数字量输入输出通道
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计算机控制技术课后习题答案
|3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么由四部分组成。
图微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。
其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
—(4)检测与执行机构a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。
b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。
例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。
21节数字量输入输出通道-文档资料
地址译码器
开关量输入通道的典型结构示意图
12
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路
2. 信号调理电路
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接受生产过程 的状态信号。这些状态信号的形式可能是电压、电流、开 关的触点，瞬时高压，过电压、接触抖动等现象。这些状 态信号必须经过转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计 算机能够接受的逻辑信号，比如电平匹配，这些过程称为 信号调理。 对于开关量来说，主要是将开关、继电器等触点的接
0 0
D1
D6 D7
74LS273
Q1
当执行 CS OUT指令周期时，产生 写信号，进行数据锁存，并输 IOW 出。
10
输出 Q6 接口 Q7
CS IOW
数字量输出接口
RESET
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.1 数字量输入输出接口技术--数字量输出接口
通和断开的动作转换成TTL电平信号与计算机相连，并且要 消除由于触点抖动和反跳形成的振荡信号。
13 Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路（小功率）
（1）消除机械抖动影响 操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在接通或断 开时均要产生机械抖动，体现在计算机的输入上就是输入信号在 变化瞬间在0和1之间多次振荡，对其如不进行适当处理就会导致 计算机的误动作。下图所示为消除由于接点的机械抖动而产生的 振荡信号，并转换成TTL电平信号与计算机相连。 如图所示为一种简单的采用积分电路消除开 关抖动的方法。电阻R和电容C组成一个积分 电路，输出跃变发生在积分器积分到门的转 折电压时刻，只要积分电路的时间常数足够
输入输出接口与过程通道(1)
D0
1A2 1Y2
D1
1A3 1Y3
D2
1A4 1Y4
D3
1A5 1Y5
D4
1A6 1Y6
D5
1A7 1Y7
D6
1A8 1Y8
D7
设片选端口地址为port，可 用如下指令来完成取数.
MOV DX， port
IN AL， DX
PC总线 输入接口
2G 1G
CS
IOR
图 2 .1 数字量输入接口
SSR是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两 个端子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输 出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。
注意：零交叉电路在交流电过零时,会产 生触发信号，从而减少干扰。
SSR作交流开关，相当 于有一个触点，左边 是TTL电平，在0~5V之 间：
际转换特征并非如此。在满量程输入范围内， 偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。 线性误差常用LSB(数字量的最低有效位)的分数 表示,如(1/2)LSB或±1LSB 量程：即所能转换的输入电压范围，如-5V～+5V, 0～10V， 0～5V 对基准电源的要求：基准电源的精度对整个系统的精度产生
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接收外部 装置或生产过程的状态信号。
这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的触 点，因此引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。
为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场 输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换 成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调 理。
当输入TTL电平为 高时，触点闭合；
当输入TTL电平为 低时，触点断开。
当用计算机来控制 电磁阀时，用固态继 电器。
1A2 1Y2
D1
1A3 1Y3
D2
1A4 1Y4
D3
1A5 1Y5
D4
1A6 1Y6
D5
1A7 1Y7
D6
1A8 1Y8
D7
设片选端口地址为port，可 用如下指令来完成取数.
MOV DX， port
IN AL， DX
PC总线 输入接口
2G 1G
CS
IOR
图 2 .1 数字量输入接口
SSR是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两 个端子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输 出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。
注意：零交叉电路在交流电过零时,会产 生触发信号，从而减少干扰。
SSR作交流开关，相当 于有一个触点，左边 是TTL电平，在0~5V之 间：
际转换特征并非如此。在满量程输入范围内， 偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。 线性误差常用LSB(数字量的最低有效位)的分数 表示,如(1/2)LSB或±1LSB 量程：即所能转换的输入电压范围，如-5V～+5V, 0～10V， 0～5V 对基准电源的要求：基准电源的精度对整个系统的精度产生
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接收外部 装置或生产过程的状态信号。
这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的触 点，因此引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。
为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场 输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换 成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调 理。
当输入TTL电平为 高时，触点闭合；
当输入TTL电平为 低时，触点断开。
当用计算机来控制 电磁阀时，用固态继 电器。
第3章 过程输入输出通道
；读转换值低4位地址
；读A/D转换低4位 ； 送R2 ；读转换值高8位地址 ；读A/D转换高8 位 ；送R3 ；结束
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3.3 模拟量输出通道
一、模拟量输出通道的结构
1. 共用D/A 转换器形式结构图
保持器
放大变换
通道1
微型 计算 机
D/A 接口 电路 转 换 器
多 路 开 关
保持器
放大变换
线编址，从而有过程通道与存储器独立编址、过程
通道与存储器统一编址等常用方法。
2. 间接编址方式
通过接口对过程通道进行编址，此时的通道地址 不与地址总线相连。
3.2 模拟量输入通道
模入通道的功能是对过程量（即模拟量）进行 变换、放大、采样和模/数转换，使其变为二进制数 字信号并送入计算机 。
一、模拟量输入通道的结构
(2) 器件主要结构特性和应用特性
数字量输入特性
包括码制、数据格式以及逻辑电平。
模拟输出特性
目前D/A芯片多为电流输出型
锁存特性及转换控制
有些 D/A芯片内部不带锁存器，必须外加。
参考电源
参考电压源是唯一影响输出结果的模拟参量。
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三、D/A转换器与单片机的接口 1. DAC0832与8051的接口 （1） 直通方式
INC DPTR MOVX @DPTR , A DJNZ R7,LOOP CLR EX0
； 修改RAM区地址
； 修改通道号 ；启动A/D转换 ；8路未采集完，返回 ；采集完，关中断
LOOP: RETI
；中断返回
AD574（12位）与8051单片机的硬件接口电路。
8051
八、A/D转换器软件编程
CPU获取A/D转换的结果有两种办法：一是用查询、一 是用中断。
计算机控制系统数字量输入输出接口与过程通道
2.4模拟量输入接口与过程通道
2.4.1 模拟量输入通道的组成
2.4.2 信号调理和I/V变换
1.信号调理电路 信号调理电路主要通过非电量的转换、信号 的变换、放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离 等方法，将非电量和非标准的电信号转换成标准 的电信号。信号调理电路是传感器和A/D之间以 及D/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中 重要的组成部分。 （1）非电信号的检测-不平衡电桥 （2）信号放大电路 1)基于ILC7650的前臵放大电路
VOUT 2
D n 2
R3 R3 D ( VREF VOUT1 ) VREF ( n1 1) R1 R2 2
2.5.4 V/I变换
1.集成V/I转换器ZF2B20
2.集成V/I转换器AD694
2.5.5 模拟量输出通道模板举例
图2-47 PCL-726板卡组成框图
2. D/A 转换程序流程 D/A 转换程序流程如下（以通道1为例）： （1）选择通道地址n=1（n=1～6）。 （2）确定D/A高4位数据地址（基地址+00）。 （3）臵 D/A高4位数据(D3～DO 有效 )。 （4）确定D/A低8位数据地址（基地址+01）。 （5）臵 D/A低8位数据并启动转换。 3. 程序设计举例 PCL-726 的D/A 输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为12位， 000H～0FFFH分别对应输出0%～100%，若输出50%，则对应的输出数字量为7FFH， 设基地址为220H，D/A通道l输出50%的程序如下： C语言参考程序段如下： outportb ( 0x220 , 0x07 ) // D/A 通道l 输出50% outportb ( 0x221 , 0xff ) 汇编语言参考程序如下：（基地址为220H ）： MOV AL， 07H ；D/A 通道l 输出50% MOV DX， 0220H OUT DX， AL MOV DX， 0221H MOV AL， 0FFH
数字量的输入输出控制方式
一、输入/输出接口
2.I/O接口电路 • （1）输入设备的I/O 接口要起到三态门的作用 • 在总线结构的微机系统中,任一时刻只能有一个设备利用 总线进行数据传送,输入设备的数据线应通过三态门与系 统相连.
一、输入/输出接口
• (2)输出设备的I/O 接口要起到锁存的作用 在总线结构的微机系统中,CPU送出的数据以广播 的形式在数据线上传出.CPU要利用总线不停的传 送数据,总线上的数据变化快,如何使慢速设备有足 够的时间处理数据?
二、CPU对输入/输出数据控制 的方式
• 4、DMA传送方式 • 实现方法:某个I/O设备需要传送时,经过DMA控制器 (DMAC)发出总线请求信号,CPU响应后暂停正在执行的 当前指令,交出总线控制权,DMAC接管总线,发出要访问 的存储器的地址及读(写)控制信号,同时也对该I/O设备 的数据端口发出读(写)控制信号,使存储器和I/O设备直 接通过数据总线完成传送.DMAC还可以进行地址修改和 字节计数,在一次请求得到响应后完成一批数据的传送,然 后撤销总线请求信号,CPU收回总线控制权,继续完成被打 断的指令。 • DMA传送方式的特点: • (1)外设和内存之间,直接进行数据传送,不通过CPU,传送 效率高.适用于在内存与高速外设、或两个高速外设之间 进行大批量数据传送。 • (2)电路结构复杂,硬件开销较大。
数字量的输入输出控 制方式
一、输入/输出接口
• 1.I/O接口的作用 • （1）实现信号的交换 • 一是实现信息性质的交换，因计算机使用的是数 字信号，而又些外围设备需要提供的是模拟信号， 两者必须通过接口进行交换；二是实现传输方式 的交换，因计算机内部的信息都是以并行方式进 行传送的，而进行计算机通信时，信号常以串行 方式传送，因此，I/O接口电路必须具有把串行数 据变换成并行传送的功能。
第5章 过程通道
过程输入输出通道示意图
过程输入输出通道与CPU CPU交换的信息类型 三 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型
过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种： 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种： CPU交换的信息类型有三种 数据信息： 1．数据信息：反映生产现场的参数及状态的信 它包括数字量、开关量和模拟量。 息，它包括数字量、开关量和模拟量。 2．状态信息：又叫协议信息，如应答信息、握手信 状态信息：又叫协议信息，如应答信息、 它反映过程通道的状态，如准备就绪信号。 息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号。 3．控制信息：用来控制过程通道的启动和停止等 控制信息： 信息，如三态门的打开和关闭、 信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动 等。 注意： 在过程输入输出通道中， 必须设置一个与CPU CPU联 注意 ： 在过程输入输出通道中 ， 必须设置一个与 CPU 联 系的接口电路，传送数据信息、状态信息和控制信息。 系的接口电路，传送数据信息、状态信息和控制信息。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、采用保持器 2.1 概述 问题： 问题： 转换时， 模拟信号进行 A／D 转换时，从启动转换到 转换结束输出数字量，需要一定的转换时间， 转换结束输出数字量，需要一定的转换时间， 当输入信号频率较高时， 当输入信号频率较高时，会造成很大的转换 误差。 误差。
解决方法： 采用一种器件，在A／D转换时保持住输入 解决方法： 采用一种器件， 信号电平， 信号电平，在A／D转换结束后跟踪输入信 号的变化。 号的变化。 这种功能的器件就是采样／保持器。 这种功能的器件就是采样／保持器。
第五章 过程输入输出通道
第1节 过程通道的概念
一 过程通道的概念
计算机 r 给定值 控制器 D/A
第2章 DIDO
DO接口电路 输
PC
出
总
锁
线
存
器
输
去
出
生
驱
产
动
过
器
程
地址译码器
数字量输出通道结构
数字量输出通道主要由输出接口电路和输出驱动电路等组成。
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
1．数字量输出驱动电路 输出驱动电路的功能有两个，一是进行信号隔离，二是驱动开关器件。
第2章 输入输出过程通道
小功率输入调理电路
+ 5V R1
R2
C
S
A
S
R1
+5V
R2
B
（a） 采用RC滤波电路
（b）采用RS触发器
从开关、继电器等接点输入信号。将接点的接通和断开动作， 转换成TTL电平信号与计算机相连。为了清除由于接点的机械抖动 而产生的振荡信号，通常采用RC滤波电路或RS触发电路。
小功率驱动电路
中功率驱动电路
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
ULN2003达林顿阵列驱动器
a ) ULN2003 结构图
b) 复合管内部结构
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
二、数字量输入通道
数字量输入通
PC
道由信号调理
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2 开关输入电路
典型的开关量输入信号调理电路如下图所示。 点划线右边是由开关S与电源组成的外部电路，（a） 是直流输入电路，（b）是交流输入电路。交流输 入电路比直流输入电路多一个降压电容和整流桥块， 可把高压交流(如380VAC)变换为低压直流(如 5VDC)。开关S的状态经RC滤波、稳压管D1箝位 保护、电阻R2限流、二极管D2防止反极性电压输 入以
-- 精品--
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 ，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 。
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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，如下所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
光电耦合隔离器的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。 -- 精品--
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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与输入端相互间的反馈 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。
-- 精品--
5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
（3）过电压保护是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。
（4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性 电压输入。
（5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部 的完全电隔离。
-- 精品--
5.2 数量输入通道
数字量同相传递如图（a）所示，光耦的输入正 端接正电源，输入负端接到与数据总线相连的数据 缓冲器上，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，光耦输出端即从集
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
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。
-- 精品--
5.2 数字量输入通道
1 引言
➢ 数字量输入通道（ DI 通道）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。 ➢信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进行 A/D 转换，但对通道中可能引入的各种干扰必须采 取相应的技术措施，即在外部信号与单片机之间要 设置输入信号调理电路。
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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。
为了适应计算机控制系统的需求，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。
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
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，如下 图所示。
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(a 数字量同相传递
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(b 数字量反相传递
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
数字量反相传递如图（b）所示，与（a）不同 的是光耦的集电极 c端直接接另一个正电源，而发 射极 e 端通过电阻接地，则光耦输出端从发射极e 端引出。从而完成了数字信号的反相传递。
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 1 光电耦合隔离器 ❖ 2 光电耦合隔离电路
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
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，如下图所示。 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。
计算机控制技术
吴国辉
-- 精品--
第五章 数字量输入输出通道
• 1.光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路 • 2.数字量输入通道中几种典型电路； • 3.数字量输出通道几种典型驱动电路；
-- 精品--
第五章 数字量输入输出通道
• 引言 • 5.1 光电耦合隔离技术 • 5.2 数字量输入通道 • 5.3 数字量输出通道 • 5.4 DI/DO模板 • 本章小结 • 思考题
-- 精品--
5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
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开关信号。在开关输入 电路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换， RC滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。
（1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信 号转换为电压信号。
（2）RC滤波是用RC滤波器滤出高频干扰。
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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；
典型的开关量输入信号调理电路如下图所示。 点划线右边是由开关S与电源组成的外部电路，（a） 是直流输入电路，（b）是交流输入电路。交流输 入电路比直流输入电路多一个降压电容和整流桥块， 可把高压交流(如380VAC)变换为低压直流(如 5VDC)。开关S的状态经RC滤波、稳压管D1箝位 保护、电阻R2限流、二极管D2防止反极性电压输 入以
-- 精品--
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 ，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 。
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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，如下所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
光电耦合隔离器的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。 -- 精品--
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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与输入端相互间的反馈 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。
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5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
（3）过电压保护是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。
（4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性 电压输入。
（5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部 的完全电隔离。
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5.2 数量输入通道
数字量同相传递如图（a）所示，光耦的输入正 端接正电源，输入负端接到与数据总线相连的数据 缓冲器上，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，光耦输出端即从集
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
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。
-- 精品--
5.2 数字量输入通道
1 引言
➢ 数字量输入通道（ DI 通道）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。 ➢信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进行 A/D 转换，但对通道中可能引入的各种干扰必须采 取相应的技术措施，即在外部信号与单片机之间要 设置输入信号调理电路。
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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。
为了适应计算机控制系统的需求，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。
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
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，如下 图所示。
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(a 数字量同相传递
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(b 数字量反相传递
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
数字量反相传递如图（b）所示，与（a）不同 的是光耦的集电极 c端直接接另一个正电源，而发 射极 e 端通过电阻接地，则光耦输出端从发射极e 端引出。从而完成了数字信号的反相传递。
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5.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 1 光电耦合隔离器 ❖ 2 光电耦合隔离电路
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5.1 光电耦合隔离技术
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，如下图所示。 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。
计算机控制技术
吴国辉
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第五章 数字量输入输出通道
• 1.光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路 • 2.数字量输入通道中几种典型电路； • 3.数字量输出通道几种典型驱动电路；
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第五章 数字量输入输出通道
• 引言 • 5.1 光电耦合隔离技术 • 5.2 数字量输入通道 • 5.3 数字量输出通道 • 5.4 DI/DO模板 • 本章小结 • 思考题
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5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
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开关信号。在开关输入 电路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换， RC滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。
（1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信 号转换为电压信号。
（2）RC滤波是用RC滤波器滤出高频干扰。
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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；