微机控制技术王用伦课件 第4章 数字量输入输出通道.ppt

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1、第4章数字量输入输出通道学习目标1．掌握光电耦合隔离器的结构原理及其在数字信号中的隔离电路。2．学会分析数字量输入通道中的信号调理、脉冲计数与拨盘开关等典型电路。3．学会分析数字量输出通道中的三极管、继电器、晶闸管与固态继电器等典型驱动电路。返回总目录引言4.1光电耦合隔离技术4.2数字量输入通道4.3数字量输出通道本章小结思考题引言在微机控制系统中，除了要处理模拟量信号以外，还要处理另一类数字信号，包括开关信号、脉冲信号。它们是以二进制的逻辑“1”和“0”或电平的高和低出现的。如开关触点的闭合和断开，指示灯的亮和灭，继电器或接触器的吸合和释放，马达的启动和停止

2、，晶闸管的通和断，阀门的打开和关闭，仪器仪表的BCD码，以及脉冲信号的计数和定时等等。4.1光电耦合隔离技术4.1.1光电耦合隔离器4.1.2光电耦合隔离电路微机控制系统的输入信号来自于现场的信号传感器，输出信号又送回现场的执行器。因此，现场的电磁干扰会通过输入输出通道串入到微机系统中，这就需要采用通道隔离技术。最常用的方法是光电耦合隔离技术。4.1.1光电耦合隔离器光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图4-1所示。它们的原理是相同的，即都是通过电-光-电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。

3、图4-1光电耦合隔离器的几种类型现以最简单的三极管型光电耦合隔离器为例来说明它的结构原理。如图4-2所示，三极管型光耦器件是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内，发光二极管为光耦隔离器的信号输入端，光敏三极管的集电极和发射极为光耦的输出端，它们之间的信号传递是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，传送给光敏三极管来完成的。其输入输出类似普通三极管的输入输出特性，即存在着截止区、饱和区与线性区三部分。利用光耦隔离器的开关特性（即光敏三极管工作在截止区、饱和区），可传送数字信号而隔离电磁干扰，简称对数字信号进行隔离。例如在数字量输入输出通道中，以及在模拟量输入输出

4、通道中的A/D转换器与CPU或CPU与D/A转换器之间的数字信号的耦合传送，都可用光耦的这种开关特性对数字信号进行隔离。利用光耦隔离器的线性放大区（即光敏三极管工作在线性区），可传送模拟信号而隔离电磁干扰，简称对模拟信号进行隔离。例如在现场传感器与A/D转换器或D/A转换器与现场执行器之间的模拟信号的线性传送，可用光耦的这种线性区对模拟信号进行隔离。光耦的这两种隔离方法各有优缺点。模拟信号隔离方法的优点是使用少量的光耦，成本低；缺点是调试困难，如果光耦挑选得不合适，会影响A/D或D/A转换的精度和线性度。数字信号隔离方法的优点是调试简单，不影响系统的精度和线性度

5、；缺点是使用较多的光耦器件，成本较高。但因光耦越来越价廉，数字信号隔离方法的优势凸现出来，因而在工程中使用的最多。要注意的是，用于驱动发光管的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的同一个电源，必须分开单独供电，才能有效避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰；另外，发光二极管的动态电阻很小，也可以抑制系统内外的噪声干扰。因此，利用光耦隔离器可用来传递信号而有效地隔离电磁场的电干扰。为了适应微机控制系统的需求，目前已生产出各种集成的多路光耦隔离器，如TLP系列就是常用的一种。4.1.2光电耦合隔离电路下面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为例说明光电耦合隔离电路。典型

6、的光电耦合隔离电路有数字量同相传递与数字量反相传递两种，如图4-3所示。光耦隔离电路中的数字量同相传递如图（a）所示，光耦的输入正端接正电源，输入负端连到单片机或其它数据缓冲器的数据线，光耦的集电极c端通过电阻接另一个正电源，发射极e端直接接地，而光耦的输出端即从集电极c端引出。当数据线为低电平“0”时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，输出c端接地而获得低电平“0”；当数据线为高电平“1”时，发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出c端从电源处获得高电平“1”。如此，完成了数字信号的同相传递。光耦隔离电路中的数字量反相传递如图（b）所示，光耦的输入正端接正电源，

7、输入负端连到单片机或其它数据缓冲器的数据线，光耦的集电极c端直接接另一个正电源，发射极e端通过电阻接地，而光耦的输出端从发射极e端引出。当数据线上为低电平“0”时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，输出e端从电源处获得高电平“1”；当数据线上为高电平“1”时，发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出e端与地同为低电平“0”。如此，完成了数字信号的反相传递。4.2数字量输入通道4.2.1信号调理电路4.2.2脉冲计数电路4.2.3拨盘开关电路引言数字量输入通道简称DI通道，它的任务是把生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式。虽然都是数字信号，不需进行A/D转

8、换，但对通道中可能引入的