微機控制技術(shù)王用倫課件 第4章 數(shù)字量輸入輸出通道.ppt

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1、第4章數(shù)字量輸入輸出通道學習目標1．掌握光電耦合隔離器的結(jié)構(gòu)原理及其在數(shù)字信號中的隔離電路。2．學會分析數(shù)字量輸入通道中的信號調(diào)理、脈沖計數(shù)與撥盤開關(guān)等典型電路。3．學會分析數(shù)字量輸出通道中的三極管、繼電器、晶閘管與固態(tài)繼電器等典型驅(qū)動電路。返回總目錄引言4.1光電耦合隔離技術(shù)4.2數(shù)字量輸入通道4.3數(shù)字量輸出通道本章小結(jié)思考題引言在微機控制系統(tǒng)中，除了要處理模擬量信號以外，還要處理另一類數(shù)字信號，包括開關(guān)信號、脈沖信號。它們是以二進制的邏輯“1”和“0”或電平的高和低出現(xiàn)的。如開關(guān)觸點的閉合和斷開，指示燈的亮和滅，繼電器或接觸器的吸合和釋放，馬達的啟動和停止

2、，晶閘管的通和斷，閥門的打開和關(guān)閉，儀器儀表的BCD碼，以及脈沖信號的計數(shù)和定時等等。4.1光電耦合隔離技術(shù)4.1.1光電耦合隔離器4.1.2光電耦合隔離電路微機控制系統(tǒng)的輸入信號來自于現(xiàn)場的信號傳感器，輸出信號又送回現(xiàn)場的執(zhí)行器。因此，現(xiàn)場的電磁干擾會通過輸入輸出通道串入到微機系統(tǒng)中，這就需要采用通道隔離技術(shù)。最常用的方法是光電耦合隔離技術(shù)。4.1.1光電耦合隔離器光電耦合隔離器按其輸出級不同可分為三極管型、單向晶閘管型、雙向晶閘管型等幾種，如圖4-1所示。它們的原理是相同的，即都是通過電-光-電這種信號轉(zhuǎn)換，利用光信號的傳送不受電磁場的干擾而完成隔離功能的。

3、圖4-1光電耦合隔離器的幾種類型現(xiàn)以最簡單的三極管型光電耦合隔離器為例來說明它的結(jié)構(gòu)原理。如圖4-2所示，三極管型光耦器件是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個管殼內(nèi)，發(fā)光二極管為光耦隔離器的信號輸入端，光敏三極管的集電極和發(fā)射極為光耦的輸出端，它們之間的信號傳遞是靠發(fā)光二極管在信號電壓的控制下發(fā)光，傳送給光敏三極管來完成的。其輸入輸出類似普通三極管的輸入輸出特性，即存在著截止區(qū)、飽和區(qū)與線性區(qū)三部分。利用光耦隔離器的開關(guān)特性（即光敏三極管工作在截止區(qū)、飽和區(qū)），可傳送數(shù)字信號而隔離電磁干擾，簡稱對數(shù)字信號進行隔離。例如在數(shù)字量輸入輸出通道中，以及在模擬量輸入輸出

4、通道中的A/D轉(zhuǎn)換器與CPU或CPU與D/A轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)字信號的耦合傳送，都可用光耦的這種開關(guān)特性對數(shù)字信號進行隔離。利用光耦隔離器的線性放大區(qū)（即光敏三極管工作在線性區(qū)），可傳送模擬信號而隔離電磁干擾，簡稱對模擬信號進行隔離。例如在現(xiàn)場傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器或D/A轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場執(zhí)行器之間的模擬信號的線性傳送，可用光耦的這種線性區(qū)對模擬信號進行隔離。光耦的這兩種隔離方法各有優(yōu)缺點。模擬信號隔離方法的優(yōu)點是使用少量的光耦，成本低；缺點是調(diào)試困難，如果光耦挑選得不合適，會影響A/D或D/A轉(zhuǎn)換的精度和線性度。數(shù)字信號隔離方法的優(yōu)點是調(diào)試簡單，不影響系統(tǒng)的精度和線性度

5、；缺點是使用較多的光耦器件，成本較高。但因光耦越來越價廉，數(shù)字信號隔離方法的優(yōu)勢凸現(xiàn)出來，因而在工程中使用的最多。要注意的是，用于驅(qū)動發(fā)光管的電源與驅(qū)動光敏管的電源不應是共地的同一個電源，必須分開單獨供電，才能有效避免輸出端對輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾；另外，發(fā)光二極管的動態(tài)電阻很小，也可以抑制系統(tǒng)內(nèi)外的噪聲干擾。因此，利用光耦隔離器可用來傳遞信號而有效地隔離電磁場的電干擾。為了適應微機控制系統(tǒng)的需求，目前已生產(chǎn)出各種集成的多路光耦隔離器，如TLP系列就是常用的一種。4.1.2光電耦合隔離電路下面以控制系統(tǒng)中常用的數(shù)字信號的隔離方法為例說明光電耦合隔離電路。典型

6、的光電耦合隔離電路有數(shù)字量同相傳遞與數(shù)字量反相傳遞兩種，如圖4-3所示。光耦隔離電路中的數(shù)字量同相傳遞如圖（a）所示，光耦的輸入正端接正電源，輸入負端連到單片機或其它數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)據(jù)線，光耦的集電極c端通過電阻接另一個正電源，發(fā)射極e端直接接地，而光耦的輸出端即從集電極c端引出。當數(shù)據(jù)線為低電平“0”時，發(fā)光管導通且發(fā)光，使得光敏管導通，輸出c端接地而獲得低電平“0”；當數(shù)據(jù)線為高電平“1”時，發(fā)光管截止不發(fā)光，則光敏管也截止使輸出c端從電源處獲得高電平“1”。如此，完成了數(shù)字信號的同相傳遞。光耦隔離電路中的數(shù)字量反相傳遞如圖（b）所示，光耦的輸入正端接正電源，

7、輸入負端連到單片機或其它數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)據(jù)線，光耦的集電極c端直接接另一個正電源，發(fā)射極e端通過電阻接地，而光耦的輸出端從發(fā)射極e端引出。當數(shù)據(jù)線上為低電平“0”時，發(fā)光管導通且發(fā)光，使得光敏管導通，輸出e端從電源處獲得高電平“1”；當數(shù)據(jù)線上為高電平“1”時，發(fā)光管截止不發(fā)光，則光敏管也截止使輸出e端與地同為低電平“0”。如此，完成了數(shù)字信號的反相傳遞。4.2數(shù)字量輸入通道4.2.1信號調(diào)理電路4.2.2脈沖計數(shù)電路4.2.3撥盤開關(guān)電路引言數(shù)字量輸入通道簡稱DI通道，它的任務是把生產(chǎn)過程中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成計算機易于接受的形式。雖然都是數(shù)字信號，不需進行A/D轉(zhuǎn)

8、換，但對通道中可能引入的