嵌入式系统的监控板卡设计
基于嵌入式系统的智能家居控制系统设计
基于嵌入式系统的智能家居控制系统设计智能家居控制系统是利用嵌入式系统技术，将传感器、执行器以及通信技术融入家居系统中，实现对家居设备的自动化控制和远程监控。
该系统可以大大提升家居安全性、舒适度和能源利用效率，给用户带来更加便捷的生活方式。
本文将对基于嵌入式系统的智能家居控制系统设计进行详细探讨。
一、系统架构设计智能家居控制系统通常包括以下组件：传感器、执行器、控制中心和用户界面。
传感器用于感知环境中的各种信息，如光线、温度、湿度等。
执行器用于控制家居设备，如灯光、空调、窗帘等。
控制中心负责接收传感器数据并根据用户设定的规则进行决策控制，同时将控制指令发送给执行器。
用户界面则提供给用户操作设备、监控家庭状态的接口，可以通过手机应用程序或者网页实现。
在系统架构设计中，需要考虑以下要点：1. 通信方式：智能家居控制系统需要通过网络与用户进行远程通信，可以选择Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等不同的通信方式。
Wi-Fi通信速度较快，适用于传输大量数据；蓝牙通信距离较近，适用于短距离传输；Zigbee通信消耗少，适合用于节能环保的家居系统。
2. 安全性考虑：智能家居控制系统需要采取安全措施，以防止黑客入侵或者信息泄露。
可以使用加密技术对通信进行保护，如SSL/TLS协议，同时采用身份验证机制，确保只有授权用户才能访问系统。
3. 软硬件平台选择：在嵌入式系统中，需要选择适合的硬件平台和操作系统。
常用的硬件平台有Arduino、Raspberry Pi 等，操作系统可以选择Linux、RTOS等。
选择合适的平台和操作系统可以简化系统的开发和维护工作。
二、系统功能设计1. 远程控制：用户可以通过手机应用程序或者网页远程控制家居设备。
例如，用户在外出时可以通过手机应用程序打开或关闭家中的灯光、电视等设备，以此增强家居安全性。
2. 定时控制：用户可以根据需要设置定时开关家居设备。
例如，可以设定某个时间自动打开空调、关闭窗帘，以提前为用户创造一个舒适的家居环境。
PC 式DVR与嵌入式DVR的比较
PC式DVR与嵌入式DVR的比较一、PC 式DVR与嵌入式DVR的介绍视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。
而DVR 又是其主要组成部分，就现在市场上的产品而言DVR可分为：PC式DVR和嵌入式DVR。
它们有各自的优缺点，应用于不同的场合。
具体区别如下：PC式DVR这种架构的DVR以传统的PC机为基本硬件，以Win98、Win2000、WinXP（也有少量的使用Linux）为基本软件，配备图像采集或图像采集压缩卡，编制软件成为一套完整的系统。
PC机是一种通用的平台，PC机的硬件更新换代速度快，因而PC式 DVR的产品性能提升较容易，同时软件修正、升级也比较方便。
PC DVR的优点在于：存储空间较大（容易扩展存储硬盘），适宜长时间录像。
音视频能实现大路数。
良好的人机接口和文件管理等，通过鼠标、键盘只要用过计算机的人都可以很好地进行操作；软、硬件升级比较容易，产品更新快。
相对嵌入式，网络功能更加完善。
功能齐全，可扩展性高，能根据客户需求灵活配置（如ATM卡号叠加），满足不同行业的特殊需求。
维修成本比较低，一般的故障都可以通过更换部件进行维修，整机不会报废。
PC DVR产品的问题主要有：稳定性较差：DVR软件与PC硬件、WINDOWS操作系统不兼容以及WINDOWS操作系统自身的不完善，很容易造成系统死机。
PC DVR产品操作及维护需要有一定的技术基础，使维护工作难度加大。
PC DVR的数据存储及操作系统均在硬盘中，无论如何加密，均可以从PC的底层进入系统，对已记录的图像文件进行删改。
如果PC的硬盘零道发生了故障，整个硬盘甚至整个系统均要瘫痪，因此数据的可靠性下降。
WINDDOWS操作系统的抗入侵能力非常差，一旦操作系统遭到破坏（如病毒入侵等），整个的PC DVR会受到严重影响，甚至系统崩溃。
嵌入式DVR首先必须了解什么是嵌入式系统。
我们可以这样定义：嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称为计算机的设备或器材。
嵌入式系统设计方案
嵌入式系统设计方案嵌入式系统是指以特定功能为中心，嵌入到其他设备或系统中的计算机系统，具有高度可靠性、实时性和可扩展性的特点。
为了能够设计出一套优秀的嵌入式系统，需要考虑多个方面的因素，包括硬件设计、软件开发、系统集成等。
一、硬件设计1. 系统需求分析：在设计嵌入式系统之前，首先要进行系统需求分析，明确系统的功能、性能、资源、接口等要求。
根据需求确定硬件平台的选择，包括处理器、内存、存储器、外设等。
2. 电路原理图设计：根据硬件平台的选择，进行电路原理图设计。
在设计过程中，要充分考虑电路的可靠性、稳定性和功耗等方面的因素，合理布局电路板上的元件和线路。
3. PCB设计：在完成电路原理图设计之后，进行PCB设计，将电路原理图转化为PCB布局图。
在设计过程中，要注意保持信号的完整性和稳定性，避免干扰和噪声的影响。
4. 封装和焊接：完成PCB设计后，进行封装和焊接工作，将元件焊接到PCB板上。
在焊接过程中，要注意温度控制和焊接质量，确保元件的稳定性和可靠性。
二、软件开发1. 系统架构设计：根据系统需求分析，进行系统架构设计，确定软件和硬件之间的接口和通信方式。
同时，确定软件模块的划分和功能分配，确保系统的高效性和可维护性。
2. 编程语言选择：根据系统需求和硬件平台选择合适的编程语言，如C、C++、Python等。
在选择编程语言时，要考虑语言的效率、易用性和可移植性等因素。
3. 软件模块开发：根据系统架构设计，进行软件模块的开发。
在开发过程中，要注意代码的可读性、可测试性和可重用性，采用模块化的设计方式，提高开发效率和代码的可维护性。
4. 调试和优化：完成软件模块开发后，进行系统的调试和优化工作。
通过调试，发现并解决系统中的问题和错误。
通过优化，提高系统的性能和响应速度。
三、系统集成1. 模块集成：在完成硬件和软件开发后，进行模块的集成工作。
将硬件和软件模块相互连接，确保系统的正常运行和协作。
2. 功能验证：在模块集成完成后，进行系统的功能验证，确保系统的功能和性能符合需求。
物联网中的嵌入式监控与追踪系统设计
物联网中的嵌入式监控与追踪系统设计随着物联网技术的不断发展，传感器、嵌入式设备和网络通信的进步，嵌入式监控和追踪系统在物联网中扮演着重要角色。
本文将探讨物联网中嵌入式监控与追踪系统的设计原理和关键技术。
一、嵌入式监控与追踪系统的概述嵌入式监控与追踪系统是指将传感器、嵌入式设备和网络通信技术结合起来，实现对被监测对象的实时监控和追踪。
嵌入式设备通常由嵌入式处理器、传感器、存储器和通信模块等组成。
通过传感器采集环境信息或目标对象的数据，经处理后通过网络通信传输至监控中心，以实现对被监测对象的实时掌握和追踪。
嵌入式监控与追踪系统广泛应用于物流、运输、医疗、安防等领域。
例如，运输公司可以通过嵌入式监控系统实时跟踪货物的位置和状态，提高物流效率和安全性。
医疗机构可以通过嵌入式监控系统实时监测患者的体征和病情变化，提供更精准的医疗服务。
安防行业可以借助嵌入式监控系统实现对公共场所和重要场所的实时监控和预警。
二、嵌入式监控与追踪系统的设计原理1. 传感器选择与布局嵌入式监控与追踪系统的设计首先需要选择合适的传感器。
传感器的选择应根据被监测对象的特点和监测需求进行，例如温度传感器、湿度传感器、加速度传感器、压力传感器等。
传感器的布局也需要考虑到监测的全面性和准确性，保证传感器布置合理、相互之间无干扰。
2. 嵌入式设备选型与硬件设计嵌入式设备的选型取决于应用场景和监测需求。
常用的嵌入式设备包括单片机、开发板和嵌入式处理器。
选定嵌入式设备后，需要进行硬件设计，包括电路连接、外设选择和电源管理等。
硬件设计的关键是保证嵌入式设备的稳定性、可靠性和低功耗性。
3. 软件设计与嵌入式系统开发软件设计是嵌入式监控与追踪系统设计中的核心部分。
软件设计包括嵌入式系统的开发、数据处理和通信协议的实现等。
通常使用C、C++等编程语言进行嵌入式系统开发，并根据具体需求选择合适的开发平台和开发工具。
数据处理算法的设计应充分考虑传感器数据的噪声、干扰和误差，确保最终数据的准确性和可靠性。
基于嵌入式系统的视频监控系统实现
基于嵌入式系统的视频监控系统实现马兵东，温向明北京邮电大学通信网络综合技术研究所，北京 (100876)E-mail：iammadong@摘要：针对交通路况和广场楼宇监控等视频监控特定环境，我们设计并实现了一套新的视频监控系统。
该系统采用嵌入式技术，将操作系统和应用程序固化在FLASH芯片上，以保证其运行稳定性，将摄像机采集的视频信号经过MPEG-4压缩和打包后，通过其网络通讯端口上传到传输网络，同时有效地减少了视频监控系统中的视频数据传输量和存储量。
关键词：视频监控，嵌入式1.引言视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。
随着网络技术、嵌入式处理器的飞速发展以及数字视频监控系统的迅速崛起，出现了网络数字视频监控系统[1]，在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；数字视频监控系统是以计算机通信技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统。
针对交通路况和广场楼宇监控等视频监控特定环境，我们设计并实现了一套新的视频监控系统。
该系统采用嵌入式技术，将操作系统和应用程序固化在FLASH芯片上，以保证其运行稳定性，将摄像机采集的视频信号经过MPEG-4压缩和打包后，通过其网络通讯端口上传到传输网络。
2.系统介绍2.1系统功能描述本系统用于移动目标的实时视频监控，分为远端设备(移动图像监视器)和近端设备(监控中心)两部分。
远端设备可将监控画面(视频/图像)通过移动公网、因特网传至近端设备，即监控中心。
同时，监控中心可以远程控制移动图像监视器的工作方式，从而达到良好的监控效果。
远端和近端也可以不通过因特网相连，实现监控中心的移动化。
2.2系统总体设计本系统基于Motorola i.MX系列处理器和Motorola ADS开发板，采用嵌入式Linux技术[2]，实现了远程视频监控功能。
系统总体设计如图1所示，远端和近端可以通过互联网相连。
图1系统总体设计图2.2.1系统各部分功能简介(1) 远端(移动图像监视器)整个远端部分以Motorola i.MX系列处理器和Motorola ADS开发板为核心，包括一个云台控制器用于控制云台转动、摄像头开/关和拍摄范围，一个模拟视频/JPEG转换卡，一个云台，以及一个置于云台之上的摄像头。
嵌入式视频监控系统的设计与开发
嵌入式视频监控系统的设计与开发随着科技的不断发展和进步，视频监控系统已经成为当今社会安全性的重要组成部分。
视频监控系统通过利用摄像头和相关的硬件设备，可以对各种场所进行实时监控，并记录下可能发生的事件。
而嵌入式视频监控系统更是在这个领域中发挥着不可替代的作用。
本文将介绍嵌入式视频监控系统的设计与开发。
一、系统设计1. 系统需求分析在设计嵌入式视频监控系统之前，首先需要进行系统需求分析。
根据具体应用场景的需求，确定系统所需要的功能和性能指标。
例如，要监控的区域范围、分辨率的要求、所需的图像处理算法等。
更进一步，还需要考虑是否需要远程访问和控制等功能。
2. 硬件设计嵌入式视频监控系统的硬件设计包括选择合适的处理器、摄像头模块、存储设备等。
处理器的选择需要考虑到系统的计算能力和功耗，可以使用ARM、DSP等处理器。
摄像头模块的选择则需要根据图像质量要求和外部环境等因素来决定。
存储设备可以选择闪存、硬盘、SD卡等。
3. 软件设计嵌入式视频监控系统的软件设计包括系统软件设计和应用软件设计。
系统软件设计主要包括操作系统的选择和驱动程序的编写。
操作系统选择时需要考虑系统的实时性能和资源开销，可以选择Linux、Windows嵌入式等操作系统。
驱动程序编写包括摄像头驱动程序、存储设备驱动程序等。
应用软件设计主要包括视频流处理、事件检测、远程访问等功能的实现。
二、系统开发1. 硬件开发硬件开发主要包括电路设计、PCB设计、元器件选型、电路调试等。
电路设计需要根据系统需求设计相应的电路板，包括处理器、摄像头、存储设备等的连接电路。
PCB设计是将电路设计转化为实际的电路板，需要根据电路布局和尺寸要求进行设计。
元器件选型需要根据电路的性能要求和可用性进行选择，并考虑供应商和成本等因素。
电路调试是将设计的电路板进行测试和优化，确保其正常工作。
2. 软件开发软件开发主要包括系统软件和应用软件的编码和测试。
系统软件的编码主要是将操作系统驱动和相关程序代码进行编程实现。
面向智能家居的嵌入式系统设计与实现
面向智能家居的嵌入式系统设计与实现1. 引言智能家居已经逐渐融入了人们的生活中，为人们提供了更加方便、舒适、安全的居住环境。
而智能家居的核心就是嵌入式系统，它通过各种传感器和控制器实现对家庭环境的感知和控制。
本文将介绍面向智能家居的嵌入式系统的设计和实现。
2. 智能家居的嵌入式系统概述嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它通常集成在其他设备中，具有低功耗、高可靠性、强实时性等特点。
智能家居的嵌入式系统需要具备多种功能，包括数据采集、数据处理、通信控制、人机交互等方面，同时还需要具备较高的性能和稳定性。
智能家居的嵌入式系统通常包含以下几个组成部分：1) 传感器智能家居需要感知家庭环境的各种参数，如温度、湿度、光照等。
这些数据可以通过各种传感器实现采集，例如温度传感器、湿度传感器、光感传感器等。
2) 控制器控制器是智能家居嵌入式系统的核心部分，它负责对传感器采集到的数据进行处理和分析，以及根据用户的要求控制各种设备的开关、亮度等。
控制器需要具备较高的运算速度和稳定性，以保证系统的实时性和可靠性。
3) 网络模块智能家居需要支持远程控制和信息交互，因此需要包含网络模块。
网络模块可以通过有线或无线方式连接到网络，实现对智能家居设备的远程控制和数据交换。
4) 人机交互界面为了方便用户使用和管理智能家居设备，嵌入式系统需要具备人机交互界面，例如触摸屏、语音控制等。
3. 面向智能家居的嵌入式系统设计智能家居的嵌入式系统设计需要从以下几个方面考虑：1) 功能需求需要根据用户的需求确定嵌入式系统的功能，包括数据采集、数据处理、控制等方面。
例如，如果用户希望实现智能家庭安防系统，嵌入式系统需要具备人脸识别、视频监控、报警等功能。
2) 性能需求嵌入式系统需要具备较高的性能，保证系统的实时性和可靠性。
因此需要根据应用场景和用户数量确定嵌入式系统的核心处理器和存储器容量等参数。
3) 硬件接口设计嵌入式系统需要支持各种传感器和控制器的接口，例如USB、SPI、I2C等接口。
基于嵌入式芯片的智能监控系统设计
基于嵌入式芯片的智能监控系统设计【摘要】随着信息化技术的高速发展，智能监控系统对于多维信息的采集与可视化系统通常采用嵌入式芯片进行系统的设计。
本文主要从智能化系统的原理出发，对嵌入式芯片的选择、系统平台的搭建进行探讨，对智能监控系统的重要性加以诠释。
【关键词】嵌入式芯片；智能监控系统设计前言随着信息化技术和芯片技术的快速发展，监控系统做为智能工厂的重要组成部分，可以实时监控生产过程中的信息（日照、温度、湿度、电流、电压、视频）使得原来的集中化生产转向智能化、信息化生产。
智能工程产业的资源虚拟化以及制造工程中的信息化与智能化使得智能监控系统已成为大势所趋。
面对如此趋势，进一步优化多维信息采集系统以及可视化系统，在生产过程中融入智能控制系统，使得机器具备更高的分析判断能力，有助于提高工厂的生产效率。
一、智能系统的理论原理智能系统具有包括智能信息、智能反馈、智能决策等方面的特点,在被控制对象与环境所具有的高度复杂性与不确定性等方面具有相应的克制作用,而智能系统理论原理又包括深度学习理论与分层递阶智能控制理论。
深度学习理论是一种具备对数据进行表征作用学习的一种深层次数据观测理念，由深度学习发展而来的信息观测技术在数据的分析与处理上具有相当大的作用。
而分层递阶智能控制则是利用嵌入式系统与计算机技术相结合，使其具有集中式、分布式的优点，能满足客户的多样化需求。
1.智能监控系统硬件平台的搭建搭建智能监控系统的多维信息采集与可视化系统，在数据采集终端中利用Raspberry Pi作为信息采集的开发板，它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口（A型没有网口），可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能只需接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。
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Telecom Power TechnologyFeb. 25，2019，Vol. 36 No. 2 2019年2月25日第36卷第2期设计应用· 122 ·doi：10.19399/ki.tpt.2019.02.052嵌入式系统的监控板卡设计贾晓磊（中国人民解放军66284部队，北京 100160）摘要：基于嵌入式系统的设计思想，设计多路隔离信号监控板卡，主要实现的功能有：32路开关量信号采集、32路数字量控制与显示输出、可插拔SD Card 记录卡记录数据参数属性、10/100/1 000 M 以太网接口作为网络管理口。
关键词：监控板卡；模拟量；嵌入式Embedded Board Monitoring Board DesignJIA Xiao-lei（66284 Troops of the Chinese People's Liberation Army，Beijing 100160，China）Abstract ：Based on the design idea of embedded system ，Design multi-channel isolation signal monitoring card. The main functions of the multi-channel isolated signal monitoring board are ：32-channel switching signal acquisition ，32-channel digital control and display output ，pluggable SD Card recording card recording data parameter attributes ，10/100/1000M Ethernet interface is used by network management interface.Key words ：monitoring board ；analog quantity ；embedded1 主控芯片及开发环境控制单元是板卡的核心，用于实现逻辑控制。
因为设计中有板载资源较多，所以设计选用Cortex-M4（高性能带FPU ）中的GD32。
主流的Cortex-M3中的STM32F1不合适运算快速处理且中断数量有限，这与CPU 设计有关。
主控芯片兆易公司生产的GD32是以Cortex-M 为核的32位MCU （数据总线是32位的），可以看做是外设的集合体，包括通用和复用I/O （GPIO ）、中断和事件、实时时钟（RTC ）、备份寄存器（BKP ）、独立看门狗（IWDG ）、窗口看门狗（WWDG ）、高级控制定时器（TIM1）、通用定时器（TIMx ）、控制器局域网（bxCAN ）、I2C 接口、串行外设接口（SPI ）、USB 全速设备接口（USB ）和调试支持（DBG ）等。
它能够集合外设功能的数量，是衡量芯片的一个重要指标。
这些功能的控制通过对芯片寄存器设置来实现。
而兆易公司提供了这些能够实现功能的标准外设库，给芯片能够实现工业控制提供了极大方便，适合批量生产板卡。
而在程序烧录方面，只需通过仿真接口向芯片下载编译好的程序。
２ 电源电路设计板卡采用直流24 V 电源供电。
板卡中，主控芯片采用3.3 V 供电，而数字量输入输出单元和模拟量输入输出单元中涉及24 V 和5 V 电压。
因此，供电电源的电压根据设计的需要，分别为24 V 、5 V 和3.3 V 。
所以，需要将24 V 电源转化成5 V ，再转化成3.3 V 。
24 V 直流电源通过接线端子接入板卡在电源的接入端采用P6KE30CA 瞬态抑制二极管，来防止由于电磁感应产生的反向峰值电压带来的危害。
为保证电源质量，确保系统稳定工作，电源模块必须滤除如高频、噪声等干扰信号。
这里采用10 μF 的电容实现去耦和滤波。
然后，通过电源变压器模块TPS54340DDA 将24 V 直流电源转化成5 V 直流电。
该电源变压器模块可以输出120～1 200 mA 的电流。
对于微处理器的3.3 V 供电电路，采用MIC29302BU 芯片将5 V 电压转化成3.3 V 。
这款芯片由于具有极高的电源抑制比，能够更好地抑制电路中的噪声和减少纹波。
上电后，板子3.3 V 电源指示灯（ds3）点亮，5 V 电源指示灯（ds4）点亮，表明芯片TPS54340DDA （24 V →5 V ）正常供电以及芯片MIC29302BU （5 V →3.3 V ）正常供电。
同时，可以用万用表测试板卡中的5 V 、3.3 V 以及 24 V 电源，可以在板卡中找到TP1\TP2\TP3。
由于板卡中具有模拟量处理模块，需板卡为AD5755-1ACPZ 芯片提供模拟电源A VDD （+12 V ）和A VSS （-12 V ）。
在模拟电源电路中，采用双输出直流-直流转换器TPS65130，+5 V 电源通过R170电阻与VIN 连接。
该芯片在VPOS 输出+15 V ，在VNEG 输出-15 V 。
输出的+15 V 通过MC78M12ACDT 降压为+12 V ，在输出的+12 V 与ad 芯片间加EMI 滤波器，降低模拟电路中的噪声和波动。
输出的-15 V 通过MC79M12BDT 变压为-12 V ，在输出的-12 V 与ad 芯片间加EMI 滤波器，降低模拟电路中的噪声和波动。
同时，在VIN 、VPOS 、VNEG 与GND 之间加贴片电容，用于过滤电路中的高频噪声。
设计电源部分加了去耦电容，为的是防止主板下载和加电瞬间的电压烧坏。
但应注意，电解电容的正负极不能接反，若长时间接反会导致电容炸裂。
无极电容由于没有极性可以随意。
３ 32路数字量输入（DI）数字量输入模块主要用于开关量按键和继电器等状态的确定。
当外部开关闭合时，24 V 电源信号通过处理后传送到GD32芯片的相应引脚（PF 3～PF 5）。
收稿日期：2018-11-10作者简介：贾晓磊（1984-），男，河北大名人，硕士，初级技术员，主要研究方向为电子与通信工程。
2019年2月25日第36卷第2期Telecom Power TechnologyFeb. 25，2019，Vol. 36 No. 2 · 123 ·贾晓磊：嵌入式系统的监控板卡设计考虑到需要大量的GPIO引脚，故选用8个并行输入/串行输出芯片SN74HC165D。
那么，32路输入需用4片SN74HC165D芯片级联。
依据此，在原理图设计上，32路输入分为4组，即每8路为一组，节省了大量的GPIO资源，也为后期,开发预留了主控芯片引脚资源。
SN74HC165D芯片具有8位串行输入，并行输出移位三态输出锁存，宽工作电压范围（2.0～6.0 V，设计电压3.3 V），移位寄存器可直接清零。
其中，最主要的优点在于输入只需3根信号线，这在何立民教授《移位寄存器的串行扩展技术》中有详细说明。
下面先阐述控制代码的核心元件SN74HC165D。
32路隔离输入控制代码的核心是SN74HC165D芯片。
这个芯片是8并行输入/串行输出移位寄。
过程：当PL为低电平（低电平采集），8位输入进入到移位寄存器；当CP发生低到高的跳发时，原有的D7从Q7移出，而D0由DS移入填补；如此循环往复，最终把32路输入信号传递给主控芯片GD32。
当开关闭合时，DIP1与24 V电源连接，通过2个1.6 kΩ电阻降压后接入到BZX84C5V6稳压二极管的3号引脚。
此处的电位值为5.6 V左右，稳压二极管（其实就是反接二极管）的作用是钳住在5.6 V，经过560 Ω的电阻后，由欧姆定律可知，经过该电阻的电流是10 mA。
在忽略二极管内阻的情况下，经过发光二极管的电流也为10 mA。
具体地，数字量输入模块通过LED灯的亮灭来体现数字量输入单元的通断状态。
当外部开关闭合时，光耦元器件tlp281-4中的二极管1-2端导通发光。
在基极光照饱和的情况下，二极管导通后，使得电阻9两端产生较大压差。
此时，DII1的电平为低电平，处理器检测到低电平就表示外部开关闭合；反之，如果外部开关没有闭合，光耦元器件的三极管处于截止状态，电阻在上拉电压的作用下使得DII1呈现高电平，处理器检测到高电平就表示外部开关断开。
CPU通过对相应引脚状态的监测，判断外部输入状态信息。
如果外部开关处于断开状态，则DII1处的电压值为5 V，但是GD32芯片的GPIO接口处电压限制为3.3 V。
因此，为了确保芯片的长时间稳定工作，最好是把5 V电压转化成3.3 V。
同时，为了后期二次开发，节省主控芯片资源为出发点，设计方案采用了SN74HC165D 电平转换芯片，同时具有状态锁存功能[1]。
4 32路数字量输出（DO）输出可以看做是输出的反“套路”。
数字量输出用于状态指示灯控制、中压继电器以及相关执行机构的动作，设计方案中共有32路数字量输出。
这里，将GD32的GPIOF8～GPIOF10的3个GPIO端口用作32路数字量输出的控制，且每一路输出都采用光耦隔离技术，确保系统安全可靠工作。
当需要有数字量输出时，输出引脚的电压为3.3 V，所以这里采用SN74HC595D转换芯片。
考虑到需要大量的GPIO引脚，故选用串行输入/ 串行输出或者8个并行输出芯片74HC595，那么控制32路输出需用4片74HC595芯片级联。
控制32路隔离输出，就是控制74HC595芯片。
74HC595是串行输入/串行或并行输出移位寄存器。
因为同时带有串行输入和串行输出，因此多个74HC595芯片可以级联。
当SHCP引脚发生由低到高的跳发时，来自DS引脚的数据进入到移位寄存器的最高位即D7位，同时移位寄存器的最低位从Q7S移出。
74HC595除了带有移位寄存器外，还带有保存寄存器和三态输出。
和移位寄存器一样，保存寄存器也带有独立的时钟引脚STCP。
当STCP发生由低到高的电平跃发时，移位寄存器数据传递到保存寄存器中。
当OEn引脚为低电平时，误入保存寄存器的数据直接输出。
基于以上74HC595原理，每一次SHCP发生由低到高的跳发后，来自主控芯片GD32的数据从14脚（SER）进入74HC595芯片，同时从9脚（QH）移出到下一片74HC595。
如此循环往复，经过32次SHCP跳发，数据将写满4片74HC595芯片，即32位数据。
此时，控制STCP引脚由低到高跳发，74HC595产生输出。
此外，74HC595第10脚应该接高电平。
GPIO O1-08进光耦隔离芯片tlp281-4，光耦元器件tlp281-4中的二极管1-2端导通发光，在基极光照饱和的情况下，1→2导通。