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1、計算機控制技術吳國輝第五章數(shù)字量輸入輸出通道學習要點1.光電耦合隔離器的結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動電路；第五章數(shù)字量輸入輸出通道引言5.1光電耦合隔離技術5.2數(shù)字量輸入通道5.3數(shù)字量輸出通道5.4DI/DO模板本章小結思考題引 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
2、號的計數(shù)和定時等等。5.1光電耦合隔離技術主要知識點1光電耦合隔離器2光電耦合隔離電路5.1光電耦合隔離技術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，如下圖所示。它們的原理是相同的，即都是通過電?光?電這種信號轉換，利用光信號的傳送不受電磁場的干擾而完成隔離功能的。5.1光電耦合隔離技術1光電耦合隔離器現(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構原理，如下所示。5.1光電耦合隔離技術1光電耦合隔離器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
3、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通道中的A/D轉換器與CPU或CPU與D/A轉換器之間的數(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。5.1光電耦合隔離技術1光電耦合隔離器例如在現(xiàn)場傳感器與A/D轉換器或D/A轉換器與現(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；缺點是調試困難，如果光耦挑選得不合適，會影響A/D或D/A轉換的精度和線性度。數(shù)字信號隔離方法的優(yōu)點是
4、調試簡單，不影響系統(tǒng)的精度和線性度；5.1光電耦合隔離技術1光電耦合隔離器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，用于驅動發(fā)光管的電源與驅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。5.1光電耦合隔離技術1光電耦合隔離器因此，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。5.1
5、光電耦合隔離技術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，如下圖所示。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5.1光電耦合隔離技術2光電耦合隔離電路電極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，
6、完成了數(shù)字信號的同相傳遞。5.1光電耦合隔離技術2光電耦合隔離電路遞傳相同量字數(shù)遞傳相反量字數(shù)+5V+5V+5V+5Vccee++--D7~D074LS273數(shù)據(jù)緩沖器選通脈沖b(a(D7~D074LS273數(shù)據(jù)緩沖器選通脈沖5.1光電耦合隔離技術2光電耦合隔離電路數(shù)字量反相傳遞如圖（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。從而完成了數(shù)字信號的反相傳遞。5.2數(shù)字量輸入通道1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)字信號轉換成計算機易于接受的形式。信號調理電路--雖然都是數(shù)字信號，不需進行
7、A/D轉換，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理電路。5.2數(shù)字量輸入通道2開關輸入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，主要是考慮信號調理技術，如電平轉換，RC濾波，過電壓保護，反電壓保護，光電隔離等。 （1）電平轉換是用電阻分壓法把現(xiàn)場的電流信號轉換為電壓信號。 （2）RC濾波是用RC濾波器濾出高頻干擾。5.2數(shù)字量輸入通道2開關輸入電
