如何提高單片機IO口驅動能力？詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-12-20
單片機的IO口可以輸出三種狀態：高電平、低電平、高阻。一般不同封裝和顏色的驅動電壓和電流都有些許差異，具體要參照使用LED的規格書。這里演示為2V/20mA就可額定工作條件的LED。
那么利用IO口的低電平狀態可以設計如圖方式1的驅動LED方法（這個也是不用三極管情況下常用的方式），利用IO口的高電平狀態可以設計如圖方式2的驅動LED方式。
那么實際搭好電路和載入驅動程序后，方式1可以完美運行，但是方式2的燈卻不能亮。為什么呢?這就要引入灌電流和拉電流的概念來解釋了。
1、灌電流：圖中第（1）個連接方式中，單片機輸出低電平時，電流方向由外部進入單片機，稱為灌電流，電流由外部電源提供。
2、拉電流：圖中第（2）個連接方式中，單片機輸出高電平時，電流方向由單片機輸出到外部，稱為拉電流，電流由單片機提供，可理解為“外部元件從單片機取電”。
如果你查看單片機的規格書，你會發現IO口允許外部灌入電流可以達到幾十mA，但是對所有IO口合計的總灌入電流是有限制的，所以你需要同時驅動幾個LED亮，可能是行不通的。
而再來看單片機的拉電流是uA級別的，根本無法驅動外部LED。那么為什么高電平狀態，驅動能力這么弱呢？原因是IO口內部集成了較大的上拉電阻，而到GND是有一個開關管（阻抗非常低、可以忽略）控制的。
上面僅僅講述了單片機IO口的情況，那么舉一反三，很多IC的GPIO口都會有灌入電流和拉電流的限制，所以在使用的時候要注意這個電流的限制。
可以知道使用方式1驅動LED對LED數量是有限制的。另外如果LED發生損壞短路，也會有電流直接流入IO口，可能造成單片機損壞。就有人引入了三極管來解決這些問題，IO口只負責控制三極管通斷即可。
應盡可能選三極管飽和后Vce壓降小的。這里飽和后Vce=0.1V。LED 2V/20mA驅動，那么三極管Ic=20mA。限流電阻R1=（5-2-0.1）V/20mA=145Ω，145不是標稱值，那么實際選擇150Ω的電阻，實際Ic=（5-2-0.1）V/20mA=19mA。
然后確認三極管的放大倍數Hfe，假設是100，那么三極管B極電流是19mA/100=0.19mA。
也就是說如果IO口需要驅動這個LED，必須支持的最小輸出電流至少為0.19mA。這個電流非常小，多個串口同時驅動多個LED，壓力也沒那么大。
但是假如你用的這個ICIO口最大輸出電流只有0.1mA，還是無法滿足怎么辦，那么就需要NPN+PNP兩個三極管組合來解決了。
參照上圖，如果只用一個NPN管來驅動LED，那么Ic電流=25mA，那么KRC103S 基極電流Ib=Ic/Hfe=25mA/150=0.167mA，很明顯驅動不了。
那么再加入一個PNP管KRA102S，PNP管基極電流Ib=Ic/Hfe=25mA/100=0.25mA，然后NPN管導通其Ic=0.25mA，那么IO口的電流就只有0.25mA/150=0.002mA。這樣一來控制IC就能驅動LED了。
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