基于光电耦合器的智能仪器I／O接口电路设计

收稿日期：２０１３－０４－０７

作者简介：熊建云（１９７３），男，四川大竹人，本科，工学学士，副教授，主要从事自动控制技术方面的教学及科研工作。

基于光电耦合器的智能仪器

Ｉ／Ｏ接口电路设计

熊建云

（四川信息职业技术学院，四川广元６２８０１７）

摘要：在自动化测控系统中，通常有一些开关控制量从仪器输出到控制回路中，而控制回路也有一些被测量输入到仪器中来。光电耦合器是以光信号为媒介来实现电信号的耦合与传递的光电子器件，输入端与输出端完全实现了电气隔离，信号传输具有单向性，抗干扰能力强，传输效率高。因此光电隔离式Ｉ／Ｏ接口电路在智能仪器的输入／输出通道中得到了广泛应用。

关键词：光电耦合器；单片机；智能仪器；Ｉ／Ｏ接口

中图分类号：ＴＰ２１６ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００－０６８２（２０１３）０５－００５１－０２

ＤｅｓｉｇｎｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔＩ／Ｏｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｂａｓｅｄｏｎｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｕｐｌｅｒ

ＸＩＯＮＧＪｉａｎｙｕｎ

（ＳｉｃｈｕａｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅ，ＳｉｃｈｕａｎＧｕａｎｇｙｕａｎ６２８０１７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅａｒｅｕｓｕａｌｌｙｓｏｍｅｓｗｉｔｃｈｃｏｎｔｒｏｌｆｒｏｍｔｈｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｏｕｔｐｕｔｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐｈａｓｓｏｍｅｍｅａｓｕｒｅｄｓｉｇｎａｌｉｎｐｕｔｉｎｔｏｔｈｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓ，ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｕｐｌｅｒｔｏｌｉｇｈｔｓｉｇｎａｌａｓａｍｅｄｉｕｍｔｏａｃｈｉｅｖｅｃｏｕ－ｐｌｉｎｇｓｉｇｎａｌａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒ，ｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｆｕｌｌｙｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｉｓｏｌａｔｉｏｎ，ｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｓｕｎｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ，ｓｔｒｏｎｇａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙ，ｈｉｇｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅＩ／Ｏｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｉｎｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔｃｈａｎｎｅｌｔｏｇｅｔｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｕｐｌｅｒ；ＭＣＵ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；Ｉ／Ｏｉｎｔｅｒｆａｃｅ

０　引言

在智能仪器中除了以单片机为核心的基本系统

电路外，还需要一些仪器状态选择、开关设置以及驱动某种电路等为目的的输入／输出控制电路。一般来说，控制电路都是由一些大电流、高电压的电气设备组成的。由于电网常常对仪器造成严重的干扰，甚至使它不能正常工作，因此，在某些领域中使用的自动化测控仪器的输入／输出接口一定要采取隔离措施，使仪器与控制回路之间的信号传输在电气上不共地，即相互隔离，从而有效地提高仪器的抗干扰能力。光电隔离技术是自动化测控仪器中最常用的隔离方式之一，该文介绍以５１单片机作为主控制器的光电隔离式Ｉ／Ｏ接口电路的设计方法。

１　光电隔离器件及其工作原理

光电隔离器件又称光电耦合器件，简称光耦，是一种把发光元件和光敏元件封装在同一壳体内，中间通过电→光→电的转换来传输电信号的半导体光电子器件。光电耦合器可根据不同要求，由不同种类的发光元件和光敏元件组合成许多系列的光电耦合器。目前应用最广的是发光二极管和光敏三极管组合成的光电耦合器，其内部结构如图１所示。当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极管通电而发光，光敏三极管基极受到光照后产生基极电流，经放大产生相应的集电极电流，使三极管导通；当输入端无信号，发光二极管截止不发光，光敏三极管基极因无光照也会截止，集电极电流等于零。由于光电耦合器不是将输入侧和输出侧的电信号进行直接耦合，而是通过光来传递信息，所以发光二极管与光敏三极管之间在电气上是真空绝缘的，其具有较高的电气隔离和抗干扰能力。若光敏三极管的基

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１５?２０１３年第５期 工业仪表与自动化装置