第5章 开关量输出、输入分解

图5-15 外接直流电源开关量变换电路
(3)恒流源方式
这种方式用于抗干扰能力要求高、传输距离较远的场合。 电流一般取0～10mA，即触点闭合时输出电流为10mA， 触点打开时输出电流为0。
(3)恒流源方式
这种方式用于抗干扰能力要求高、传输距离较远的场合。 电流一般取0～10mA，即触点闭合时输出电流为10mA， 触点打开时输出电流为0。
图2-80 低压开关量输出
光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或 光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通 常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管） 封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器 接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电— 光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合 器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和 输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应 用。
(3)交流电磁式接触器的功率接口 继电器中切换电路能力较强的电 磁式继电器称为接触器，接触器的触点数一般较多。
图5-12 交流接触器的接口电路
交流电磁式接触器由于线圈的工作电压要求是交流电， 所以通常使用双向晶闸管驱动或使用一个直流继电器 作为中间继电器控制。
5.4 开关量输入通道
5.4.1 开关量输入通道的结构形式 5.4.2 开关量形式及变换 5.4.3 整形与电平变换 5.4.4 开关量输入通道与CPU的接口
(4)总线缓冲区 暂存数字量信息并实现与CPU数据总线的连接。
(5)接口逻辑电路 协调通道的同步工作，向CPU传递状态信息并控 制开关量到CPU的输入。
图5-13 开关量输入通道结构框图
(1)控制系统自带电源方式
图5-14 自带电源的开关量变换电路 a)并联方式 b)串联方式
(2)外接电源方式 它适合于开关安装在离控制设备较远位置的场 合。
图2-81 三极管输出驱动
2.4 数字量输入输出通道
（2）继电器输出接口技术 一般在驱动大型设备时，往往利用继电器作为控制系统 输出到输出驱动级之间的第一级执行机构，通过第一级继电 器输出，可以完成从低压直流到高压交流的过渡。如图2-82 所示。
图2-82 继电器输出电路
2.4 数字量输入输出通道
(3)消除毛刺 由于受环境干扰的影响，传输的开关量信号将产生 毛刺。
图5-21 采用比较器的整形电路
2.电平变换
图5-22 电平变换电路 a)光电隔离电平变换 b)晶体管电平变换 c)CMOS-TTL芯片电平变换
5.4.4 开关量输入通道与CPU的接口
1.开关状态检测接口电路 2.脉宽测量接口电路 3.脉冲计数接口电路
去 生 产 过 程
5.3.2 开关量输出通道与CPU的接口
1)对于单片机，由于本身带有具备锁存功能的I/O口，因此
可以直接利用其I/O口作为输出，而无需另加接口电路。 2)采用通用集成可编程输入输出接口芯片。 3)采用通用逻辑芯片。
2.4 数字量输入输出通道
2．输出信号驱动电路 （1）低电压开关量信号输出技术 对于低电压情况下开关量控制Βιβλιοθήκη Baidu出，可采用晶体管、OC 门或运放等方式输出，如驱动低压电磁阀、指示灯、直流电机 等，如图2-80所示。
2.4 数字量输入输出通道
需注意的是，在使用OC门时，由于其为集电极开路 输出，在其输出为“高”电平状态时，实质只是一种高阻 状态，必须外接上拉电阻，此时的输出驱动电流主要由Vc 提供，只能直流驱动并且OC门的驱动电流一般不大，在 几十毫安量级。 如果驱动设备所需驱动电流较大，则可采用三极管 输出方式，如图2-81所示。
第5章 过程通道和数据采集系统之六

概述 模拟量输入通道 D/A与A/D转换技术 数据采集系统 模拟量输出通道 过程通道的抗干扰措施 小结
2 . 数字量输出通道
DO接口电路
数字量输出通 DO接口电路 道的任务是把 输 输 PC 出 出 总 计算机输出的 驱 锁 线 动 存 数字信号（或 器 器 开关信号）传 送给开关器件 地址译码器 （如继电器或 指示灯），控 图 7—4 数字量输出通道结构 制它们的通、 断或亮、灭， 数字量输出通道主要由输出接口电 简称DO通道。 路和输出驱动电路等组成。
2.无触点开关量
图5-16 无触点开关变换电路 a)并联方式 b)串联方式
2.无触点开关量
图5-17 开关量取样变换电路框图
3.非电量开关量(数字量)
图5-18 非电量开关量变换电路结构图
5.4.3 整形与电平变换
1.波形整形 2.电平变换
1.波形整形
(1)触点消抖 在机械有触点开关中，当触点闭合或打开时将产生抖动，使得 开关量在动作瞬间的状态不稳，若是工作在计数方式或作为中断输入，将导 致系统工作不正常，因此采用触点消抖是必要的。
5.4.1 开关量输入通道的结构形式
数字量输入通道主要包括： (1)信号变换器 将过程的非电量开关量转换为电压或电流的双值逻
辑值。
(2)整形电路 将混有毛刺之类干扰的输入双值逻辑信号或前后沿不 合要求的输入信号整形为接近理想状态的方波或矩形波，而后再根
据系统要求变换为相应形状的脉冲信号。
(3)电平变换电路 将输入的双值逻辑电平转换为与CPU兼容的逻辑 电平。
(2)脉冲定宽 在许多控制系统中，有时要求在开关量变化时提供一个脉冲宽
度稳定的脉冲，如上跳时产生脉冲、下跳时产生脉冲、上下跳变时都产生脉 冲。
(3)消除毛刺 由于受环境干扰的影响，传输的开关量信号将产生毛刺。
(1)触点消抖
图5-19 触点消抖电路
(2)脉冲定宽
图5-20 开关状态产生定宽脉冲电路
继电器输出也可用于低压场合，与晶体管等低压输 出驱动器相比，继电器输出时输入端与输出端有一定的隔 离功能。 但由于采用电磁吸合方式，在开关瞬间，触点容易 产生火花从而引起干扰；对于交流高压等场合使用，触点 也容易氧化；由于继电器的驱动线圈有一定的电感，在关 断瞬间可能会产生较大的电压，因此在对继电器的驱动电 路上常常反接一个保护二极管用于反向放电。