集電極到發(fā)射極的端子短路到地，產(chǎn)生施密特反相器的低電平輸入，反相器輸出高電平或邏輯“1”。

如果反相器的輸出連接到數字計數器或編碼器，則可以確定軸的位置或計算單位時(shí)間內的軸轉數以給出軸的每分鐘轉數（rpm）。

除了使用槽式光電設備作為輸入接口開(kāi)關(guān)外，還有另一種稱(chēng)為反射式光學(xué)傳感器的光學(xué)設備，它使用LED和光電器件來(lái)檢測物體。反射式光電開(kāi)關(guān)可以通過(guò)反射（因此得名）LED的紅外光來(lái)檢測反射物體的存在或不存在。反射式光電傳感器的基本布置如下所示。

反射式光學(xué)開(kāi)關(guān)

反射式光學(xué)開(kāi)關(guān)

光電晶體管具有非常高的“關(guān)閉”電阻（黑暗）和低的“打開(kāi)”電阻（光），這取決于從LED照射到其基極的光量。如果傳感器前方?jīng)]有物體，LED的紅外光將向前照射為單一光束。

當物體靠近傳感器時(shí)，LED的光被反射回來(lái)并被光電晶體管檢測到。光電晶體管感測到的反射光量和晶體管的飽和程度取決于物體的接近程度或反射率。

其他類(lèi)型的光電器件

除了使用槽式或反射式光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行電路的輸入接口外，我們還可以使用其他類(lèi)型的半導體光檢測器，如光敏電阻、PN結光電二極管甚至太陽(yáng)能電池。所有這些光敏器件都使用環(huán)境光（如陽(yáng)光或普通室內光）來(lái)激活設備，使它們能夠輕松地與任何類(lèi)型的電子電路接口。

普通的信號和功率二極管的PN結被密封在塑料外殼中，既為了安全，也為了防止光子照射到PN結上。當二極管反向偏置時(shí)，它會(huì )阻止電流流動(dòng)，就像一個(gè)高電阻的斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。然而，如果我們用光照射這個(gè)PN結，光子會(huì )打開(kāi)結，允許電流流動(dòng)，具體取決于照射到結上的光強度。

光電二極管通過(guò)在其PN結上設置一個(gè)小透明窗口來(lái)利用這一點(diǎn)，使光電二極管對光非常敏感。根據半導體摻雜的類(lèi)型和數量，一些光電二極管對可見(jiàn)光敏感，而另一些對紅外（IR）光敏感。

當沒(méi)有入射光時(shí)，反向電流幾乎可以忽略不計，稱(chēng)為“暗電流”。光強度的增加會(huì )導致反向電流的增加。

因此，我們可以看到光電二極管只允許反向電流在一個(gè)方向上流動(dòng)，這與標準整流二極管相反。這種反向電流只有在光電二極管接收到特定量的光時(shí)才會(huì )流動(dòng)，在黑暗條件下表現為非常高的阻抗，在明亮光條件下表現為低阻抗器件，因此光電二極管可以在許多應用中用作高速光檢測器。

光電二極管的接口

使用光電二極管的輸入接口電路

在左側的兩個(gè)基本電路中，光電二極管通過(guò)電阻反向偏置，輸出電壓信號取自串聯(lián)電阻的兩端。該電阻可以是固定值，通常在10kΩ到100kΩ之間，或者如圖所示，作為可變的100kΩ電位器。該電阻可以連接在光電二極管和0V地之間，或者連接在光電二極管和正Vcc電源之間。

雖然像BPX48這樣的光電二極管對光強度的變化響應非?？?，但與其他光電器件（如硫化鎘LDR）相比，它們的靈敏度較低，因此可能需要某種形式的放大，如晶體管或運算放大器。

我們已經(jīng)看到光電二極管可以用作由照射到其結上的光量控制的可變電阻器件。光電二極管可以在納秒內或頻率高于1MHz的情況下從“開(kāi)”切換到“關(guān)”，因此常用于光學(xué)編碼器和光纖通信中。

除了PN結光電器件（如光電二極管或光電晶體管）外，還有其他類(lèi)型的半導體光檢測器，它們沒(méi)有PN結，并且其電阻特性隨光強度的變化而變化。這些器件稱(chēng)為光敏電阻（LDR）。

LDR，也稱(chēng)為硫化鎘（CdS）光電池，是一種被動(dòng)器件，其電阻隨可見(jiàn)光強度的變化而變化。當沒(méi)有光時(shí)，其內部電阻非常高，達到兆歐（MΩ）級別。然而，當被強光照射時(shí)，其電阻會(huì )降至1kΩ以下。因此，光敏電阻的操作方式類(lèi)似于電位器，但由光強度控制其電阻值。

光敏電阻的接口

使用LDR光敏電阻的輸入接口電路

光敏電阻的電阻值隨光強度成比例變化。因此，LDR可以與串聯(lián)電阻R一起形成跨電源的電壓分壓網(wǎng)絡(luò )。在黑暗中，LDR的電阻遠大于電阻的電阻，因此通過(guò)將LDR從電源連接到電阻或將電阻連接到地，可以將其用作光檢測器或暗檢測器，如圖所示。

由于像NORP12這樣的LDR會(huì )產(chǎn)生與其電阻值相關(guān)的可變電壓輸出，因此它們可以用于模擬輸入接口電路。但LDR也可以作為惠斯通電橋的一部分連接到運算放大器電壓比較器或施密特觸發(fā)電路的輸入，以生成用于數字和微控制器輸入電路的數字信號。

簡(jiǎn)單的閾值檢測器（用于光強、溫度或應變）可以生成TTL兼容的輸出，適合直接連接到邏輯電路或數字輸入端口?；谶\算放大器比較器的光強和溫度閾值檢測器在測量值超過(guò)或低于閾值設置時(shí)生成邏輯“1”或邏輯“0”輸入。

輸入接口總結

正如我們在本教程部分中看到的輸入和輸出設備，有許多不同類(lèi)型的傳感器可以將一個(gè)或多個(gè)物理屬性轉換為電信號，然后由適當的電子、微控制器或數字電路進(jìn)行處理和使用。

問(wèn)題是幾乎所有被測量的物理屬性都不能直接連接到處理或放大電路。因此，需要某種形式的輸入接口電路來(lái)將各種不同的模擬輸入電壓和電流接口到微處理器數字電路。

如今，隨著(zhù)現代PC、微控制器、PIC和其他基于微處理器的系統的發(fā)展，輸入接口電路使這些低電壓、低功率設備能夠輕松地與外部世界通信，因為許多基于PC的設備都內置了輸入輸出端口，用于在控制器程序和連接的開(kāi)關(guān)或傳感器之間傳輸數據。

我們已經(jīng)看到，傳感器是將一種屬性轉換為電信號的電子組件，從而作為輸入設備。通過(guò)向電子電路添加輸入傳感器，可以提供有關(guān)周?chē)h(huán)境的信息，從而擴展其功能。然而，傳感器不能獨立工作，在大多數情況下，需要一個(gè)稱(chēng)為接口的電氣或電子電路。

因此，輸入接口電路允許外部設備交換信號（數據或代碼），從使用開(kāi)關(guān)去抖技術(shù)的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)（如單個(gè)按鈕或鍵盤(pán)用于數據輸入）到可以檢測光、溫度、壓力和速度等物理量的輸入傳感器，并通過(guò)模數轉換器進(jìn)行轉換。接口電路使我們能夠做到這一點(diǎn)。