第05章数字量输入输出通道.ppt

本章小结 数字量输入输出通道也是计算机测控系统中的重要组成部分。 本章首先介绍了当前计算机控制系统中最重要的硬件抗干扰技术——光电耦合隔离技术，并着重分析光电耦合隔离器的结构原理及其在数字信号中的隔离电路。介绍分析了数字量输入通道中的3种典型电路：信号调理电路、脉冲计数电路与拨盘开关电路。还介绍分析了数字量输出通道中的4种典型驱动电路：三极管驱动电路、继电器驱动电路、晶闸管驱动电路与固态继电器驱动电路。 通过对各种输入输出通道接口电路的分析，可以看出，光电耦合隔离器的抗干扰作用是十分重要的。 * 习题与思考 1. 分析说明三极管型光电耦合隔离器的工作原理。 2.分析说明光耦隔离器的两种特性及其隔离电磁干扰的作用机理 3.结合图5-4，简述信号调理电路的构成及其各元器件的作用。 4.分析说明图 5-5脉冲计数电路的工作过程及其 用途。 5. 简述数字量输出通道的功能及其常用的输出驱动电路。 6. 对比分析说明三极管输出驱动与继电器输出驱动电路的异同点 7. 对比分析说明晶闸管输出驱动与固态继电器输出驱动电路的异 同点。 8. 结合图5-14，简述数字量I/O模板电路的结构组成。 * 图5-7给出达林顿阵列驱动器MC1416的结构图与每对复合管的内部结构，MC1416内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达500mA，截止时能承受100V电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管D2抑制高电位上发生的正向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负向过冲。 * * 5-7 MC1416达林顿阵列驱动器 图 5-8为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“0”即低电平时，经7406反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负载线圈，而且利用复合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时产生的反向电动势的泄流回路。 * 链接动画 * 5-8 达林顿阵列驱动电路之一路 5.3.2 继电器驱动电路 电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。 * * 常用的继电器有电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。由于继电器线圈需要一定的电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。 继电器的驱动电路 驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。 * 图?5-9为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di?输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电流泄放回路。 * 链接动画 * 5-9 继电器输出驱动电路 5.3.3 晶闸管驱动电路 晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件，具有用小功率控制大功率、开关无触点等特点，在交直流电机调速系统、调功系统、随动系统中应用广泛。 * 晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图5-10所示，（a）为单向晶闸管，有阳极A、阴极K、控制极（门极）G三个极。当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加正压使控制极电流增大到触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；只有在阳、阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管才由导通变为截止。单向晶闸管具有单向导电功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，也可在交流系统中用于大功率整流回路。 * 双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图（b）所示。当两个电极T1、T2之间的电压大于1.5V时，不论极性如何，便可利用控制极G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。 * 晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与CPU直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图?5-11为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当CPU数据线Di?输出数字“1”时，经7406反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备RL。 * * 链接动画 * 图5-11