本节书摘来异步社区《例说8051：单片机程序设计案例教程》一书中的第2章，第2.3节，作者：张义和,陈敌北，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看
2-3 输出电路设计
例说8051：单片机程序设计案例教程
8051的输出端口可直接连接数字电路，也可用来驱动LED、继电器或喇叭等负载，以下就来探讨如何与这些负载“过招”。
2-3-1 驱动LED
发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）体积小，功耗低，常被用作微机与数字电路的输出设备，用来指示信号状态。近年来LED的技术发展很快，在颜色方面，除了红色、绿色、黄色外，还出现了蓝色与白色，而高亮度的LED更是取代了传统灯泡成为交通灯（红绿灯）的发光器件；就连汽车的尾灯也开始流行使用LED车灯。
一般地，LED具有二极管的特点，反向偏压时，LED将不发光；正向偏压时，LED将发光；以红色LED为例，正向偏压时LED两端约有1.7V的压降（比二极管大），图2-9所示为其特性曲线。
随着通过LED正向电流的增加，LED将更亮，而LED的寿命也将缩短，因此以10mA～20mA的大小为宜。8051的输入/输出口都是漏极开路的输出，其中的P1、P2与P3内部有30k上拉电阻，因此想从P1、P2或P3流出10mA～20mA的电流，恐怕有困难。如果从外面流入8051的Port，那电流就可以大一点，如图2-10所示。
如图2-10（b）所示，当输出低电平时，输出端的FET将导通，输出端电压接近0V，若LED顺向时，两端电压V_D为1.7V，则限流电阻R两端将存在3.3V（即5-1.7）的电压。如果希望流过LED的电流I_D限制为10mA，则此限流电阻R为：
对于TTL电平的数字电路或微控制器电路，LED所串接的限流电阻大多为200～330，电阻越小，LED越亮。若LED为非连续负载（例如扫描电路或闪烁灯），则电流还可大一点，甚至采用50～100的限流电阻即可。
2-3-2 驱动继电器
如果要利用8051来控制不同电压或较大电流的负载时，则可通过继电器（RELAY）来隔离控制的意图。若要驱动继电器，光靠8051输出口的电流恐怕不够，况且驱动继电器线圈这种感性负载还要有些保护才行。我们可使用晶体管来控制继电器，以12V继电器为例，如图2-11所示。
在此这个晶体管是当成开关来用，以图2-11（a）为例，8051输出高电平时，晶体管工作于饱和状态，8051输出低电平时，晶体管工作于截止状态。图2-11（b）则相反，8051输出低电平时，晶体管工作于饱和状态，8051输出高电平时，晶体管工作于截止状态。其中的二极管D提供继电器线圈电流的放电路径，以保护晶体管。由于线圈属于电感性负载，当晶体管截止时，i_c=0，而原本线圈上的电流i_L不可能瞬间为0，所以二极管D就提供一个i_L的放电路径，使线圈不会产生高的感应电动势，就不会破坏晶体管了。
如果要同时有多个输出端口要驱动继电器，则可使用集电极式（OC）输出的反相门，如7405（驱动5V的继电器）或7406（驱动较高电压的继电器，最高30V），如图2-12所示。
2-3-3 驱动蜂鸣器
在微处理电路上的发声设备称为蜂鸣器（buzzer），蜂鸣器类似于小型喇叭。市售蜂鸣器分为电压型与脉冲型两类，电压型蜂鸣器得电就会鸣叫，其频率固定；脉冲型蜂鸣器必须加入脉冲才会发出声响，且其声音的频率就是加入脉冲的频率，在此就是使用脉冲型蜂鸣器。图2-13所示为12mm脉冲型蜂鸣器的外观与尺寸。
89S51驱动蜂鸣器的信号为各种频率的脉冲，其驱动方式可采用达林顿晶体管，或以两个常用的小晶体管（如CS9013）连接成达林顿结构，图2-14（a）适用于P1～P3，图2-14（b）增加了一个上拉电阻，适用于P0～P3。这两个驱动电路属于高电平动作（active high），也就是输出1时，蜂鸣器吸合，输出0时，蜂鸣器放开。对于蜂鸣器而言，其发声原理在于吸放动作所引起的簧片振动，至于先吸后放，还是先放后吸，并不重要。
因此，我们可采用低电平动作（active low），也就是输出0时，蜂鸣器吸合，输出1时，蜂鸣器放开。而其驱动电路就非常简单，如图2-15所示，不管使用哪个端口都可以，且驱动电流都足以使晶体管输出饱和。当端口输出1时，CPU内部的FET不导通，所以，i_b=0，i_c=0，蜂鸣器放开；当端口输出0时，CPU内部的FET导通，可吸入大电流（数毫安），所以，i_b很大，i_c当然会很大，蜂鸣器将被吸住。另外，在晶体管BE之间连接一个泄放电阻器（10k），其目的是让晶体管从饱和到截止时，提供一个泄放BE间少数载流子的路径，以加速切换，防止拖音。
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