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1、本章主要內(nèi)容引言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4.4DI/DO模板本章小結(jié)思考題在微機(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，晶閘管的通和斷，閥門的打開(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。引言4.1光電耦合隔離技術(shù)主要知識(shí)點(diǎn)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(jí)不同
2、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。圖4-1光電耦合隔離器的幾種類型現(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。圖4-2光電耦合隔離器的結(jié)構(gòu)原理鏈接動(dòng)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(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
3、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(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。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；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
4、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與輸入端相互間的反饋和干擾；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)計(jì)算機(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。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4-3（a）所示，光耦的輸入正端接正
5、電源，輸入負(fù)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(guò)電阻接另一個(gè)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(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。4.1.2光電耦合隔離電路鏈接動(dòng)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(gè)正電源，而發(fā)射極e端通過(guò)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
6、信號(hào)的反相傳遞。4.2數(shù)字量輸入通道主要知識(shí)點(diǎn)引言4.2.1開(kāi)關(guān)輸入電路4.2.2脈沖計(jì)數(shù)電路引言數(shù)字量輸入通道（DI通道）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。信號(hào)調(diào)理電路--雖然都是數(shù)字信號(hào)，不需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，但對(duì)通道中可能引入的各種干擾必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施，即在外部信號(hào)與單片機(jī)之間要設(shè)置輸入信號(hào)調(diào)理電路。凡在電路中起到通、斷作用的各種按鈕、觸點(diǎn)、開(kāi)關(guān)，其端子引出均統(tǒng)稱為開(kāi)關(guān)信號(hào)。在開(kāi)關(guān)輸入電路中，主要是考慮信號(hào)調(diào)理技術(shù)，如電平轉(zhuǎn)換，RC濾波，過(guò)電壓保護(hù)，反電壓保護(hù)，光電隔離等。 （1）電平轉(zhuǎn)換是用電阻分壓法把現(xiàn)場(chǎng)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為
7、電壓信號(hào)。 （2）RC濾波是用?RC?濾波器濾出高頻干擾。 （3）過(guò)電壓保護(hù)是用穩(wěn)壓管和限流電阻作過(guò)電壓保護(hù)；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(hù)是串聯(lián)一個(gè)二極管防止反極性電壓輸入。 （5）光電隔離用光耦隔離器實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外部的完全電隔離。4.2.1開(kāi)關(guān)輸入電路典型的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理電路如圖?4-4?所示。點(diǎn)劃線右邊是由開(kāi)關(guān)?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。交流輸入電路比直流輸入電路多一個(gè)降壓電容和整流橋塊，可把高壓交流(如380VAC)變換為低壓直流(如5VDC)。開(kāi)關(guān)?S?的狀態(tài)經(jīng)?RC?
8、濾波、穩(wěn)壓管?D1?箝位
