SPI通信中采用光耦隔离的意义与措施
光耦隔离的作用及其原理
光耦隔离的作用及其原理光耦隔离器（Optocoupler）是一种被广泛使用于电子电路中的隔离器件。
其作用是将输入信号与输出信号通过光学器件隔离开来，以便实现信号传输的电气隔离。
光耦隔离器通常由光发射器和光接收器组成，光发射器和光接收器之间通过光线（通常为红外线）进行信号的传输。
光发射器是一个发光二极管（LED），它将输入的电流转化为光信号发射出去。
光接收器是一个光敏二极管或光电三极管，它将接收到的光信号转化为电流输出。
光耦隔离器的原理基于光电转换效应，即将输入电信号转换为光信号，并通过光接收器将光信号转换为输出电信号。
其工作原理如下：1.输入信号转换：当输入信号电平高时，输入端的电流会流向光发射器（发光二极管），激活发光二极管并产生光束。
当输入信号电平低时，输入端的电流不会流向光发射器，光发射器处于关闭状态。
2.光信号传输：发光二极管产生的光束会穿过隔离器内的隔离通道，通常是一个塑料管或玻璃管。
这种隔离材料对光线的透射性能较好，能够有效传输光信号。
3.光信号接收：光接收器位于隔离器的另一端，当接收到发光二极管发出的光束时，光电转换器件（如光敏二极管或光电三极管）会将光信号转换为相应大小的电流输出信号。
4.输出信号转换：光接收器输出的电流信号经过放大和调理电路处理后，可以得到与输入信号相应的输出信号。
光耦隔离器的作用主要有以下几个方面：1.电气隔离：光耦隔离器将输入和输出电路通过光信号隔离开来，避免了直接接触的电气连接，从而实现了电气隔离。
这种电气隔离能够有效地防止输入和输出电路之间的电流、电压、干扰等相互传播，提高了电路系统的稳定性和可靠性。
2.电压传递：光耦隔离器可以将输入电路和输出电路之间的电压进行适当的升降，实现不同电平的转换。
例如，将高电平的输入信号转换为低电平的输出信号，或将低电平的输入信号转换为高电平的输出信号。
3.信号隔离：光耦隔离器适用于不同高低压电路之间的信号传输。
通常应用于将微小信号从低压侧传输到高压侧的场合，如从传感器获取信号并将其传输到控制器或驱动器。
光耦隔离驱动设计及计算解析
关键词：光耦隔离驱动传输比（CTR）If Ic【问题描述】： ................................................................................................................................................................................................... •【问题分析】 (1)【优化方案】 (1)【收获】 (8)【问题描述】：监控类产品中中经常要用到光耦隔离电路，例如CAN、485，232等通信电路，或者是信号输入输出隔离电路等。
我们在设计中要根据光耦的几个主要参数，仔细计算光耦原副边的电路参数。
否则可能导致电路功能异常。
下面就某个市场问题展开分析。
山东基站的IPLU0006出现如下问题，将IPLU0006的串口6（485通道）与智能设备IPLU1501相连, 前置机中显示IPLU1501往往通讯正常一段几分钟之后，即通讯异常。
而将设备断电重启后，通讯正常一段时间后设备又会出现通讯异常，如此反复。
【问题分析】对现场寄回来的样机进行分析，发现是由于电路设计是裕量不足引起。
具体分析如下：①下图为RS485电路中前端的光耦隔离部分，其中红色选中部分为收发控制电路部分。
CPU发出的控制信号经过缓冲驱动后经光藕隔离，控制通信芯片的收发控制端。
这里原边上拉电阻为2k门，副边上拉电阻为4.72。
（案例名称）经验案例当RTS2输出为低电平时（0.2V ）时，光耦饱和导通。
ADM483的收发控制段被拉低，收发控制端一直箝位在低电平而保持为接收状态。
当 RTS2输出为高电平时（3.3V ）时，光耦断开，ADM483的收发控制段被拉高而保持为发送状态。
由于485为总线制，总线上可能有多个智能设备，所以对于同一时刻，总线上只能有一台设备处于发 送状态，而其他的设备都处于接收状态。
ttl光耦隔离电路
ttl光耦隔离电路一、什么是ttl光耦隔离电路？1.1 电耦合电耦合是指通过电磁感应原理将两个电路之间的信号传递的一种方法。
在电耦合中，输入电路和输出电路通过电磁感应耦合在一起，信号可以通过电磁感应的作用在两个电路之间传递。
1.2 ttl光耦隔离电路ttl光耦隔离电路是一种通过光耦合器件实现电耦合的电路。
ttl是一种逻辑电平标准，光耦隔离电路通过光电耦合器件将输入电路和输出电路隔离开来，可以实现输入和输出之间的电气隔离，从而避免干扰和提高系统的可靠性。
二、ttl光耦隔离电路的工作原理2.1 光电耦合器件光电耦合器件是实现光耦隔离的关键元件。
光电耦合器件通常由一个发光二极管和一个光敏三极管组成。
当发光二极管输入电流时，它会发出光信号，光信号经过隔离介质作用后，被光敏三极管接收并转换成电信号输出。
2.2 ttl光耦隔离电路的工作过程当输入电路需要给输出电路发送信号时，输入电路通过光电耦合器件的发光二极管发出光信号。
光信号经过隔离介质后，被光敏三极管接收并转换成电信号输出到输出电路。
输出电路可以根据接收到的电信号进行相应的动作，实现输入和输出之间的电气隔离。
三、ttl光耦隔离电路的优势3.1 电气隔离ttl光耦隔离电路可以实现输入和输出之间的电气隔离，避免了输入电路对输出电路的干扰，提高了系统的可靠性。
3.2 隔离噪声由于光耦隔离电路中的隔离介质具有良好的绝缘性能，可以有效地隔离输入电路和输出电路之间的噪声，提高了系统的抗干扰能力。
3.3 电位隔离ttl光耦隔离电路可以实现输入和输出之间的电位隔离，避免了输入电路和输出电路之间的电位差对系统的影响，提高了系统的稳定性。
3.4 保护功能ttl光耦隔离电路可以起到保护功能，当输入电路发生故障或异常时，可以避免故障或异常信号传递到输出电路，保护输出电路的安全运行。
四、ttl光耦隔离电路的应用领域4.1 工业控制在工业控制系统中，由于环境复杂、噪声干扰大，常常需要使用ttl光耦隔离电路来实现输入和输出之间的隔离和保护，提高系统的可靠性和稳定性。
光耦的作用及工作原理
光耦的作用及工作原理光耦合器〔optical coupler，英文缩写为OC〕亦称光电隔离器，简称光耦。
光耦合器以光为媒介传输电信号。
它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。
目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。
光耦合器一般由三局部组成：光的发射、光的接收及信号放大。
输入的电信号驱动发光二极管〔LED〕，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。
由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。
所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。
在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。
光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。
光耦合器是70年代开展起来的新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。
在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反应电路，通过调节控制端电流来改变占空比，到达精密稳压目的。
学习笔记：光耦的主要作用就是隔离作用，如信号隔离或光电的隔离。
隔离能起到保护的作用，如一边是微处理器控制电路，另一边是高电压执行端，如市电启动的电机，电灯等等，就可以用光耦隔离开。
当两个不同型号的光耦只有负载电流不同时，可以用大负载电流的光耦代替小负载电流的光耦。
以六脚光耦TLP641J为例，说明其原理。
一个光控晶闸管〔photo-thyristor〕耦合〔couple to〕一个砷化镓〔gallium arsenide〕红外发光二极管〔diode〕组成。
高性能别克式平滑度仪的设计
高性能别克式平滑度仪的设计摘要由于传统别克式平滑度仪存在温飘、安全性和校准问题,本文提出了一种新型高性能的设计,有效地解决了上述问题。
该设计在硬件上采用专用a/d芯片ad7731提高了仪器的抗温飘特性。
在软件设计上提出了系统信息存储、动态加密和相关函数校准3方面的改进。
最后,基于labview平台的上位机监控软件大大提高了别克式平滑度仪的生产效率和产品合格率。
关键词平滑度;动态加密;相关函数校准中图分类号 ts73文献标识码 a 文章编号1674-6708(2010)18-0071-030 引言平滑度是用来衡量纸张表面平整程度的一个重要物理量,它确保了印刷画面和字迹的鲜明度和清晰度,因此被作为印刷用纸最重要的质量指标之一。
目前,在平滑度测量方面,别克式平滑度仪被广泛应用于造纸企业。
其工作原理是将测试纸放在有胶垫的特制金属压头下,对特定容积腔抽取空气成半真空状态,然后测量泄露空气透过纸张造成容积腔真空度的下降时间,从而确定纸张的平滑度,测量单位以秒计量。
别克式平滑度仪有大小两个容积腔。
利用小容积腔测量平滑度时,真空度从50.66kpa下降到48kpa的下降时间需要乘以10得到最终平滑度,它主要用来快速测试纸张平滑度;而大容积腔测量平滑度有两个量程,即测量50.66kpa～48kpa和50.66kpa～29.33kpa的真空度下降时间,前者真空度下降时间即纸张平滑度,后者的平滑度需要用真空度下降时间除以10得到,主要用在平滑度很小的纸张平滑度测试上。
虽然别克式平滑度仪应用广泛,但传统的电子测量设计和软件上存在着很多不足,导致不同厂家生产的平滑度很难相互标定。
同时,由于环境温度的影响,仪表在测量平滑度时温飘严重影响准确性。
为此,本文在这里提出一种新型高性能的别克式平滑度仪设计,在防止温飘、系统校正和安全保障方面与原有设计相比有了很大提高。
1 硬件设计1.1 总体设计架构别克式平滑度仪一般需要满足液晶显示、信号采集、阀门和真空泵状态控制、键盘扫描和打印5大功能需求。
光耦隔离的4种常见方法对比
光耦隔离的4种常见方法对比在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。
但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。
而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱,往往导致电路不能正常工作.本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究.1 常见的几种连接方式及其工作原理常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。
这里以TLP521为例,介绍这类光耦的特性。
TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强,副边三极管的电流Ic越大。
副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。
作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。
此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数,使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。
通常选择TL431结合TLP521进行反馈。
这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2。
5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络.常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示.图中，Vo为输出电压，Vd 为芯片的供电电压。
com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如UC3525）的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。
注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地,两者之间用光耦隔离。
图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚（相当于电压误差放大器的反向输入端）电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚）电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降,占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。
光耦隔离板工作原理
光耦隔离板工作原理光耦隔离板（Optocoupler）是一种将输入信号与输出信号通过光学和电学隔离的电子元器件。
它由一个发光器件和一个接收器件组成，发光器件通常是一个发光二极管（LED），接收器件通常是一个光电二极管或光敏三极管。
1.输入信号电路：输入信号通过一个电阻器与发光二极管相连。
当输入信号为高电平时，电流流过电阻器和发光二极管，使得发光二极管发出光；当输入信号为低电平时，电流不流过发光二极管使其不发光。
2.光学隔离：发光二极管发出的光通过一个透明介质（通常是空气或者塑料）传播到接收器件上。
光在传播过程中不受电磁干扰或电压幅度的影响，实现了输入和输出信号的隔离。
3.输出信号电路：接收器件接收到来自发光二极管的光信号后，转换为电流信号。
接收器件可以是光电二极管或者光敏三极管。
光电二极管中的光敏材料被光照射后，电子被激发并产生电流；光敏三极管中的光敏材料激发电子后，电子通过电路中的电阻器而产生电压。
4.输出信号隔离：由于输入和输出信号电路之间通过光隔离，输出信号不受输入信号电路中的电压幅度或电磁干扰的影响，从而实现了信号的隔离。
首先，光耦隔离板能够实现输入和输出信号的隔离，从而避免了由于输入信号电路和输出信号电路之间的相互干扰而导致的系统稳定性问题。
光隔离还可以提供更好的电气隔离性能，提高设备的安全性。
其次，光耦隔离板具有高速度和宽带宽的特性，适用于高频、高速的信号传输。
光隔离不受频率的限制，能够在高速信号传输中保持较低的失真和延迟。
此外，光耦隔离板还具有耐热、耐电磁干扰和长寿命等特点，适用于各种环境条件和工业应用。
光耦隔离板在实际应用中有广泛的用途。
它可以用于电力电子设备的控制电路隔离，以提高系统的稳定性和安全性。
同时，它还可以应用于工业自动化领域，用于隔离高压、高电流的信号。
此外，光耦隔离板还广泛用于医疗设备、通信设备、仪器仪表、汽车电子等领域。
总之，光耦隔离板通过光学和电学隔离的方式，实现了输入和输出信号的隔离，能够工作在高速、高频的条件下，并具有良好的电气隔离性能和抗干扰能力，广泛应用于各个领域的电子设备中。
单片机项目答辩 -回复
单片机项目答辩一、硬件设计方面1. 你们的单片机采用了哪种通讯协议？它们有什么优缺点？答：我们的单片机采用了I2C、SPI和UART通讯协议。
其中，I2C协议在短距离内传输数据速度快，并且只需要两根线来完成双向通信；SPI协议在长距离传输时更稳定，数据传输速度快，但需要多条线来支持；UART协议则简单易用，但传输速度相对较慢。
2. 你们如何保证电路板的可靠性和稳定性？答：我们通过精确的PCB布局设计和合理的电源分配来保证电路板的可靠性和稳定性。
我们还在电路板上添加了滤波电容器和稳压芯片等元器件，以减小噪声干扰和抑制电压波动。
3. 你们的单片机是否支持外设扩展？如何实现？答：是的，我们的单片机支持外设扩展。
我们在设计时考虑到这一点，为其留出了GPIO口和SPI接口等扩展接口。
用户可以通过扩展板或外部模块等方式来实现对外设的扩展。
4. 你们如何保证单片机与其他电路之间的互相隔离？答：我们采用了光耦隔离和独立供电等措施来保证单片机与其他电路之间的互相隔离。
通过这些措施，可以有效避免因电路间干扰而导致的系统故障。
5. 你们的单片机是否支持功耗管理？如何实现？答：是的，我们的单片机支持功耗管理。
我们使用了低功耗模式，在不影响设备正常工作的前提下，尽可能降低设备的功耗。
同时，我们还设置了智能休眠模式，当设备处于闲置状态时，自动进入休眠状态，以达到节能的目的。
二、软件开发方面1. 你们的单片机采用了哪种编程语言？它有什么优劣势？答：我们的单片机采用C语言进行编程。
C语言具有操作系统无关性、可移植性强、执行效率高等优势，但需要程序员具有较高的编程技巧和经验，否则容易出现问题。
2. 你们的单片机采用了哪种开发环境？它有什么优劣势？答：我们的单片机采用Keil MDK作为开发环境。
Keil MDK具有集成度高、易于使用、支持多种编程语言等优点，但需要购买授权才能使用全部功能。
3. 你们如何进行固件升级和调试？答：我们通过串口以及USB接口与PC进行通讯，实现固件的升级和调试。
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SPI通信中采用光耦隔离的意义与措施----b320d240-7229-11ec-
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spi通信中采用光耦隔离的意义与措施本文关键词：信中，隔离，采用，意义，措施
文摘：SPI（serial peripheral interface，串行外围接口）总线系统是一种同步串行外围接口，广泛应用于单片机与各种外围设备之间的串行通信以交换信息。
SPI总线可直接与各厂家生产的各种标准外围设备连接。
光耦简称光耦。
光耦隔离是通过光耦隔离电信号。
光耦的结构类似
spi通信中采用光耦隔离的意义与措施本文内容：
文摘：SPI（serial peripheral interface，串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口，广泛应用于单片机与各种外设以串行方式进行通信以交换信息。
SPI总线可直接与各厂家生产的各种标准外围设备连接。
光耦简称光耦。
光耦隔离是利用光耦隔离电信号。
光耦的结构相当于将发光二极管和光敏三极管封装在一起，使电路的隔离两部分通过光耦中的光发射信号，使电路的隔离两部分之间没有直接的电气连接，以防止电气连接引起的干扰和损坏。
光耦隔离方式以其隔离耐压高、抗干扰能力强、成本低等优点被广泛应用于各种隔离电路中。
关键词：spi通讯;光耦隔离;
SPI是一种高速、全双工、同步的通信总线，芯片引脚最多只占用四条线，节省了芯片引脚。
另外，主从设备在通信时使用主设备提供的时钟信号，通信可靠。
现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。
在一些需要隔离的电路中进行SPI通信时，利用光耦隔离信号是目前一种可靠、经济、有效的方法。
但在实际应用中，由于光耦传输延迟大，电流传输比CTR值离散，光耦中LED发光强度减弱，不仅会造成不可预知的故障和隐患，而且容易造成不可弥补的经济损失。
因此，研究光耦隔离方式对SPI通信的影响具有重要意义。
1、光耦传输延时对spi通信的影响
接下来，以SPI的时钟波形为例，简要分析光耦延迟特性对SPI通信的影响，如图1所示：R35=1KΩ，r24=1KΩ，室温测试，图中使用的光耦型号为台湾某品牌el816d，电流转移率（简称CTR值）为300%-600%。
在图1中，DVD和VDD均为5V，光耦的VF约为
1.2V。
可以计算出if=（5v-1.2v）/1K=3.8ma，IC≈ 5V/1K=5mA，实际
IC/if=5mA/3.8ma=132%。
从图2可以看出，在常温下，光耦输出端的MCLK信号比输入端的metericclk信号延迟约40us，即光耦的断开延迟时间toff约为40us（示波器中的上升延迟），而光耦的开启延迟（示波器中的下降延迟）要小得多，与toff相比几乎可以忽略不计。
在高温环境下，光耦的toff值较大。
在SPI通信中使用光耦隔离时，SCLK和miso信号的光耦延迟被叠加。
导致SPI通信速率难以提高的主要因素是光耦的断开延迟时间toff。
在不隔离的情况下，SPI的通信速率可达10MB/S；使用光耦隔离后，由于光耦断
开延迟时间toff的影响，SPI的通信速率只能降低到几KB/s；它只能达到最高比率的千
分之一左右。
图1(clk信号的隔离原理图）
图2信道1（黄色）metericclk的波形；通道3（紫色）MCLK信号波形
2、光耦的ctr值衰减是产品寿命的重要考量因素
由于光耦通过光进行信号传输，光耦内部的LED发光强度会随着长时间运行而逐渐降低。
光耦工作电流越大，环境温度越高，使用寿命越短。
在25℃下，当if=5mA时，CTR
值下降20%需要350000小时，而当if=10mA时，CTR值下降20%只需要100000小时；在
10mA下工作的光耦使用寿命仅为5mA的三分之一。
在55℃时，当光耦工作在10mA时，CTR值仅需40000小时即可降低20%；使用寿命仅为常温环境下的40%。
因此，在使用光耦隔离和传输SPI信号时，应充分考虑光耦CTR衰减对产品使用寿命的影响。
这种影响是极
其隐蔽和有害的，常常被产品设计师忽视。
3、减小光耦对spi通信影响的主要措施
（1）选择合适的电流传输比CTR值可以有效减少光耦的延迟时间。
当图1中的R24
为2K时，if=（5v-1.2v）/1K=3.8ma，IC≈ 5V/2K=2.5mA，IC/if=76%。
光耦的关闭延迟
时间toff约为20us，减少一半。
因此，在电路中匹配合适的参数可以有效地降低toff值，提高SPI的通信速率。
(2）根据光耦的延时特性，通过调整sclk信号的占空比，可以有效提高spi的通信
速率和产品可靠性。
由于惯性思维，设计人员往往将信号的占空比设置为50%，即信号的
高电平和低电平持续时间一致。
由于光耦对信号的延时主要是由于toff值的影响，而导
通延时ton相对于toff延时几乎可以忽略。
如下图所示，通过提高信号的占空比，在spi 传输波特率保持不变的情况下，通过减少低电平的持续时间来延长高电平持续时间，用以
抵消光耦toff延时时间，在不降低spi通信速率的情况下，可以有效减少光耦toff值对spi通信的影响，从而有效的提高了spi通信的可靠性。
4.结论
本文讨论了光电耦合器隔离对spi通讯方式的影响。
通过深入分析光耦的特性，在设
计产品时通过配置合适的电流传输比ctr值或调整信号占空比，可以有效提高spi通讯的
可靠性，也可避免光耦在长期运行或者高温环境下由于ctr值的衰减而导致产品出现批量
故障，避免给企业及社会造成不必要的经济损失。
参考
[1]基于f28m35的电池管理系统开发平台研究[d].华南理工大学，2021. [2]孙丞.光电隔离spi接口冲击分压器[j].化工自动化及仪表，2021,43(12):1310-1313.
SPI通信源中光耦隔离的意义及措施：网络分选
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