数字量输入输出通道教学课件PPT.ppt

第三讲: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； 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 。 4.1 光电耦合隔离技术 主要知识点 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干扰而完成隔离功能的。 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。 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?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。 4.2 数字量输入通道 主要知识点 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。 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。 （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?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。 4.2.2 脉冲计数电路 图4-5为一种定时计数输入接口电路，传感器发出的脉冲频率信号，经过简单的信号调理，引到8254芯片的计数通道1的CLK1口。8254是具有3个16位计数器通道的可编程计数器/定时器。图中，计数通道0工作于模式3，CLK0用于接收系统时钟脉冲，OUT0输出一个周期为系统时钟脉冲N倍（N为通道0的计数初值）的连续方波脉冲，其高、低电平时段是计数通道1的采样时间和采样间隔时间，分别记为TS、TW；计数通道1和2均选为工作模式2，且OUT1串接到CLK2，使两者构成一个计数长度为232的脉冲计数器，以对TS内的输入脉冲计数。 如果获得TS时间内的输入脉冲个数为n，则单位时间内的脉冲个数即脉冲频率为n/TS，从而可换算出介质的流量或电机的转速值。比如，发出脉冲频率信号的是涡轮流量计或磁电式速度传感器，它们的脉冲当量(即一个脉冲相当的流量或转数)为K，则介质的流量或电机的转数就为n/TS·K。 4.3 数字量输出通道 引言 数字量输出通道简称 DO