第18讲：单片机系统的后向通道(过程输出通道)与接口(1)

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1、单片机与控制技术单片机与控制技术本章讨论的本章讨论的的主要对象的主要对象人机接口等A/DD/A模拟输入数字量输入模拟输出数字量输出信号隔离信号隔离控制对象传感器等检测装置单片机（MCU）控制方法 过程输出通道的传递的特点及相应要解决的主要问题： 1）数字量的输入、模拟量的输出。（D/A模数转换、F/V频压转换等） 2）小信号的输入，大功率的输出。（输出驱动） 3）过程输出通道与接口靠近强电环境的大功率外部设备，干扰严重，须采用隔离等措施抑制干扰。（强弱电信号隔离） 4）微机处理速度快，而执行机构动作缓慢，要决速度匹配问题。（速度匹配）第第08章：过程输出通道（后向通道）与接口章：过程输出通道（

2、后向通道）与接口本章主要内容：l 数字量输出通道（输出锁存光电隔离输出驱动）l 模拟量输出通道，包括： D/A转换（）、F/V转换； 模拟信号光电隔离； 信号传输（V/I变换）电路； 执行机构 等等1、数字量输出通道l 数字量输出通道主要由输出锁存器（含输出地址译码电路） 、数字光电隔离器电路、输出驱动电路等组成1、数字量输出通道l （1）输出信号信号锁存与地址选通为什么要对输出的数字信号进行锁存？示例（左图）： MOV DPTR，1000H MOVX DPTR，5AH？1、数字量输出通道l （2）数字信号的光电隔离 a)为普通光电耦合器，它以发光二极管为输入端，光敏三极管为输出端。若要获较大

3、驱动能力，可采用达林顿管输出或晶闸管输出的光电耦合器件，如b）、c）光电耦合器输入控制和输出形式1、数字量输出通道l （3）输出驱动电路（驱动大功率负载）1）功率晶体管输出驱动继电器电路2）达林顿阵列输出驱动继电器电路（MC1416内部电路原理图及使用方法）2、模拟量输出通道概述l （1）模拟量输出通道的一般结构一个输出通道占用一个D/A转换器 I/O接口：接受来自CPU的数据、地址及控制信号，并向CPU送应答信号。常用器件如8155、8255等。 D/A转换器：其作用是数字量转换成相应的模拟量，下一节中将专门讲述具体内容。 隔离级：将计算机与被控对象隔离开来，以防止来自现场的干扰。图中所示为

4、模拟侧隔离，另外可将隔离级到D/A转换器之前，构成数字侧隔离。 输出级（信号的传输）：由运算放大器、V/I转换器等组成，以提供不同形式的输出信号。 执行器：其作用是接受微机通过AO发来的控制信号，并转换成调整机构的动作，使生产过程按照预先规定的要求正常进行 多个输出通道共享D/A转换器的方法（保持器）3、模拟量输出通道的功能模块（单元电路）介绍l （1）（模拟信号的）光电隔离电路 模拟信号的光电隔离比数字信号要复杂信号光电隔离模拟光电隔离极性转换电路此电路图主要由四部分组成: 以运算放大器K1为核心的输入级，由于采用了同向输入方式，因此既有输入阻抗高及相当于电压串联负反馈的特性。 输入输出隔离

5、级: 由二极管极管光电隔离耦合器（D1、T1）实现，起到抑制输入级干扰的作用。 以运算放大器K2为核心的输出级，它是一个反向器（放大倍数=-1）。 以T3为核心的恒流源及光电管D2、T2，起到稳定工作点、抑制干扰及补偿温漂的作用。 输入输出不共地、各用了一套15V电源。图中所示各点的电压值为当输入电压 Vin=0V 时所对应的值。3、模拟量输出通道的功能模块（单元电路）介绍l （2）模拟信号的输出信号变换（传输）用“V/I电压电流转换器”来实现！（使用电流传输的好处？）l 1）采用F3080组成的V/I变换电路 F3080是电流输出型运放，其输入特性与通常运放是相同的，而输出是电流的形式。 图

6、中用F3080组成的基本V/I变换电路。图中I为5脚注入电流，可在0.1500uA范围内自由设置，可以是直流或交流控制信号。采用直流控制就成为可控制式V/I转换器。W用作失流补偿，使Vin=0V时输出Io=0。l 2）运放V/I变换电路采用 采用通用运放实现V/I的方法很多，考虑实际电流信号多采用统一标值（010mA或420mA），故这里只介绍两个实用电路。010V/010mA转换电路 输入电压Vin经R1进入运算放大器A，经A放大后进入T1、T2。由于T2射极接有反馈电阻Rf，得到反馈电压Vf加至输入端，形成运放A的差动输入信号。由于具有较强的电流反馈，所以有较好的横流性能。 输入电压Vin

7、和输出电流Io之间关系如下：15V/420mA变换电路工作原理：若R1=5k,R2=2K,R3=100,当Vin=15V时，输出电流Io=420mA集成V/I转换器（ ZF2B20/21 ） ZF2B20/21电压/电流转换器的外引脚图如图所示。 它的输入电压范围为010V，输出电流为4-20mA ，采用单正电源供电，电源电压范围为10-32V，其特点是低漂移，在工作温度为-25+85范围内，最大漂移为0.005%/。其输入电阻为10K，非线性小于0.025%，动态响应时间小于25ms。 利用2B20/21实现V/I转换只需外接很少的调节元件即可，图示外接初始校准电位器即可实现0-10V/4-