开关量输入输出通道.ppt

在计算机控制系统中，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。 2.5 开关量输入/输出通道 1、光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路 2、开关量输入通道中几种典型电路 3、开关量输出通道几种典型驱动电路 一、开关量输入/输出通道的一般结构 开关量输入/输出通道通常CPU接口逻辑、输入缓冲器和输出锁存器、输入/输出电气接口三部分组成。一般情况下，各种开关量输入/输出通道的前两个部分往往大同小异，所不同的主要是输入/输出电气接口。 1、CPU接口逻辑 这部分电路一般由数据总线缓冲器/驱动器、输入/输出地址译码器、读写控制等组成，主要完成开关量输入/输出通道的选通和关闭等控制信号的传输。 2、输入缓冲器和输出锁存器 输入缓冲器的作用是缓冲或选通外部输入的信号，CPU通过缓冲器读入外部输入的信号，CPU通过缓冲器读入外部开关量的状态。输出锁存器的作用是锁存CPU的输出数据，在未刷新前保持稳定以供外部设备的使用。 3、输入/输出电气接口 开关量输入/输出电气接口的功能主要有滤波、电平转换、隔离和功率驱动。 二、开关量输入通道 开关量输入通道（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。 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。在开关量输入电路中，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。 （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。 典型的开关量输入信号调理电路如图所示。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。 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。 特点： 1 密封在一个管壳内，不受外界光干扰。 2 靠光传送信号，切断了各部件的输入端与地线的联系。 3 发光二极管动态电阻很小，干扰源内阻很大，能够传送到光电耦合器的干扰信号很小。 4光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数一般很小，远不如晶体管对干扰信号灵敏，而光电耦合器的发光二极管只有通过一定的电流才能发光，即使在干扰电压幅值较高时，由于没有足够的能量仍不能使发光二极管发光，从而可以有效地抑制掉干扰信号。 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，如图所示。 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。 　　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。 要注意的是，用于驱动发