开关量信号输出隔离电路
机械电子学-第5章 信号隔离电路
开关量的隔离方法
• 光电耦合器
– 特点
• 电信号传输具有单向性，具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。 • 输入端属于电流型工作的低阻元件，具有很强的共模抑制能力。 • 在远距离传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比（隔噪）。 • 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
加计算机系统工作的可靠性。 • 响应快、寿命长。 • 用作线性传输时失真小、工作频率高； • 用作光电开关时无机械触点疲劳，可靠性高。
开关量的隔离方法
• 固态继电器的应用
开关量的隔离方法
• 固态继电器的应用
计算机控制单相交流电机正反接的接口及驱动电路
开关量的隔离方法
• 使用固态继电器注意事项
– 切忌将负载两端短路，以避免造成永久性损坏； – 如果外部运行环境温度高，选用的SSR必须留有较
大的余量； – 当用SSR控制感性负载时，应接上氧化锌压敏电阻
应用2. 光耦合器组成的开关电路
高低电平
低VCC电1 平 高低电平
功能： （1）实现脉冲传输； （2）实现电平转换。
开关量的隔离方法
• 光电耦合器的主要技术参数
– 二极管正向压降 – 正向电流 – 电流传输比 CTR – 输出侧供电电压 – 输出侧最大输出电流 – 输入输出之间最大的隔离电压BV – 导通时间 – 关断时间 – 输出侧最大耐压值
– 以光为媒介传输电信号的一种电—光—电转换 器件。由发光源和受光器两部分组成
发光器件 +
LED
–
c
受光器件 光电二极管
e 光电三极管
实现 电 - 光 - 电 传输和转换
开关量的隔离方法
• 光电耦合器
– 类型1：光电二极管型、光电三极管型、光敏 电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成 电路型。
开关量输入输出的隔离技术
要求输入模拟量在整个模数转换过程中被“冻结”起来，
保持不变。但在转换之后，又要求A/D转换器的输入端能跟
踪输入模拟量的变化，能完成上述任务的器件叫采样/保持
电路，简称采/保(S/H)。
最基本的采/保电 路由模拟开关，保持 电容和缓冲放大器组 成
输出电压5V/3.3V/3V
低电池电压检 测输入
低电池电压检 测输出
图4.9 MAX639/MAX640/MAX653的电路连接
16
适于A/D转换器或模拟放大器使用的，通常是双电源输出型。MAX743可提 供±12V或±15V的对称电压，MAX743的最大电流可达±100mA，
图中两个电感100μH、两个电解电容100μF和两个肖特基二极管1N5817
隔离电压高达2000V
共模抑制比(放大器输出功率与输入功率比值的对数，用以表示功率放 大的程度。亦指电压或电流的放大倍数,通常以分贝(dB)数来规定。)高130db， 信号最高频率5KHZ
供电电压15V，可提供±7.5V电源(0.4mA/2mA) （2）MAX210(三端口宽频带隔离放大器 )——3端口，变压器耦合
高频逻辑门专用隔离电路
简单化是逻辑电路
在6N136的基础上，将输出电路做成与TTL兼 容的标准逻辑电路，这就是6N137 ，6N137典 型应用
29
同相输入
30
反相输入
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应用举例AD210的16、17两引脚连接在一起，可实现信号跟踪
功能。18、19两引脚之间通过电阻Ra接信号源Vs，18脚和Vs共地。 脚1和脚2为输出引脚，Rb为输出负载电阻(使用时可选Ra=Rb=1 kΩ)。 该电路可实现1:1的隔离传输功能。
信号隔离器怎么接线
信号隔离器怎么接线
信号隔离器（Signal Isolator）是一种用于将输入信号与输出信号之间进行电气隔离的装置。
接线时需要注意以下步骤：
1. 确定输入信号和输出信号的类型：首先确定要隔离的信号类型，例如模拟信号（如电流、电压）或数字信号（如开关量）。
这样可以选择适合的信号隔离器。
2. 检查信号隔离器的参数和规格：根据信号隔离器的技术规格和使用手册，了解输入信号和输出信号的量程范围、电源要求以及其他相关参数。
3. 连接电源：绍兴中仪专业生产信号隔离器，通常需要外部供电，确保正确连接电源并符合所需的电源要求（如直流或交流电源、电压范围等）。
4. 连接输入信号：将输入信号源与信号隔离器的输入端相连接。
根据信号的类型，可能需要使用适当的连接器、终端或引脚，例如连接导线或插头。
5. 连接输出信号：将信号隔离器的输出端与输出设备（如PLC、DCS系统、报警仪表等）相连接。
同样，根据信号的类型，选择适当的连接器和引脚，确保可靠连接。
6. 检查接线连接：在进行实际操作之前，仔细检查所有连接，确保插头、引脚或接线柱紧固，并确保没有错位或短路的问题。
这有助于避免故障和损坏。
7. 进行测试和调试：完成接线后，根据信号隔离器的使用手册，进行相应的测试和调试工作。
确保输入信号能够正确地被隔离并传递到输出端，验证系统性能是否符合预期。
重要提示：由于每个信号隔离器的设计和型号可能不同，请始终参考具体产品的技术规格和使用手册。
如果不确定操作步骤或接线方法，请咨询相关的专业人士或设备制造商，以确保正确使用信号隔离器，并避免任何潜在的风险。
开关量输入╱输出电路
开关量输入/输出电路一、开关量的隔离与抗干扰1、开关量的隔离（1）隔离的作用隔离的主要作用是：使低压输入电路与大功率的电源隔离；外部现场器件与传输线同数字电路隔离，以免计算机受损；限制地回路电流与地线的错接而带来的干扰；多个输入电路之间的隔离。
（2）开关量的隔离方法常用的开关量的隔离方法主要有以下方式。
○1光电隔离。
（图3－28 光电耦合器原理接线图）○2继电器隔离。
（图3－29 采用继电器隔离的开关原理接线图）○3继电器和光电耦合器双重隔离。
2、抗干扰软件抗干扰措施主要是适当增加延时，以躲开触点抖动的影响。
二、开关量的采集、检测与变位识别1、开关量的采集方式（图3—30 中断申请电路图）当开关状态发生变化时，由于Q端仍保持原状态，D、Q异或的结果使输出由低电平跳变为高电平，通过非门变成低电平向CPU申请一次中断。
当CPU 响应中断以后，发出INTA信号使触发器触发。
D、Q状态趋于一致，异或门输出又成为低电平。
2、开关动作的检测把3次采样的开关量用A、B、C三个布尔数来表示，从中任取出两个进分“与”运算，如果其中有两个或两个以上为“1”，则运算结果必定有一个为“1”；反之，若有两个或两个以上为“0”，则运算结果必定全为“0”。
另外，再根据“或”运算的规则，在N个数中只要有一个是“1”，则运算结果必定是“1”；只有当N个数全为“0”时，结果才为“0”。
可以把三取二表决的算法用以下逻辑算式来处理（A·B）＋（B·C）＋（C·A）（3－15）3、开关变位的识别开关量的状态通常用一位二进制数来表示，例如用“1”代表闭合，用“0”代表断开。
变电所的开关量数目很多，为了简化分析，下面只对用一个字节的二进制数表示的8个开关状态进行分析，但所得到的结论具有普遍的意义。
○1现状○＋原状，若有变位则该位为1；若无变位，则该位为0。
○2（现状○＋原状）∧原状，若为1，则该位由1→0。
○3（现状○＋原状）∧现状，若为1，则该位由0→1。
开关量输入输出电路
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只要通过软件使并行口的PB0输出 “0”，PB1输出“1”，便可使与非门 H1输出低电平，光敏三极管导通，继电 器KM被吸合。
在初始化和需要KM返回时，PB0=1， PB1=0
设置反相器B1及与非门H1而不将发 光二极管直接同并行口相连，一方面是因 为并行口带负载能力有限，不足以驱动发 光二极管，另一方面是因为采用与非门后 要满足两个条件才能使KM动作，增加了 抗干扰能力。
开关量输入、 输出电路
五、开关量输入及输出
基本功能：将测控对象需要的状态信号引入微机系统，并将CPU送出的数 字信号或数据进行显示、控制或调节。
（一）开关量输入电路
包括：断路器和隔离接头等输入、外部装置闭锁重合闸触点接入、装置上连接片位置输 入等回路。
对于从装置外部引入的 接点，当S1接通时，有电流 通过光电掐进的发光二极管 回路，使光敏三极管导通。 S1断开时，光敏三极管截止。 因此，三极管的导通与截止 完全反应了外部接点的状态。
五、开关量输入及输出
（二）开关量输出回路
包括自动装置的跳闸出口及信号，一般采用并行接口的输出来控制有接点继 电器。为了提高抗干扰能力，也经过一级光电隔离。
1、安装在装置面板上的接点。包括在装置调试时用的或运行中定期检查装 置用的键盘接点以及切换装置工作方式用的转换开关等。
2、从装置外部经端子排引入装置的接点。如需要由运行人员不打开装置外 盖在运行中切换的各种压板、转换开关及其他装置和操作继电器。
五、开关量输入及输出
（一）开关量输入电路
对于装在面板上的接点， 可直接接至微机的并行口， 只要在可初始化时规定图中 可 编 程 的 并 行 口 PA 0 为 输 入 端，CPU就可以通过软件查 询，随时知道外部接点S1的 状态。
第三节开关量输入输出电路
第三节 开关量输入输出电路
微机继电保护装置在运行时， 微机经常需要接收或发送一些以开
关量形式出现的控制信号。 在接收这些开关量信号时， 微机不能直接 接收， 而是必须经过专用的开关量输入电路转换成微机接口元件可接
收的电平信号之后， 才允许进入微机； 而在微机发送出这类开关量信 号时， 这种数字信号也不能直接去驱动相关的执行元件， 而是将这种
输出的数字信号经过专用的开关量输出电路转换成模拟电压信号后， 才能驱动相应的执行元件，完成微机发出的继电保护命令。
一！一 ９
太原理工大学硕士学位论（
第二 章
一．开 输入，路 ‘ 关最 １ １ ．
１ ．输入开关最
Ｉ微机输入的开关吊即触点状态的输入信 号 ｝ ｄ 通常司分为内部开
关鼠和外部开 关鼠两类
０ 内部汗关吊： 少 反映安装在微机继电保护装置内部的触奴状态的开
关量， 称为内部开关量。 对十这一类的触点状态包括起动继电器
触点的状态，例如，当线路发生故障时，起动继电器动作，Ｓ触 ｝
作状态。
对于从微机继电保护装置外部引入的开关量触点状态， 如果也按
上述方式引入， 将给微机带来干扰信号， 因此应采用光电祸合隔离技
术将开关量回路 与 微机并行接口回路隔离后， 再将开关量信号接入微
机并行接口上。
一！ ９一
太原理工戈学硕士学位论文
第二 章
一 开关最 输出Ｉ路 Ｌ ！
在微机继电保护装置中， 山微机发出的汗关量形式的数字信 号上 要是保护跳闸及具它控制信 号， 这类数字信 甘一般是经过专川开关最 输出电路将数字信 号转换成模拟电压信 号后 刁 去驭动相应的执行 能
开关量信号的输入输出
§4.2 开关量信号的输出
一、开关量信号输出的通 道结构 4、注意： P1口可直接输出（锁存 器和地址译码电路可省 略）最多8个开关量信号。 P0口经锁存电路隔离可 接多组8个开关量输出。 当驱动小负载时，输出 驱动电路可省略。
§4.2 开关量信号的输出
二、开关量输出接口的简单设计 1、P1口开关量的输出 练习：通过P1口直接控制8个LED发光二 极管，画出硬件电路图，并写出控制发光 二极管点亮的指令。
§4.2 开关量信号的输出
一、开关量信号输出的通道 结构 3、各部分作用 锁存器：当开关量信号从 P0口输出时，锁存器起到ห้องสมุดไป่ตู้隔离数据总线的作用。常 用锁存器如74LS373、 74LS273、74LS377等 地址译码控制：锁存器的 锁存地址控制 输出驱动电路：提高输出 开关量信号的输出功率。
三、开关量输出的功率接口电路设计
2、中功率达林顿管驱动接 口电路 在驱动功率较大的继电 器和电磁开关等控制对 象，要求提供50~500 mA的电流时，可使 用MC1413 （ULN2003）、 MC1416（ULN2004） 等达林顿管集成电路。
三、开关量输出的功率接口电路设计
2、中功率达林顿管驱动接口 电路 若图中继电器需要100mA 吸合电流，则（V+—0.3） /（r+R2）=I=100，其中r 是继电器的线圈内阻，当已 知V+时，可求R2 取 MC1413的放大倍数 β=100，P1.0输出电流 =100mA/β=1mA， 1*R1+0.7+0.7+100*R2 =5, 可求R1
§4.2 开关量信号的输出
三、开关量输出的功率接口电路设计 1、小功率驱动接口：
单片机抗干扰技术开关量输入输出通道隔离
周围空间中的电磁场对信号线 的电磁感应干扰。
接地系统干扰
由于接地不良或地线配置不当 导致的地线噪声干扰。
信号传输线干扰
信号传输线上的外部干扰信号 通过电感和电容耦合引入。
开关量输入通道隔离技术
01
光耦隔离
利用光耦器件将输入和输出电路隔 离，以减小干扰信号的影响。
变压器隔离
利用变压器原理实现输入和输出电 路的隔离，降低共模干扰。
单片机在工作过程中，其电路板 和元件会受到周围空间电磁辐射 的影响，导致信号失真和噪声干 扰。
接地系统干扰
接地系统不良或不合理，会导致 信号接地电位不均，产生电位差， 从而引入干扰信号。
开关量输出通道隔离技术
光耦隔离
光耦隔离是利用光耦合器的工作原理，将单片机开关量输出信号通过光耦隔离器进行隔离，以减小外界干扰对输出信 号的影响。
03
02
继电器隔离
通过继电器触点实现输入信号的电 气隔离，提高抗干扰能力。
运算放大器隔离
通过运算放大器将输入信号进行放 大和隔离，提高信号质量。
04
开关量输入通道隔离的实现方法
选择合适的隔离器件
根据应用需求选择适合的光耦、继电器、变 压器或运算放大器等器件。
正确连接隔离器件
按照隔离器件的连接方式，正确接入输入和 输出电路。
单片机抗干扰技术开关量输入输出 通道隔离
contents
目录
• 单片机抗干扰技术概述 • 单片机开关量输入通道隔离 • 单片机开关量输出通道隔离 • 单片机抗干扰技术的实际应用
01 单片机抗干扰技术概述
干扰的定义与影响
定义
干扰是指对系统正常信号的扰动 或破坏，导致信号失真、畸变或 阻塞。