第3章 数字量输入输出通道

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1、 第四章第四章: :数字量输入输出通道数字量输入输出通道n1 1、光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路；、光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路； n2 2、数字量输入通道中几种典型电路；、数字量输入通道中几种典型电路；n3 3、数字量输出通道几种典型驱动电路；、数字量输出通道几种典型驱动电路；本章主要内容本章主要内容v 引言引言v 4.1 4.1 光电耦合隔离技术光电耦合隔离技术v 4.2 4.2 数字量输入通道数字量输入通道 v 4.3 4.3 数字量输出通道数字量输出通道 v 4.4 DI/DO 4.4 DI/DO模板模板v 本章小结本章小结 v 思考题思考题 n 在微机控制系统中，除了要

2、处理模拟在微机控制系统中，除了要处理模拟量信号以外，还要处理另一类数字信号，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。它们是以二进包括开关信号、脉冲信号。它们是以二进制的逻辑制的逻辑“1”“1”和和“0”“0”或电平的高和低出或电平的高和低出现的。如开关触点的闭合和断开，指示灯现的。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，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，晶闸管的通和断，阀马达的启动和停止，晶闸管的通和断，阀门的打开和关闭，仪器仪表的门的打开和关闭，仪器仪表的 BCD BCD 码，码，以及脉冲信号的计数和定时等等以及脉冲信号的

3、计数和定时等等 。4.1 4.1 光电耦合隔离技术光电耦合隔离技术 主要知识点主要知识点v 4.1.1 光电耦合隔离器光电耦合隔离器 v 4.1.2 光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路 4.1.1 4.1.1 光电耦合隔离器光电耦合隔离器n 光电耦合隔离器按其输出级不同可分为光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图等几种，如图4-14-1所示。所示。 n它们的原理是相同的，即通过它们的原理是相同的，即通过电光电电光电这种信号转换，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利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成

4、隔离功能隔离功能的。的。 现以最简单的三极管型光电耦合隔离器为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，如图例来说明它的结构原理，如图 4-2 4-2 所示。所示。 端入输端出输V5+V5+ 当发光二极管有正向电流通过时，即产生 红外 光。 光敏三极管接收光以后便导通。 而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止。利用这种特性即可达到开关控制的目的利用这种特性即可达到开关控制的目的。 输入、输出端两个电源必须单独供电，如图4-11所示、图4-12所示。n 典型的光电耦合隔离电路有：数字量同相传典型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，如图递与数字量反相传递

5、两种，如图4-34-3所示。所示。 数字量同相传递如图数字量同相传递如图4-34-3（a a）所示）所示 当数据线为低电平当数据线为低电平“0”0”时，发光管导通且发光，时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，输出使得光敏管导通，输出 c c 端接地而获得低电平端接地而获得低电平“0”0”； 当数据线为高电平当数据线为高电平“1”1”时，发光管截止且不时，发光管截止且不发光，则光敏管截止，使输出发光，则光敏管截止，使输出 c c 端从电源处获得高电平端从电源处获得高电平“1”1”。 如此，完成了数字信号的同相传递。如此，完成了数字信号的同相传递。 即：即：输入为低（高）输出为低（高）；输入为低（

6、高）输出为低（高）；4.1.2 4.1.2 光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路 路电离隔合耦电光3-4图递传相同量字数递传相反量字数+5V+5V+5V+5Vccee+-D7D074LS273数据缓冲器选 通 脉 冲b (a (D7D074LS273数据缓冲器选 通 脉 冲 数字量反相传递如图数字量反相传递如图4-34-3（b b）所示）所示 当数据线为低电平当数据线为低电平“0”0”时，发光管导通且发光，时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，输出使得光敏管导通，输出 e e 端从电源处获得高电平端从电源处获得高电平“1”1”。 当数据线为高电平当数据线为高电平“1”1”时，发光管截止不发光，时，

7、发光管截止不发光，则光敏管截止，使输出则光敏管截止，使输出 e 端接地而获得低电平端接地而获得低电平“0”0”； 如此，完成了数字信号的反相传递。如此，完成了数字信号的反相传递。 即：输入为低（高）输出为高（低）；即：输入为低（高）输出为高（低）；4.2 4.2 数字量输入通道数字量输入通道主要知识点v 引言引言v 4.2.1 开关输入电路开关输入电路 v 4.2.2 脉冲计数电路脉冲计数电路 引言引言 数字量输入通道（数字量输入通道（DIDI通道）的任务通道）的任务-是把是把生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式。形式。信号调理电路信号调理电

8、路-虽然都是数字信号，不需进行虽然都是数字信号，不需进行A/DA/D转换，转换，但对但对于于通道中可能引入的各种干扰必须通道中可能引入的各种干扰必须采取相应的技术措施采取相应的技术措施，即在外部信号与单片机之即在外部信号与单片机之间要设置输入信号调理电路间要设置输入信号调理电路。n 凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子引出均统称为其端子引出均统称为开关信号开关信号。 在开关输入电路中，主要是考虑在开关输入电路中，主要是考虑信号调理技术信号调理技术， （1 1）电平转换电平转换用电阻分压法把现场的电流信号转换用电阻分压法把现场的电

9、流信号转换为电压信号。为电压信号。 （2 2）RCRC滤波滤波用用 RC RC 滤波器滤出高频干扰。滤波器滤出高频干扰。 （3 3）过电压保护过电压保护用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。 （4 4）反电压保护反电压保护串联一个二极管防止反极性电压输串联一个二极管防止反极性电压输入。入。 （5 5）光电隔离光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。全电隔离。4.2.1 4.2.1 开关输入电路开关输入电路 l 典型的典型的开关量

10、输入信号调理电路开关量输入信号调理电路如图如图 4-4 4-4 所示。所示。 点划线右边是由开关点划线右边是由开关S S与电源组成的外部电路。与电源组成的外部电路。（a a）是直流输入电路）是直流输入电路 开关开关S S的状态经的状态经 RCRC滤波、稳压管滤波、稳压管D1D1箝位保护、电箝位保护、电阻阻R2R2限流、二极管限流、二极管D2D2防止反极性电压输入以及光耦隔防止反极性电压输入以及光耦隔离等措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入离等措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入指令便可读取开关指令便可读取开关S S的状态。的状态。 当开关当开关S S闭合时，输入回路有电流流过，光耦

11、中闭合时，输入回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线上为低电平，即的发光管发光，光敏管导通，数据线上为低电平，即输入信号为输入信号为“0”0”对应外电路开关对应外电路开关S S的闭合；的闭合； 开关开关S S断开，光耦中的发光管无电流流过，光敏断开，光耦中的发光管无电流流过，光敏管截止，数据线上为高电平，即输入信号为管截止，数据线上为高电平，即输入信号为“1”1”对应对应外电路开关外电路开关S S的断开。的断开。-+S2D到到 输输 入入缓缓 冲冲 器器CCV+2R1R1C1D3R光光 耦耦S2D到到 输输 入入缓缓 冲冲 器器CCV+2R1R1C1D3R光光 耦耦图图 4 4