微機(jī)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(xué)習(xí)目標(biāo)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(hào)中的隔離電路。2．學(xué)會(huì)分析數(shù)字量輸入通道中的信號(hào)調(diào)理、脈沖計(jì)數(shù)與撥盤(pán)開(kāi)關(guān)等典型電路。3．學(xué)會(huì)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(dòng)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(jī)控制系統(tǒng)中，除了要處理模擬量信號(hào)以外，還要處理另一類(lèi)數(shù)字信號(hào)，包括開(kāi)關(guān)信號(hào)、脈沖信號(hào)。它們是以二進(jìn)制的邏輯“1”和“0”或電平的高和低出現(xiàn)的。如開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的閉合和斷開(kāi)，指示燈的亮和滅，繼電器或接觸器的吸合和釋放，馬達(dá)的啟動(dòng)和停止

2、，晶閘管的通和斷，閥門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉，儀器儀表的BCD碼，以及脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)和定時(shí)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(jī)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)傳感器，輸出信號(hào)又送回現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器。因此，現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾會(huì)通過(guò)輸入輸出通道串入到微機(jī)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(jí)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(guò)電-光-電這種信號(hào)轉(zhuǎn)換，利用光信號(hào)的傳送不受電磁場(chǎng)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(lèi)型現(xiàn)以最簡(jiǎn)單的三極管型光電耦合隔離器為例來(lái)說(shuō)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(gè)管殼內(nèi)，發(fā)光二極管為光耦隔離器的信號(hào)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(hào)傳遞是靠發(fā)光二極管在信號(hào)電壓的控制下發(fā)光，傳送給光敏三極管來(lái)完成的。其輸入輸出類(lèi)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(kāi)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(hào)而隔離電磁干擾，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)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(hào)的耦合傳送，都可用光耦的這種開(kāi)關(guān)特性對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)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(hào)而隔離電磁干擾，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行隔離。例如在現(xiàn)場(chǎng)傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器或D/A轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器之間的模擬信號(hào)的線性傳送，可用光耦的這種線性區(qū)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行隔離。光耦的這兩種隔離方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。模擬信號(hào)隔離方法的優(yōu)點(diǎn)是使用少量的光耦，成本低；缺點(diǎn)是調(diào)試?yán)щy，如果光耦挑選得不合適，會(huì)影響A/D或D/A轉(zhuǎn)換的精度和線性度。數(shù)字信號(hào)隔離方法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)試簡(jiǎn)單，不影響系統(tǒng)的精度和線性度

5、；缺點(diǎn)是使用較多的光耦器件，成本較高。但因光耦越來(lái)越價(jià)廉，數(shù)字信號(hào)隔離方法的優(yōu)勢(shì)凸現(xiàn)出來(lái)，因而在工程中使用的最多。要注意的是，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光管的電源與驅(qū)動(dòng)光敏管的電源不應(yīng)是共地的同一個(gè)電源，必須分開(kāi)單獨(dú)供電，才能有效避免輸出端對(duì)輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾；另外，發(fā)光二極管的動(dòng)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(lái)傳遞信號(hào)而有效地隔離電磁場(chǎng)的電干擾。為了適應(yīng)微機(jī)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(hào)的隔離方法為例說(shuō)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(fù)端連到單片機(jī)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(guò)電阻接另一個(gè)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(dāng)數(shù)據(jù)線為低電平“0”時(shí)，發(fā)光管導(dǎo)通且發(fā)光，使得光敏管導(dǎo)通，輸出c端接地而獲得低電平“0”；當(dāng)數(shù)據(jù)線為高電平“1”時(shí)，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(hào)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(fù)端連到單片機(jī)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(gè)正電源，發(fā)射極e端通過(guò)電阻接地，而光耦的輸出端從發(fā)射極e端引出。當(dāng)數(shù)據(jù)線上為低電平“0”時(shí)，發(fā)光管導(dǎo)通且發(fā)光，使得光敏管導(dǎo)通，輸出e端從電源處獲得高電平“1”；當(dāng)數(shù)據(jù)線上為高電平“1”時(shí)，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(hào)的反相傳遞。4.2數(shù)字量輸入通道4.2.1信號(hào)調(diào)理電路4.2.2脈沖計(jì)數(shù)電路4.2.3撥盤(pán)開(kāi)關(guān)電路引言數(shù)字量輸入通道簡(jiǎn)稱(chēng)DI通道，它的任務(wù)是把生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)易于接受的形式。雖然都是數(shù)字信號(hào)，不需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)

8、換，但對(duì)通道中可能引入的