計算機控制系統(tǒng)-數(shù)字量輸入輸出通道.ppt

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1、第四章:數(shù)字量輸入輸出通道1、光電耦合隔離器的結(jié)構原理及其隔離電路；2、數(shù)字量輸入通道中幾種典型電路；3、數(shù)字量輸出通道幾種典型驅(qū)動電路；學習要點本章主要內(nèi)容引言4.1光電耦合隔離技術4.2數(shù)字量輸入通道4.3數(shù)字量輸出通道4.4DI/DO模板本章小結(jié)思考題在微機控制系統(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，晶閘管的通和斷，閥門的打開和關閉，儀器儀表的BCD碼，以及脈沖信號的計數(shù)和定時等等。引言4.1光電耦合隔

2、離技術主要知識點4.1.1光電耦合隔離器4.1.2光電耦合隔離電路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。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)構原理，如圖4-2所示。圖4-2光電耦合隔離器的結(jié)構原理鏈接動畫光電耦合隔離器的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特性（即光敏三極管工作在截止區(qū)、飽和區(qū)），可傳送數(shù)

3、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特性對數(shù)字信號進行隔離。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；缺點是使用較多的光耦器件，成本較高。但因光

4、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與輸入端相互間的反饋和干擾；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。為了適應計算機控制系統(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。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。數(shù)字量同相傳遞如圖4

5、-3（a）所示，光耦的輸入正端接正電源，輸入負端接到與數(shù)據(jù)總線相連的數(shù)據(jù)緩沖器上，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，光耦輸出端即從集電極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。4.1.2光電耦合隔離電路鏈接動畫數(shù)字量反相傳遞如圖4-3（b）所示，與（a）不同的是光耦的集電極c端直接接另一個正電源，而發(fā)射極e端通過電阻接地，則光耦輸出端從發(fā)射極e端引出。從而完成

6、了數(shù)字信號的反相傳遞。4.2數(shù)字量輸入通道主要知識點引言4.2.1開關輸入電路4.2.2脈沖計數(shù)電路引言數(shù)字量輸入通道（DI通道）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。信號調(diào)理電路--雖然都是數(shù)字信號，不需進行A/D轉(zhuǎn)換，但對通道中可能引入的各種干擾必須采取相應的技術措施，即在外部信號與單片機之間要設置輸入信號調(diào)理電路。凡在電路中起到通、斷作用的各種按鈕、觸點、開關，其端子引出均統(tǒng)稱為開關信號。在開關輸入電路中，主要是考慮信號調(diào)理技術，如電平轉(zhuǎn)換，RC濾波，過電壓保護，反電壓保護，光電隔離等。（1）電平轉(zhuǎn)換是用電阻分壓法把現(xiàn)場的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。（2）RC

7、濾波是用?RC?濾波器濾出高頻干擾。（3）過電壓保護是用穩(wěn)壓管和限流電阻作過電壓保護；用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬態(tài)尖峰電壓箝位在安全電平上。（4）反電壓保護是串聯(lián)一個二極管防止反極性電壓輸入。（5）光電隔離用光耦隔離器實現(xiàn)計算機與外部的完全電隔離。4.2.1開關輸入電路典型的開關量輸入信號調(diào)理電路如圖?4-4?所示。點劃線右邊是由開關?S與電源組成的外部電路，（a）是直流輸入電路，（b）是交流輸入電路。交流輸入電路比直