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接口设计h—AT89C51RD2驱动功率继电器

设计要求：89C51RD2电源：3.3V±10%，继电器电源：12V±10%；继电器OMRON G4A；环境温度-20～50oC

分析：89C51RD2的输出直流驱动能力很弱，且高电平的驱动能力很低。本设计的最佳方案是采用NMOS晶体管驱动。但由于电源电压较低（2.97~3.63）必须使用低开启电压晶体管，同时必须考虑开启电压有很大的工艺波动范围。由于结型晶体管需要的驱动电压较低，NPN驱动也是可能的方案。根据89C51RD2数据手册，低电平输出电流为1.6mA时，输出电压可达0.45V(Vdd=5, 低电源电压时，情况更坏)，如果环境温度较高，NPN晶体管可能会导通。因此必须降低晶体管的驱动电流而选用b较大的晶体管，保证晶体管能够在饱和与关断间工作。

89C51RD2输出端口模型

RD2数据手册给出了P1,2,3,4端口的内部电路图，有3个上拉PMOS管：强上拉用于输出上升加速，中上拉为了使端口具有较低的高电平输出阻抗，弱上拉为了在端口作为输入时具有较小的低电平输入电流。

根据数据手册（89c51rd2 datasheet p14）提供的数据（P114，115）建立端口的近似模型（接近最坏情况）如下：

工作任务

1-1、研究以下电路能否满足设计要求。

提示：需要考虑最大、最小电源电压，U1最大最小开启电压，温度范围-20~50oC下的情况。

1-2、如果电路中晶体管改为2N7000或2N7002，能否满足设计要求?为什么?

2-1、研究以下电路能否满足设计要求。

提示，特别注意要仿真温度-20~50oC下的情况，研究如何通过选择R3，R2来保证T1能够正常工作。注意晶体管模型中b使用的是典型参数，要根据他的数据手册选择最小参数以保证电路的成品率。

2-2、如果电路中晶体管改为2n5551或2n4593能否满足设计要求?为什么?

4、根据以上的研究，总结低电源电压下51驱动较大电流负载时的驱动电路设计规律。

参考资料

AT89C51RD2, 2N7000，2N7002, ZVN4424A, ZVA4210A, G4A 等元器件数据手册

其他小功率晶体管主要参数

89C51RD2的端口仿真模型

两名同学组成一个小组共同完成研究报告，注意本次研究报告评分计入平时成绩。

要求报告不超过4000字或4页。写作格式参考：http://wenku.baidu.com/view/e344803f5727a5e9856a610c.html

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