片机抗干扰技术4开关量输入输出通道隔离

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1、1.开关量输入信号的类型开关量输入信号有以下基本类型（1）一位的状态信号。如阀门的闭合与开启、电机的启动与停止、触点的接通与断开。（2）成组的开关信号。如用于设定系统参数的拨码开关组等。（3）数字脉冲信号。许多数字式传感器(如转速、位移、流量的数字传感器)将被测物理量值转换为数字脉冲信号，这些信号也可归结为开关量。12.开关量信号输入通道针对不同性质的开关量输入信号，可以采取不同的方法输入计算机进行处理。一般的系统设定信息和状态信息可以采用并行接口输入；极限报警信号采用中断方式处理；数字脉冲信号可以使用系统的定时/计数器来测量其脉冲宽度、周期或脉冲个数。2出于安全或

2、抗干扰等方面的考虑，现场的开关量输入至计算机接口前，一般需要进行预处理，然后再送至接口。几种常用的预处理方法3图2.1开关量输入通道的典型结构4开关量输入的常用预处理方法信号转换处理安全保护措施消除机械抖动影响隔离处理光电耦合器件原理与使用5（1）信号转换处理从工业现场获取的开关量或数字量，在逻辑上表现为逻辑“1”或逻辑“0”，信号形式则可能是电压、电流信号或开关的通断，其幅值范围也往往不符合数字电路的电平范围要求，因此必须进行转换处理。对于电压输入，V1>某一值，为逻辑1对于电流输入，I>某一值，为逻辑16电压输入电路如果是电压输入，R1和R2电阻分压，使得V2符

3、合TTL逻辑规范V1V2如果是电流输入，I在电阻R2上的压降符合TTL逻辑规范7电流输入电路如果是电流输入，I在电阻R2上的压降符合TTL逻辑规范8开关触点输入电路对于开关输入，S断开，V2=5V，为逻辑“1”S闭合，V2=0V，为逻辑“0”V2R地阻值可在4.7KΩ～100KΩ之间选取9（2）安全保护措施在设计一个计算机控制系统时，必须针对可能出现的输入过电压、瞬间尖峰或极性接反的情况，预先采取安全保护措施。信号转换电路，虽然也考虑逻辑电平问题，但在工业应用中，还可能出现意外的过电压（电流），瞬间干扰等。就是非工业控制应用也可能出现瞬间尖峰过电压（过电流），例如雷

4、电引起的等。因此还需要有安全保护电路。常用的保护电路为：10输入保护电路11电平转换与保护电路组合使用的一个例子：这时，我们可以把分压电阻去掉，用稳压二极管12（3）隔离处理从工业现场获取的开关量或数字量的信号电平往往高于计算机系统的逻辑电平；即使输入开关量电压本身不高，也有可能从现场引入意外的高压信号；因此必须采取电隔离措施，以保障计算机系统的安全。常用的隔离措施是采用光电耦合器件实现的。下图给出了两种开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。13图2.7开关量光电耦合输入电路工业控制的现场开关，一般使用24VDC电源。注意：现场侧和C

5、PU侧两边没有电的联系（独立的电源和地线）现场侧CPU侧14（4）光电耦合器件原理与使用光电耦合器件是一种常用且非常有效的电隔离手段，由于它价格低廉、可靠性好，被广泛地用于现场设备与计算机系统之间的隔离保护。根据输出级的不同，用于开关量隔离的光电隔离器件可分为三极管型、可控硅型等几种，但其工作原理都是采用光作为传输信号的媒介，实现电气隔离。使用光电隔离器件的注意事项以三极管输出光电耦合器件为例。15图2.8三极管输出型光电隔离器件原理当输入侧流过一定的电流IF时，发光二极管开始发光，它触发光敏三极管使其导通；当撤去该电流时，发光二极管熄灭、三极管截止。这样，就实现了

6、以光路来传递信号，保证了两侧电路没有电气联系，从而达到了隔离的目的。16使用光电隔离器件的注意事项要注意不要超过期间的极限参数。以三极管输出隔离器件为例。通过查询它的技术说明书，可以获得使用参数，主要参数包括发光二极管侧的输入电流，反向电压等；输出侧：C-E结电压、集电极最大电流隔离电压电流传输比等例如以TLP521-1为例。尽量在推荐条件下使用17极限条件18推荐的使用条件参数符号最小值min典型值Typ最大值Max单位输入电流IF—1650mA反向电压VR5V工作温度TOPR-25—85℃二极管侧参数符号最小值min典型值Typ最大值Max单位集电极电流Ic—1

7、10mA输出侧电压VCEO55V输出侧19使用注意事项主要有：输入侧导通电流频率特性输出端工作电流输出端暗电流隔离电压电源隔离20（1）输入侧导通电流为了可靠传送信息，一般在10mA左右比较合适。当然，不同的器件可能会有差异，例如TLP521系列推荐在16mA左右。21①输入侧导通电流要使光电隔离器件的导通，必须在其输入侧提供足够大的导通电流，以使发光二极管发光。不同的光电隔离器件的导通电流也不同，典型的导通电流IF=10mA。在使用中，可以根据应用情况适当调整。一般使用，在5～15mA之间选择，最多情况选择10mA。22②频率特性受发光二极管和光敏元件响应时间