1、第四章第四章: :数字量输入输出通道数字量输入输出通道n1.1.光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路 n2.2.数字量输入通道中几种典型电路数字量输入通道中几种典型电路n3.3.数字量输出通道几种典型驱动电路数字量输出通道几种典型驱动电路返回总目录返回总目录本章要点：本章要点：: 本章主要内容本章主要内容v 引言引言v 4.1 4.1 光电耦合隔离技术光电耦合隔离技术v 4.2 4.2 数字量输入通道数字量输入通道 v 4.3 4.3 数字量输出通道数字量输出通道 v 4.4 DI/DO4.4 DI/DO模板模板v 思考题思考题 引言引言n 在微机控制系统中
2、，除了要处理模拟在微机控制系统中，除了要处理模拟量信号以外，还要量信号以外，还要处理数字信号处理数字信号，包括开，包括开关信号、脉冲信号。如开关触点的闭合和关信号、脉冲信号。如开关触点的闭合和断开断开, ,指示灯的亮和灭，继电器或接触器的指示灯的亮和灭，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，仪器仪表的通和断，阀门的打开和关闭，仪器仪表的的 BCD BCD 码，以及脉冲信号的计数和定时等码，以及脉冲信号的计数和定时等等等 。4.1 4.1 光电耦合隔离技术光电耦合隔离技术 主要知识点主要知识点v 4.1.1 光电耦合隔
3、离器光电耦合隔离器 v 4.1.2 光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路 4.1.1 4.1.1 光电耦合隔离器光电耦合隔离器链接动画链接动画图图 光电耦合隔离器的几种类型光电耦合隔离器的几种类型现以三极管型光电耦合隔离器为例来说明它的结构现以三极管型光电耦合隔离器为例来说明它的结构原理原理 端入输端出输V5+V5+举例举例4.1.2 4.1.2 光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路 图 光电耦合隔离电路链接动画链接动画分类：分类：数字量同相传递与数字量反相传递两种数字量同相传递与数字量反相传递两种。同相传递同相传递光耦的输入输出同相，即输入为低（高）输出为低（高）；光耦的输入输出同相，即输入为低（高
4、）输出为低（高）；反相传递反相传递光耦的输入输出反相，即输入为高（低）输出为低（高）；光耦的输入输出反相，即输入为高（低）输出为低（高）；4.2 4.2 数字量输入通道数字量输入通道 主要知识点主要知识点v 引言引言v 4.2.1 开关输入电路开关输入电路 v 4.2.2 脉冲计数电路脉冲计数电路 引言引言 数字量输入通道（数字量输入通道（DIDI通道）的任务通道）的任务-是把是把生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式。的形式。 信号调理电路信号调理电路-虽然都是数字信号，不需虽然都是数字信号，不需进行进行A/DA/D转换，但对通道中可能引入的各
5、种干转换，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。单片机之间要设置输入信号调理电路。l 在开关输入电路中，主要考虑：在开关输入电路中，主要考虑：（1）电平转换用电阻分压法把电流信号转换为电压信号。）电平转换用电阻分压法把电流信号转换为电压信号。（2）RC滤波用滤波用RC滤波器滤出高频干扰。滤波器滤出高频干扰。（3）过电压保护用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳）过电压保护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。压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上
6、。（4）反电压保护串联一个二极管防止反极性电压输入。）反电压保护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）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。离。4.2.1 4.2.1 开关输入电路开关输入电路链接动画链接动画1图图 开关量输入信号调理电路开关量输入信号调理电路链接动画链接动画2图 4-5 脉 冲 计 数 输 入 电 路+12VCCV8253/8254CLK0OUT0GATE1CLK1OUT1CLK2OUT2GATE0GATE2系 统 时 钟TSTWCRCEOL+5V计 数 通 道 1PC总 线RCR光 耦Dz链接动画链接动画4.2.
7、2 4.2.2 脉冲计数电路脉冲计数电路图图 脉冲计数电路脉冲计数电路4.3 4.3 数字量输出通道数字量输出通道主要知识点v 引言引言v 4.3.1 4.3.1 三极管驱动电路三极管驱动电路 v 4.3.2 4.3.2 继电器驱动电路继电器驱动电路 v 4.3.3 4.3.3 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路 v 4.3.4 4.3.4 固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 引引 言言 数字量输出通道数字量输出通道简称简称 DO DO 通道通道。 任务任务 把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号程进行控制的数字驱动信号。 常用
8、常用电路电路三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。 选择选择根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不同的开关电机、阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。量驱动输出通道。 n 对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开关驱动组对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入电流与三极管增益的乘积。件，其
9、输出电流就是输入电流与三极管增益的乘积。 n 分类：分类： 1 .普通三极管驱动电路普通三极管驱动电路 2. 达林顿驱动电路达林顿驱动电路4.3.1 4.3.1 三极管驱动电路三极管驱动电路1 .1 .普通三极管驱动电路普通三极管驱动电路 6047K3 . 3管极三DELV5+033图4-6 小功率三极管输出电路Di链接动画链接动画图图 小功率三极管输出电路小功率三极管输出电路 2. 2.达林顿驱动电路达林顿驱动电路应用场合应用场合当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，动中功率继电器、电磁开关等装置， 输出电路必须采取多级放大或提
10、高三输出电路必须采取多级放大或提高三 极管增益的办法。极管增益的办法。构成构成多对两个三极管组成的达林顿复合管构成多对两个三极管组成的达林顿复合管构成特点特点具有高输入阻抗、高增益、输出功率大及具有高输入阻抗、高增益、输出功率大及 保护措施完善的特点，同时多对复合管保护措施完善的特点，同时多对复合管 适用于计算机控制系统中的多路负荷。适用于计算机控制系统中的多路负荷。 1C2C3C4C5C6C7CC O M16151413121 1109G N D7B6B5B4B3B2B1B1234567810.5kBR07.2kR1D1R2T1T2D3CED2C O M3k(a)M C 1 4716 结 构
11、 图（ b） 复 合 管 内 部 结 构图4-7 M C 1416达 林 顿 阵 列 驱 动 器图 达林顿阵列驱动器MC1416 2.2.达林顿驱动电路达林顿驱动电路( (续续) )图图 4-8 达达林林顿顿阵阵列列驱驱动动电电路路7406达达林林顿顿复复合合管管负负荷荷线线圈圈+24VDi1B1CGND链接动画链接动画MC1416MC1416一路驱动电路一路驱动电路图图 达林顿阵列驱动电路达林顿阵列驱动电路4.3.2 4.3.2 继电器驱动电路继电器驱动电路D DL LK K控控制制电电流流外外部部设设备备线线圈圈铁铁芯芯触触点点衔衔铁铁cVpV耦耦光光6047KA220V图图 4-9 继继
12、电电器器输输出出驱驱动动电电路路Di链接动画链接动画1 继电器的驱动电路继电器的驱动电路 图图 继电器输出驱动电路继电器输出驱动电路链接动画链接动画24.3.3 4.3.3 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路 分类分类单向晶闸管、双向晶闸管单向晶闸管、双向晶闸管 结构结构阳极阳极A A、阴极、阴极K K、控制极（门极）、控制极（门极）G G三个极三个极AGKT2T1G单向晶闸管单向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管+5V6047180400470.01FT2GT1KSMOC3041220V图图 4-11 双双向向晶晶闸闸管管输输出出驱驱动动电电路路RLDi链接动画链接动画图图 双向晶闸管输出驱动电路双向晶闸
13、管输出驱动电路 4.3.4 4.3.4 固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路固态继电器固态继电器SSRSSR（Solid State RelaySolid State Relay）是一种新型的无是一种新型的无触点开触点开关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制回路与负载回路之间的回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有电隔离和信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能。电器的功能。优点优点体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回 跳、寿命长。跳、寿命长
14、。6047cVLRRSS_图 4-13固态继电器输出驱动电路交流电源+Di链接动画链接动画常用的固态继电器驱动电路常用的固态继电器驱动电路总线接口逻辑I/O功能逻辑I/O电气接口输入片址 译码图 4-14 数字量I/O模板结构框图基址译码输出片址 译码 数据缓冲器输出片址输入片址 输入缓冲器 输出缓冲器来自外部设备 去外部设备输入调理电路输出驱动电路基址A2A0A7A3D7D0IOW PC总线NEAIOR链接动画链接动画4.4 DI/DO4.4 DI/DO模板模板 思考题思考题 1. 1. 画图分析说明三极管型光电耦合隔离器的工作原理。画图分析说明三极管型光电耦合隔离器的工作原理。2. 2.
15、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。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. 3. 结合图结合图 4-4 4-4，简述信号调理电路的构成及其各元器件的作用。，简述信号调理电路的构成及其各元器件的作用。4. 4. 分析说明图分析说明图 4-5 4-5脉冲计数电路的工作过程及其用途。脉冲计数电路的工作过程及其用途。5. 5. 简述数字量输出通道的功能及其常用的输出驱动电路。简述数字量输出通道的功能及其常用的输出驱动电路。 6. 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。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. 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。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. 8. 结合图结合图4-144-14，简述数字量，简述数字量I/OI/O模板电路的结构组成。模板电路的结构组成。
