片機(jī)抗干擾技術(shù)4開關(guān)量輸入輸出通道隔離

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1、1.開關(guān)量輸入信號的類型開關(guān)量輸入信號有以下基本類型（1）一位的狀態(tài)信號。如閥門的閉合與開啟、電機(jī)的啟動與停止、觸點的接通與斷開。（2）成組的開關(guān)信號。如用于設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)的撥碼開關(guān)組等。（3）數(shù)字脈沖信號。許多數(shù)字式傳感器(如轉(zhuǎn)速、位移、流量的數(shù)字傳感器)將被測物理量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號，這些信號也可歸結(jié)為開關(guān)量。12.開關(guān)量信號輸入通道針對不同性質(zhì)的開關(guān)量輸入信號，可以采取不同的方法輸入計算機(jī)進(jìn)行處理。一般的系統(tǒng)設(shè)定信息和狀態(tài)信息可以采用并行接口輸入；極限報警信號采用中斷方式處理；數(shù)字脈沖信號可以使用系統(tǒng)的定時/計數(shù)器來測量其脈沖寬度、周期或脈沖個數(shù)。2出于安全或

2、抗干擾等方面的考慮，現(xiàn)場的開關(guān)量輸入至計算機(jī)接口前，一般需要進(jìn)行預(yù)處理，然后再送至接口。幾種常用的預(yù)處理方法3圖2.1開關(guān)量輸入通道的典型結(jié)構(gòu)4開關(guān)量輸入的常用預(yù)處理方法信號轉(zhuǎn)換處理安全保護(hù)措施消除機(jī)械抖動影響隔離處理光電耦合器件原理與使用5（1）信號轉(zhuǎn)換處理從工業(yè)現(xiàn)場獲取的開關(guān)量或數(shù)字量，在邏輯上表現(xiàn)為邏輯“1”或邏輯“0”，信號形式則可能是電壓、電流信號或開關(guān)的通斷，其幅值范圍也往往不符合數(shù)字電路的電平范圍要求，因此必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。對于電壓輸入，V1>某一值，為邏輯1對于電流輸入，I>某一值，為邏輯16電壓輸入電路如果是電壓輸入，R1和R2電阻分壓，使得V2符

3、合TTL邏輯規(guī)范V1V2如果是電流輸入，I在電阻R2上的壓降符合TTL邏輯規(guī)范7電流輸入電路如果是電流輸入，I在電阻R2上的壓降符合TTL邏輯規(guī)范8開關(guān)觸點輸入電路對于開關(guān)輸入，S斷開，V2=5V，為邏輯“1”S閉合，V2=0V，為邏輯“0”V2R地阻值可在4.7KΩ～100KΩ之間選取9（2）安全保護(hù)措施在設(shè)計一個計算機(jī)控制系統(tǒng)時，必須針對可能出現(xiàn)的輸入過電壓、瞬間尖峰或極性接反的情況，預(yù)先采取安全保護(hù)措施。信號轉(zhuǎn)換電路，雖然也考慮邏輯電平問題，但在工業(yè)應(yīng)用中，還可能出現(xiàn)意外的過電壓（電流），瞬間干擾等。就是非工業(yè)控制應(yīng)用也可能出現(xiàn)瞬間尖峰過電壓（過電流），例如雷

4、電引起的等。因此還需要有安全保護(hù)電路。常用的保護(hù)電路為：10輸入保護(hù)電路11電平轉(zhuǎn)換與保護(hù)電路組合使用的一個例子：這時，我們可以把分壓電阻去掉，用穩(wěn)壓二極管12（3）隔離處理從工業(yè)現(xiàn)場獲取的開關(guān)量或數(shù)字量的信號電平往往高于計算機(jī)系統(tǒng)的邏輯電平；即使輸入開關(guān)量電壓本身不高，也有可能從現(xiàn)場引入意外的高壓信號；因此必須采取電隔離措施，以保障計算機(jī)系統(tǒng)的安全。常用的隔離措施是采用光電耦合器件實現(xiàn)的。下圖給出了兩種開關(guān)量光電耦合輸入電路，它們除了實現(xiàn)電氣隔離之外，還具有電平轉(zhuǎn)換功能。13圖2.7開關(guān)量光電耦合輸入電路工業(yè)控制的現(xiàn)場開關(guān)，一般使用24VDC電源。注意：現(xiàn)場側(cè)和C

5、PU側(cè)兩邊沒有電的聯(lián)系（獨立的電源和地線）現(xiàn)場側(cè)CPU側(cè)14（4）光電耦合器件原理與使用光電耦合器件是一種常用且非常有效的電隔離手段，由于它價格低廉、可靠性好，被廣泛地用于現(xiàn)場設(shè)備與計算機(jī)系統(tǒng)之間的隔離保護(hù)。根據(jù)輸出級的不同，用于開關(guān)量隔離的光電隔離器件可分為三極管型、可控硅型等幾種，但其工作原理都是采用光作為傳輸信號的媒介，實現(xiàn)電氣隔離。使用光電隔離器件的注意事項以三極管輸出光電耦合器件為例。15圖2.8三極管輸出型光電隔離器件原理當(dāng)輸入側(cè)流過一定的電流IF時，發(fā)光二極管開始發(fā)光，它觸發(fā)光敏三極管使其導(dǎo)通；當(dāng)撤去該電流時，發(fā)光二極管熄滅、三極管截止。這樣，就實現(xiàn)了

6、以光路來傳遞信號，保證了兩側(cè)電路沒有電氣聯(lián)系，從而達(dá)到了隔離的目的。16使用光電隔離器件的注意事項要注意不要超過期間的極限參數(shù)。以三極管輸出隔離器件為例。通過查詢它的技術(shù)說明書，可以獲得使用參數(shù)，主要參數(shù)包括發(fā)光二極管側(cè)的輸入電流，反向電壓等；輸出側(cè)：C-E結(jié)電壓、集電極最大電流隔離電壓電流傳輸比等例如以TLP521-1為例。盡量在推薦條件下使用17極限條件18推薦的使用條件參數(shù)符號最小值min典型值Typ最大值Max單位輸入電流IF—1650mA反向電壓VR5V工作溫度TOPR-25—85℃二極管側(cè)參數(shù)符號最小值min典型值Typ最大值Max單位集電極電流Ic—1

7、10mA輸出側(cè)電壓VCEO55V輸出側(cè)19使用注意事項主要有：輸入側(cè)導(dǎo)通電流頻率特性輸出端工作電流輸出端暗電流隔離電壓電源隔離20（1）輸入側(cè)導(dǎo)通電流為了可靠傳送信息，一般在10mA左右比較合適。當(dāng)然，不同的器件可能會有差異，例如TLP521系列推薦在16mA左右。21①輸入側(cè)導(dǎo)通電流要使光電隔離器件的導(dǎo)通，必須在其輸入側(cè)提供足夠大的導(dǎo)通電流，以使發(fā)光二極管發(fā)光。不同的光電隔離器件的導(dǎo)通電流也不同，典型的導(dǎo)通電流IF=10mA。在使用中，可以根據(jù)應(yīng)用情況適當(dāng)調(diào)整。一般使用，在5～15mA之間選擇，最多情況選擇10mA。22②頻率特性受發(fā)光二極管和光敏元件響應(yīng)時間