WX02微型计算机控制技术第二章5改2011(1).ppt

第2章 输入/输出接口与过程通道 （五） 2.8 数字量输入与输出通道（掌握） 在微机控制系统中，除了要处理模拟信号以外，还要处理另一类信号，即数字信号，包括编码数字、脉冲信号和开关信号等。它们是以二进制的逻辑“1”和“0”或高、低电平出现的。 如仪器仪表的 BCD 码，脉冲信号的计数，以及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、阀门的打开和关闭等等。 2.8.1 光电耦合隔离技术 在开关量控制中，最常用的器件是光电耦合隔离器（简称“光电耦合器”或“光耦”）。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端（一次侧）与信息接收输出端（二次侧）是电绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰的能力，且速度高、价格低、接口简单，因而得到广泛应用。 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2-50所示。 2.8.2 数字量输入通道 数字量输入通道的任务是把外界生产过程的开关状态信号或数字信号送至计算机或微处理器，简称DI（Digital Input）通道。 一、数字量输入通道的结构 输入数字信号的类型不同，数字量输入通道的结构也不同。一般由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路等组成 。 （1）TTL电平编码数字（二进制、十进制）。可将编码数字直接接到并行接口电路的输入端口上。对于可靠性要求很高的场合，输入数字信号可经光电隔离后再接到接口上。 （2）脉冲列。若脉冲频率不高，则可采用软件计数的方法，将脉冲信号加到并行接口的一个输入端，用查询方式或中断方式对输入脉冲计数；若脉冲频率高，软件计数来不及处理，则需外加硬件计数器，比如使用可编程计数器/定时器8253就很方便。 （3）若输入的是来自操作台的按钮、转换开关、继电器或来自现场的行程开关等触点接通或断开的开关量信号，则需要经过电平转换电路，将触点的通断转换成高电平或低电平，同时考虑滤波、防触点抖动以及采用光电隔离等措施。 在开关量输入电路中，常用的信号调理技术有电平转换、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滤波器滤除高频干扰。 （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。 二、触点抖动处理 在机械式开关触点开始接触或脱离接触的瞬间，由于存在弹性使触点产生弹跳，输出的电信号会有抖动现象。抖动持续时间在10～20ms之间。 为了消除由于触点的机械抖动而产生的信号振荡，一般可采取软件法或硬件法来消除这种抖动。 软件法即通过软件延时，多次查询去抖动。当连续几次检测为同一电平时，才记入。 硬件法一般都采取电容滤波来消除抖动。 三、典型的开关量输入信号调理电路 2.8.3数字量输出通道 数字量输出通道简称 DO（Digital Output），它的任务是输出数字信号驱动生产现场的设备。 一、晶体管输出驱动电路 1. 普通三极管驱动电路 当驱动电流只有十几mA时，只要一个普通的功率三极管就能构成驱动电路。 2. 达林顿驱动电路 当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱动中等功率继电器，输出电路必须采取多级放大或提高三极管增益的办法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管组成的达林顿复合管构成，具有高输入阻抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的特点，同时多对复合管也非常适用于计算机控制系统中的多路负荷。 ULN2003 是高耐压、大电流驱动阵列芯片，内部由7个NPN型达林顿管组成。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7kΩ 的基极电阻，在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，可用于驱动常见的小功率负载（如继电器、电磁阀、小直流电机、步进电机等）。若实际应用电路需要更大的驱动电流，可将多组单元驱动电路并联。 二、继电器输出驱动电路 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。继电器方式的开关量输出是一种最常用输出方式。 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续流二极管，为电感线圈提供一个电流泄放回路。 三、固态继电器（SSR）驱动电路 固态继电器（Solid State Relay，SSR）是一种新型的无触点开关电子继电器，它利用电子技术实现了控制回路与负