数字量输入输出通道
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数字量输入输出串行接口
帧格式错 溢犯错
串行接口原则
串行接口原则：指旳是计算机或终端(数 据终端设备DTE)旳串行接口电路与调制 解调器MODEM等(数据通信设备DCE)之 间旳连接原则。
串行接口原则RS-232C
美国电子工业协会EIA制定旳通用原则串行接口
1962年公布，1969年修订 1987年1月正式更名为EIA-232D
MCR低4位任一位置1，均产生调制解调器状态 中断，当CPU读取该寄存器或复位后，低4位 被清零
中断
接受线路状态中断
奇偶错、溢犯错、帧错和中断字符
接受器数据准备好中断 发送保持寄存器空中断 调制解调器状态中断
清除发送状态变化 数据终端准备好状态变化 振铃接通变成断开 接受线路信号检测状态变化
接受时钟引脚RCLK：接受外部提供旳接受时 钟信号；若采用发送时钟作为接受时钟，则只 要将RCLK引脚和BAUDOUT*引脚直接相连
串行异步接口引脚
8250
发送数据SOUT 接受数据SIN 祈求发送RTS* 允许发送CTS*
数据装置准备好DSR*
数据终端准备好DTR* 信号地GND
载波检测RLSD* 振铃指示RI*
面对字符型规程：以字符作为信息单位。字符 是EBCD码或ASCII码。最经典旳是IBM企业旳 二进制同步控制规程(BSC规程)。在这种控制 规程下，发送端与接受端采用交互应答式进行 通信。
异步通信及其协议
异步通信以一种字符为传播单位，通信
中两个字符间旳时间间隔是不固定旳， 然而在同一种字符中旳两个相邻位代码 间旳时间间隔是固定旳。
输出线
OUT1*和OUT2*：
两个一般用途旳输出信号 由调制解调器控制寄存器旳D2和D3使其输
出低电平有效信号 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位使其恢复为高
串行接口原则
串行接口原则：指旳是计算机或终端(数 据终端设备DTE)旳串行接口电路与调制 解调器MODEM等(数据通信设备DCE)之 间旳连接原则。
串行接口原则RS-232C
美国电子工业协会EIA制定旳通用原则串行接口
1962年公布，1969年修订 1987年1月正式更名为EIA-232D
MCR低4位任一位置1，均产生调制解调器状态 中断，当CPU读取该寄存器或复位后，低4位 被清零
中断
接受线路状态中断
奇偶错、溢犯错、帧错和中断字符
接受器数据准备好中断 发送保持寄存器空中断 调制解调器状态中断
清除发送状态变化 数据终端准备好状态变化 振铃接通变成断开 接受线路信号检测状态变化
接受时钟引脚RCLK：接受外部提供旳接受时 钟信号；若采用发送时钟作为接受时钟，则只 要将RCLK引脚和BAUDOUT*引脚直接相连
串行异步接口引脚
8250
发送数据SOUT 接受数据SIN 祈求发送RTS* 允许发送CTS*
数据装置准备好DSR*
数据终端准备好DTR* 信号地GND
载波检测RLSD* 振铃指示RI*
面对字符型规程：以字符作为信息单位。字符 是EBCD码或ASCII码。最经典旳是IBM企业旳 二进制同步控制规程(BSC规程)。在这种控制 规程下，发送端与接受端采用交互应答式进行 通信。
异步通信及其协议
异步通信以一种字符为传播单位，通信
中两个字符间旳时间间隔是不固定旳， 然而在同一种字符中旳两个相邻位代码 间旳时间间隔是固定旳。
输出线
OUT1*和OUT2*：
两个一般用途旳输出信号 由调制解调器控制寄存器旳D2和D3使其输
出低电平有效信号 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位使其恢复为高
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
第2章 输入输出接口与过程通道
2.多个输出通路共用一个D／A转换器的结构形式
图2.32 共用D/A转换器的结构
2.4.2 D/A转换器及其接口技术
D/A转换器是将数字量转换成模拟量的元件或 装置。常用的D/A转换器的分辨率有8位、10位、 12位等。
主要技术指标有分辨率、建立时间、线性误 差等。基本上与A/D转换器的指标相一致。
1. 8位A／D转换器ADC0809 主要特点： 分辨率 8 位；
转换时间100s； 温度范围-40 ～ +85 ℃； 可使用单一的 +5V电源； 可直接与CPU连接； 输出带锁存器； 逻辑电平与TTL兼容。
电路组成及引脚功能
ADC0809有28条引脚。
OE
2. 12位A／D转换器AD574
（1）非电信号的检测-不平衡电桥
（2）信号放大电路
放大器的任务是将模拟输入小信号放大到A/D转换 的量程范围之内，如0-5VDC;
对单纯的微弱信号，可用一个运算放大器进行单 端同相放大或单端反相放大。
若信号源的一端接放大器的负端为反相放大。当 然，这两种电路都是单端放大，所以信号源的另一 端是与放大器的另一个输入端共地。
第2章 输入输出接口与过程通道
基本概念
输入输出接口 —— 简称“接口” 输入输出接口技术 —— 研究微处理器和外部设
备之间信息交换的技术。 接口电路：是主机和外围设备之间交换信息的连
接部件。使主机和外设能够协调工作，有效地完 成信息交换。 通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对象 之间信息传送和变换的连接通道。
为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随 时间变化较快信号的要求，可采用带有保持电路的采样 器，即采样保持器。
（2）采样保持原理
多通道模拟量,数字量,串口RS232485422光纤转换器操作手册
多通道模拟量,数字量,串口RS232/485/422光纤转换器操作手册产品介绍：Cj-mf61系列产品是一款多通道模拟量数字量串口RS232/485/422光纤转换复用设备.采用最新ARM芯片方案,稳定可靠低耗电.同时支持最高四通道的数字量/开关量, 四通道的模拟量(电压/电流), 二通道的RS232/485或者一通道RS422信号在光纤上的单独或混合复用透明传输，无需改动用户的通信协议，解决了电磁干扰、地环干扰和雷电破坏的难题，大大提高了控制信号可靠性、安全性和保密性，同时也解决了传统方式传输距离近的问题。
IP30防护等级,波浪纹铝制加强机壳,35mmDIN导轨安装,工业标准24V电源供电,具备电源极性反接保护功能。
性能指标：开关量/数字量接口：¾独立的四路输入，四路输出的数字通道.¾输入方式可选为TTL输入或者干触点输入¾ TTL输入电平：输入电平 +(0~1)V/逻辑“0”,输入电平+(5~30)V/逻辑“1”¾干触点输入：短路或者开路。
¾输出方式：可选为5VTTL/24VTTL输出,或者继电器输出¾继电器输出形态FORM C（SPDT）:继电器吸合时间6ms继电器释放时间3ms总计开关时间10ms继电器触点容量1A24VDC¾传输延时时间：2毫秒¾最大工作开关频率：50Hz模拟量接口：¾电压/电流模拟量(0-5)V/(0-10)V/(0-20)mA可选.¾最高支持四通道的电压/电流模拟量¾电压量接口参数:精度0.5% (常温)时间延迟<10ms电压传输范围（0-5）VDC或者可选（0-10）VDC输入阻抗 100KΩ¾ (4-20)mA电流量接口参数:精度0.5%时间延迟<10ms最大负载能力600Ω输入电阻120ΩRS232/485/422接口：¾ RS232/RS485/RS422速率：0-115.2Kbps可设定工作于特定速率0-115.2Kbps,支持 RXD，TXD，GND 三线工作方式.¾最高二通道的RS232或者RS485接口。
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
计算机控制输入输出接口与过程通道
②达林顿阵列输出驱动继电器电路。 MC1416是达林顿阵列驱动器. 达林顿晶体管DT（Dar1ington Transistor）亦称复合晶体管。 它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一 起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基 极，依次级连而成，最后引出E、B、C三个电极。
采用积分电路的小功率输入调理电路
目的：把开关K的状态转化成二进制状态。 原理：闭和K时，电容C放电，反相器反相 为1； 断开K时，电容C充电，反相器反相 为0。
问题：利用什么原理消除了抖动？
R—S触发器消除开关两次反跳电路
K
R3 +5V R45
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。
当K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产 生瞬间不闭合，造成R-S触发器输入为双1，故状态不改变。
2.1.2 数字量输入通道
•数字量输入通道结构 P C 总 线 生 产 过 程
输入 缓冲 器
输入 调理 电路
地址译码器
2.3.1数字量输入通道
开关量：开关、电流、开关的触点等等 通道结构
输入
PC 总 线
输入 调理 电路
缓
冲器
来 自 生 产 过 程
地址译码器
输入缓冲器：三态门缓冲器74LS244（较为常见）
1 2
R3
C
当K断开时，光电二极管不 导通，晶体管不导通，经反相 器反相输出为0。 其中，用R1、R2进行分压， C进行滤波，要合理选择参数。
•大功率输入调理电路
－采用光电隔离
2.3
2.3.1
数字量输入输出接口与过程通道
数字量输入输出接口技术
1.数字量输入接口 2.数字量输出接口
(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道
03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。
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数字量输入输出通道
4.1.2 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，如图 4-3 所示。
数字量同相传递如图4-3（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
数字量输入输出通道
4.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 4.1.1 光电耦合隔离器 ❖ 4.1.2 光电耦合隔离电路
数字量输入输出通道
4.1.1 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，如图4-1
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
数字量输入输出通道
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。
数字量输入输出通道
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；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。
第四章: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；
数字量输入输出通道
本章主要内容 ❖ 引言 ❖ 4.1 光电耦合隔离技术 ❖ 4.2 数字量输入通道 ❖ 4.3 数字量输出通道 ❖ 4.4 DI/DO模板 ❖ 本章小结 ❖ 思考题
数字量输入输出通道
4.2 数字量输入通道
主要知识点
❖ 引言 ❖ 4.2.1 开关输入电路 ❖ 4.2.2 脉冲计数电路
数字量输入输出通道
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。
干扰而完成隔离功能的。
图4-1 光电耦合隔离器的几种类型
数字量输入输出通道
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，如图 4-2 所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
图4-2 光电耦合隔离器的结构原理
链接动画
数字量输入输出通道
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。
数字量输入输出通道
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。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。
数字量输入输出通道
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 。
（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。
数字量输入输出通道
典型的开关量输入信号调理电路如图 4-4 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及光耦隔离等 措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入指令便可 读取开关 S 的状态。比如,当开关 S 闭合时，输入 回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数 据线上为低电平，即输入信号为“0”对应外电路开关 S 的闭合；反之，开关 S 断开，光耦中的发光管无电流 流过，光敏管截止，数据线上为高电平，即输入信号为“1” 对应外电路开关 S 的断开。
数字量输入输出通道
4.2.1 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。 （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。
e 端直接接地，光耦输出端即从集电极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。
数字量输入输出通道
+5V
+5V
74LS2பைடு நூலகம்3
+5V
+5V
74LS273
数
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
c
数
D7~D0 据
+
c
缓
冲
器
e
-
e
选通脉冲
选通脉冲
(a 数字量同相传递 图4-3 光电耦合隔离电路
(b 数字量反相传递
链接动画
数字量输入输出通道
数字量反相传递如图4-3（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。
4.1.2 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，如图 4-3 所示。
数字量同相传递如图4-3（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
数字量输入输出通道
4.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 4.1.1 光电耦合隔离器 ❖ 4.1.2 光电耦合隔离电路
数字量输入输出通道
4.1.1 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，如图4-1
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
数字量输入输出通道
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。
数字量输入输出通道
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；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。
第四章: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；
数字量输入输出通道
本章主要内容 ❖ 引言 ❖ 4.1 光电耦合隔离技术 ❖ 4.2 数字量输入通道 ❖ 4.3 数字量输出通道 ❖ 4.4 DI/DO模板 ❖ 本章小结 ❖ 思考题
数字量输入输出通道
4.2 数字量输入通道
主要知识点
❖ 引言 ❖ 4.2.1 开关输入电路 ❖ 4.2.2 脉冲计数电路
数字量输入输出通道
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。
干扰而完成隔离功能的。
图4-1 光电耦合隔离器的几种类型
数字量输入输出通道
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，如图 4-2 所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
图4-2 光电耦合隔离器的结构原理
链接动画
数字量输入输出通道
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。
数字量输入输出通道
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。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。
数字量输入输出通道
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 。
（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。
数字量输入输出通道
典型的开关量输入信号调理电路如图 4-4 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及光耦隔离等 措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入指令便可 读取开关 S 的状态。比如,当开关 S 闭合时，输入 回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数 据线上为低电平，即输入信号为“0”对应外电路开关 S 的闭合；反之，开关 S 断开，光耦中的发光管无电流 流过，光敏管截止，数据线上为高电平，即输入信号为“1” 对应外电路开关 S 的断开。
数字量输入输出通道
4.2.1 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。 （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。
e 端直接接地，光耦输出端即从集电极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。
数字量输入输出通道
+5V
+5V
74LS2பைடு நூலகம்3
+5V
+5V
74LS273
数
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
c
数
D7~D0 据
+
c
缓
冲
器
e
-
e
选通脉冲
选通脉冲
(a 数字量同相传递 图4-3 光电耦合隔离电路
(b 数字量反相传递
链接动画
数字量输入输出通道
数字量反相传递如图4-3（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。