数字量输入输出与抗干扰设计技术学习教案.pptx

数字数字(shz)量输入输出与抗干扰设计技量输入输出与抗干扰设计技术术第一页，共68页。8.1 8.1 光电耦合隔离光电耦合隔离(gl)(gl)技术技术 主要主要(zhyo)知识点知识点v 8.1.1 光电耦合隔离光电耦合隔离(gl)器器 v 8.1.2 光电耦合隔离光电耦合隔离(gl)电路电路 第1页/共68页第二页，共68页。8 8.1.1 .1.1 光电耦合隔离器光电耦合隔离器 光电耦合隔离器按其输出级不同光电耦合隔离器按其输出级不同光电耦合隔离器按其输出级不同光电耦合隔离器按其输出级不同(b tn)(b tn)可分为三极管型、可分为三极管型、可分为三极管型、可分为三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图8-18-1所示。它们的所示。它们的所示。它们的所示。它们的原理是相同的，即都是通过电原理是相同的，即都是通过电原理是相同的，即都是通过电原理是相同的，即都是通过电光光光光电这种信号转换，电这种信号转换，电这种信号转换，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。利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。第2页/共68页第三页，共68页。现以最简单现以最简单现以最简单现以最简单(jindn)(jindn)(jindn)(jindn)的三极管型光电的三极管型光电的三极管型光电的三极管型光电耦合隔离器为例来说明它的结构原理，如图耦合隔离器为例来说明它的结构原理，如图耦合隔离器为例来说明它的结构原理，如图耦合隔离器为例来说明它的结构原理，如图 8-2 8-2 8-2 8-2 所示。所示。所示。所示。图图8-2 8-2 光电耦合隔离器的结构光电耦合隔离器的结构(jigu)(jigu)原理原理第3页/共68页第四页，共68页。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(txng)(txng)(txng)(txng)，即存在着截止区、饱和区与线性区三部分。利用，即存在着截止区、饱和区与线性区三部分。利用，即存在着截止区、饱和区与线性区三部分。利用，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光耦隔离器的开关特性光耦隔离器的开关特性光耦隔离器的开关特性(txng)(txng)(txng)(txng)（即光敏三极管工作在截止（即光敏三极管工作在截止（即光敏三极管工作在截止（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，简称对数区、饱和区），可传送数字信号而隔离电磁干扰，简称对数区、饱和区），可传送数字信号而隔离电磁干扰，简称对数区、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，以及在模字信号进行隔离。例如在数字量输入输出通道中，以及在模字信号进行隔离。例如在数字量输入输出通道中，以及在模字信号进行隔离。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拟量输入输出通道中的拟量输入输出通道中的拟量输入输出通道中的A/DA/DA/DA/D转换器与转换器与转换器与转换器与CPUCPUCPUCPU或或或或CPUCPUCPUCPU与与与与D/AD/AD/AD/A转换器之转换器之转换器之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间的数字信号的耦合传送，都可用光耦的这种开关特性间的数字信号的耦合传送，都可用光耦的这种开关特性间的数字信号的耦合传送，都可用光耦的这种开关特性(txng)(txng)(txng)(txng)对数字信号进行隔离。对数字信号进行隔离。对数字信号进行隔离。对数字信号进行隔离。第4页/共68页第五页，共68页。例例例例如如如如在在在在现现现现场场场场传传传传感感感感器器器器与与与与A/DA/D转转转转换换换换器器器器或或或或D/AD/A转转转转换换换换器器器器与与与与现现现现场场场场执执执执行行行行器器器器之之之之间间间间的的的的模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号的的的的线线线线性性性性传传传传送送送送，可可可可用用用用光光光光耦的这种线性区对模拟信号进行耦的这种线性区对模拟信号进行耦的这种线性区对模拟信号进行耦的这种线性区对模拟信号进行(jnxng)(jnxng)隔离。隔离。隔离。隔离。第5页/共68页第六页，共68页。光耦的这两种隔离方法各有优缺点。模拟信光耦的这两种隔离方法各有优缺点。模拟信光耦的这两种隔离方法各有优缺点。模拟信光耦的这两种隔离方法各有优缺点。模拟信号隔离方法的优点是使用少量的光耦，成本低；号隔离方法的优点是使用少量的光耦，成本低；号隔离方法的优点是使用少量的光耦，成本低；号隔离方法的优点是使用少量的光耦，成本低；缺点是调试困难，如果光耦挑选得不合适，会影缺点是调试困难，如果光耦挑选得不合适，会影缺点是调试困难，如果光耦挑选得不合适，会影缺点是调试困难，如果光耦挑选得不合适，会影响响响响A/DA/D或或或或D/AD/A转换的精度和线性度。数字信号隔转换的精度和线性度。数字信号隔转换的精度和线性度。数字信号隔转换的精度和线性度。数字信号隔离方法的优点是调试简单离方法的优点是调试简单离方法的优点是调试简单离方法的优点是调试简单(jindn)(jindn)，不影响系统，不影响系统，不影响系统，不影响系统的精度和线性度；缺点是使用较多的光耦器件，的精度和线性度；缺点是使用较多的光耦器件，的精度和线性度；缺点是使用较多的光耦器件，的精度和线性度；缺点是使用较多的光耦器件，成本较高。但因光耦越来越价廉，数字信号隔离成本较高。但因光耦越来越价廉，数字信号隔离成本较高。但因光耦越来越价廉，数字信号隔离成本较高。但因光耦越来越价廉，数字信号隔离方法的优势凸现出来，因而在工程中使用的最多。方法的优势凸现出来，因而在工程中使用的最多。方法的优势凸现出来，因而在工程中使用的最多。方法的优势凸现出来，因而在工程中使用的最多。第6页/共68页第七页，共68页。要要注注意意的的是是，用用于于驱驱动动发发光光管管的的电电源源与与驱驱动动光光敏敏管管的的电电源源不不应应是是共共地地的的同同一一个个电电源源，必必须须分分开开单单独独供供电电，才才能能有有效效避避免免输输出出端端与与输输入入端端相相互互间间的的反反馈馈和和干干扰扰；另另外外，发发光光二二极极管管的的动动态态电电阻阻很很小小，也也可可以以抑抑制制系系统统内内外外的的噪噪声声干干扰扰。因因此此，利利用用光光耦耦隔隔离离器器可可用用来来传传递递信信号号而而有有效效地地隔隔离离电电磁磁场场的的电电干干扰。扰。为为了了(wi(wi le)le)适适应应计计算算机机控控制制系系统统的的需需求求，目目前前已已生生产产出各种集成的多路光耦隔离器，如出各种集成的多路光耦隔离器，如TLPTLP系列就是常用的一种。系列就是常用的一种。第7页/共68页第八页，共68页。下面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为例说明下面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为例说明下面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为例说明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。典型光电耦合隔离电路。典型光电耦合隔离电路。典型光电耦合隔离电路。典型(dinxng)(dinxng)的光电耦合隔离电路有的光电耦合隔离电路有的光电耦合隔离电路有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，如图数字量同相传递与数字量反相传递两种，如图数字量同相传递与数字量反相传递两种，如图数字量同相传递与数字量反相传递两种，如图8-38-3所示。所示。所示。所示。数字量同相传递如图数字量同相传递如图数字量同相传递如图数字量同相传递如图8-38-3（a a）所示，光耦的输入正端）所示，光耦的输入正端）所示，光耦的输入正端）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，接正电源，输入负端接到与数据总线相连的数据缓冲器上，接正电源，输入负端接到与数据总线相连的数据缓冲器上，接正电源，输入负端接到与数据总线相连的数据缓冲器上，光耦的集电极光耦的集电极光耦的集电极光耦的集电极c c端通过电阻接另一个正电源，发射极端通过电阻接另一个正电源，发射极端通过电阻接另一个正电源，发射极端通过电阻接另一个正电源，发射极e e端直接接地，光耦输出端即从集电极端直接接地，光耦输出端即从集电极端直接接地，光耦输出端即从集电极端直接接地，光耦输出端即从集电极c c端引出。当数端引出。当数端引出。当数端引出。当数据线为低电平据线为低电平据线为低电平据线为低电平“0”“0”时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，输出输出输出输出c c端接地而获得低电平端接地而获得低电平端接地而获得低电平端接地而获得低电平“0”“0”；当数据线为高电平；当数据线为高电平；当数据线为高电平；当数据线为高电平“1”“1”时，发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出时，发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出时，发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出时，发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出c c端从端从端从端从电源处获得高电平电源处获得高电平电源处获得高电平电源处获得高电平“1”“1”。如此，完成了数字信号的同相传递。如此，完成了数字信号的同相传递。如此，完成了数字信号的同相传递。如此，完成了数字信号的同相传递。8.1.2 8.1.2 光电耦合隔离光电耦合隔离(gl)(gl)电路电路 第8页/共68页第九页，共68页。图图8-3 光电耦合隔离光电耦合隔离(gl)电路电路第9页/共68页第十页，共68页。数字量反相传递如图数字量反相传递如图8-38-3（b b）所示，与（）所示，与（a a）不）不同的是光耦的集电极同的是光耦的集电极 c c 端直接接另一个正电源，端直接接另一个正电源，而发射极而发射极 e e 端通过端通过(tnggu)(tnggu)电阻接地，则光耦输电阻接地，则光耦输出端从发射极出端从发射极 e e 端引出。从而完成了数字信号的反端引出。从而完成了数字信号的反相传递。相传递。第10页/共68页第十一页，共68页。第11页/共68页第十二页，共68页。第12页/共68页第十三页，共68页。2 2光电隔离光电隔离光电耦合隔离器是目前计算机控制系统中最常用光电耦合隔离器是目前计算机控制系统中最常用的一种的一种(y zhn)(y zhn)抗干扰方法。抗干扰方法。利用光耦隔离器的开关特性，可传送数字信号而利用光耦隔离器的开关特性，可传送数字信号而隔离电磁干扰，即在数字信号通道中进行隔离。隔离电磁干扰，即在数字信号通道中进行隔离。第13页/共68页第十四页，共68页。其实在模拟量输入输出通道中也主要应用这种数其实在模拟量输入输出通道中也主要应用这种数其实在模拟量输入输出通道中也主要应用这种数其实在模拟量输入输出通道中也主要应用这种数字信号通道的隔离方法，即在字信号通道的隔离方法，即在字信号通道的隔离方法，即在字信号通道的隔离方法，即在A/DA/DA/DA/D转换器与转换器与转换器与转换器与CPUCPUCPUCPU或或或或CPUCPUCPUCPU与与与与D/AD/AD/AD/A转换器的数字信号之间插入光耦隔离器，转换器的数字信号之间插入光耦隔离器，转换器的数字信号之间插入光耦隔离器，转换器的数字信号之间插入光耦隔离器，以进行数据信号和控制信号的耦合传送，如图以进行数据信号和控制信号的耦合传送，如图以进行数据信号和控制信号的耦合传送，如图以进行数据信号和控制信号的耦合传送，如图8-8-8-8-4 4 4 4所示。（所示。（所示。（所示。（a a a a）是在）是在）是在）是在A/DA/DA/DA/D转换器与转换器与转换器与转换器与CPUCPUCPUCPU接口之间接口之间接口之间接口之间8 8 8 8根根根根数据线之间都各插接一个光耦隔离器数据线之间都各插接一个光耦隔离器数据线之间都各插接一个光耦隔离器数据线之间都各插接一个光耦隔离器(图中只画图中只画图中只画图中只画出了一个出了一个出了一个出了一个)，不仅照样无误，不仅照样无误，不仅照样无误，不仅照样无误(ww)(ww)(ww)(ww)地传送数字信地传送数字信地传送数字信地传送数字信号，而且实现了号，而且实现了号，而且实现了号，而且实现了A/DA/DA/DA/D转换器及其模拟量输入通道转换器及其模拟量输入通道转换器及其模拟量输入通道转换器及其模拟量输入通道与计算机的完全电隔离；（与计算机的完全电隔离；（与计算机的完全电隔离；（与计算机的完全电隔离；（b b b b）是在）是在）是在）是在CPUCPUCPUCPU与与与与D/AD/AD/AD/A转转转转换器接口之间换器接口之间换器接口之间换器接口之间8 8 8 8根数据线之间都各插接一个光耦根数据线之间都各插接一个光耦根数据线之间都各插接一个光耦根数据线之间都各插接一个光耦隔离器隔离器隔离器隔离器(图中也只画出了一个图中也只画出了一个图中也只画出了一个图中也只画出了一个)，不仅照样无误，不仅照样无误，不仅照样无误，不仅照样无误(ww)(ww)(ww)(ww)地传送数字信号，而且实现了计算机与地传送数字信号，而且实现了计算机与地传送数字信号，而且实现了计算机与地传送数字信号，而且实现了计算机与D/AD/AD/AD/A转换器及其模拟量输出通道的完全电隔离。转换器及其模拟量输出通道的完全电隔离。转换器及其模拟量输出通道的完全电隔离。转换器及其模拟量输出通道的完全电隔离。第14页/共68页第十五页，共68页。图8-4 光耦隔离(gl)器的数字信号隔离(gl)第15页/共68页第十六页，共68页。利用光耦隔离器的线性放大区，也可传送模利用光耦隔离器的线性放大区，也可传送模拟信号而隔离电磁干扰，即在模拟信号通拟信号而隔离电磁干扰，即在模拟信号通道中进行隔离。例如道中进行隔离。例如(lr)在现场传感器在现场传感器与与A/D转换器或转换器或D/A转换器与现场执行器之转换器与现场执行器之间的模拟信号的线性传送，如图间的模拟信号的线性传送，如图8-5 所示。所示。第16页/共68页第十七页，共68页。图8-5 光耦隔离(gl)器的模拟信号隔离(gl)第17页/共68页第十八页，共68页。在图在图在图在图8-58-58-58-5（a a a a）输入通道的现场）输入通道的现场）输入通道的现场）输入通道的现场(xinchng)(xinchng)(xinchng)(xinchng)传感器传感器传感器传感器与与与与A/DA/DA/DA/D转换器之间，光电耦合器一方面把放大器输转换器之间，光电耦合器一方面把放大器输转换器之间，光电耦合器一方面把放大器输转换器之间，光电耦合器一方面把放大器输出的模拟信号线性地光耦出的模拟信号线性地光耦出的模拟信号线性地光耦出的模拟信号线性地光耦(或放大或放大或放大或放大)到到到到A/DA/DA/DA/D转换器的转换器的转换器的转换器的输入端，输入端，输入端，输入端，另一方面又切断了现场另一方面又切断了现场另一方面又切断了现场另一方面又切断了现场(xinchng)(xinchng)(xinchng)(xinchng)模拟模拟模拟模拟地与计算机数字地之间的联系，起到了很好的抗共地与计算机数字地之间的联系，起到了很好的抗共地与计算机数字地之间的联系，起到了很好的抗共地与计算机数字地之间的联系，起到了很好的抗共模干扰作用。在图模干扰作用。在图模干扰作用。在图模干扰作用。在图8-58-58-58-5（b b b b）输出通道的）输出通道的）输出通道的）输出通道的D/AD/AD/AD/A转换器转换器转换器转换器与执行器之间，光电耦合器一方面把放大器输出的与执行器之间，光电耦合器一方面把放大器输出的与执行器之间，光电耦合器一方面把放大器输出的与执行器之间，光电耦合器一方面把放大器输出的模拟信号线性地光耦模拟信号线性地光耦模拟信号线性地光耦模拟信号线性地光耦(或放大或放大或放大或放大)输出到现场输出到现场输出到现场输出到现场(xinchng)(xinchng)(xinchng)(xinchng)执行器，另一方面又切断了计算机数执行器，另一方面又切断了计算机数执行器，另一方面又切断了计算机数执行器，另一方面又切断了计算机数字地与现场字地与现场字地与现场字地与现场(xinchng)(xinchng)(xinchng)(xinchng)模拟地之间的联系，起到模拟地之间的联系，起到模拟地之间的联系，起到模拟地之间的联系，起到了很好的抗共模干扰作用。了很好的抗共模干扰作用。了很好的抗共模干扰作用。了很好的抗共模干扰作用。第18页/共68页第十九页，共68页。8.2 8.2 数字量输入数字量输入(shr)(shr)通道通道主要(zhyo)知识点v 引言引言v 8.2.1 开关输入电路开关输入电路 v 8.2.2 脉冲脉冲(michng)计数计数电路电路 第19页/共68页第二十页，共68页。数数数数字字字字量量量量输输输输入入入入通通通通道道道道（DI DI DI DI 通通通通道道道道）的的的的任任任任务务务务-是是是是把把把把生生生生产产产产过过过过程程程程中中中中的的的的数数数数字字字字信信信信号号号号转转转转换换换换成成成成计计计计算算算算机机机机易易易易于接受的形式。于接受的形式。于接受的形式。于接受的形式。信信信信号号号号调调调调理理理理电电电电路路路路-虽虽虽虽然然然然(surn)(surn)(surn)(surn)都都都都是是是是数数数数字字字字信信信信号号号号，不不不不需需需需进进进进行行行行A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换，但但但但对对对对通通通通道道道道中中中中可可可可能能能能引引引引入入入入的的的的各各各各种种种种干干干干扰扰扰扰必必必必须须须须采采采采取取取取相相相相应应应应的的的的技技技技术术术术措措措措施施施施，即即即即在在在在外外外外部部部部信信信信号号号号与与与与单单单单片片片片机机机机之之之之间间间间要要要要设设设设置置置置输输输输入入入入信信信信号调理电路。号调理电路。号调理电路。号调理电路。第20页/共68页第二十一页，共68页。凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子引出其端子引出其端子引出其端子引出(yn ch)(yn ch)均统称为开关信号。在开关输入电均统称为开关信号。在开关输入电均统称为开关信号。在开关输入电均统称为开关信号。在开关输入电路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换，路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换，路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换，路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换，RCRC滤波，滤波，滤波，滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。过电压保护，反电压保护，光电隔离等。过电压保护，反电压保护，光电隔离等。过电压保护，反电压保护，光电隔离等。（1 1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转）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。换为电压信号。换为电压信号。换为电压信号。（2 2）RCRC滤波是用滤波是用滤波是用滤波是用RCRC滤波器滤出高频干扰。滤波器滤出高频干扰。滤波器滤出高频干扰。滤波器滤出高频干扰。（3 3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保）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护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。平上。平上。平上。（4 4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输入。输入。输入。输入。（5 5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。全电隔离。全电隔离。全电隔离。8.2.1 8.2.1 开关开关(kigun)(kigun)输入电路输入电路 第21页/共68页第二十二页，共68页。典典型型的的开开关关量量输输入入信信号号调调理理电电路路如如图图8-68-6所所示示。点点划划线线右右边边是是由由开开关关S S与与电电源源组组成成的的外外部部电电路路，（a a）是是直直流流输输入入电电路路，（b b）是是交交流流输输入入电电路路。交交流流输输入入电电路路比比直直流流输输入入电电路路多多一一个个降降压压电电容容和和整整流流桥桥块块，可可把把高高压压交交流流(如如380VAC)380VAC)变变换换为为低低压压直直流流(如如5VDC)5VDC)。开开关关S S的的状状态态经经RCRC滤滤波波、稳稳压压管管D1D1箝箝位位保保护护、电电阻阻R2R2限限流流、二二极极管管D2D2防防止止反反极极性性电电压压(diny)(diny)输输入入以以及及光光耦耦隔隔离离等等措措施施处处理理后后送送至至输输入入缓缓冲冲器器，主主机机通通过过执执行行输输入入指指令令便便可可读读取取开开关关S S的的状状态态。比比如如,当当开开关关S S闭闭合合时时，输输入入回回路路有有电电流流流流过过，光光耦耦中中的的发发光光管管发发光光，光光敏敏管管导导通通，数数据据线线上上为为低低电电平平，即即输输入入信信号号为为“0”“0”对对应应外外电电路路开开关关S S的的闭闭合合；反反之之，开开关关S S断断开开，光光耦耦中中的的发发光光管管无无电电流流流流过过，光光敏敏管管截截止止，数数据据线线上上为为高高电电平平，即即输输入入信信号为号为“1”“1”对应外电路开关对应外电路开关S S的断开。的断开。第22页/共68页第二十三页，共68页。8-6 开关量输入信号调理开关量输入信号调理(tio l)电路电路第23页/共68页第二十四页，共68页。4.2.2 脉冲计数脉冲计数(j sh)电路电路 有些用于检测流量、转速的传感器发出的是脉有些用于检测流量、转速的传感器发出的是脉冲频率信号，对于大量冲频率信号，对于大量(dling)程可以设计一种定程可以设计一种定时计数输入接口电路，即在一定的采样时间内统计时计数输入接口电路，即在一定的采样时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感器的比例系数可换输入的脉冲个数，然后根据传感器的比例系数可换算出所检测的物理量。算出所检测的物理量。第24页/共68页第二十五页，共68页。8-7 脉冲计数脉冲计数(j sh)输入电路输入电路第25页/共68页第二十六页，共68页。图图8-78-7为为一一种种定定时时计计数数输输入入接接口口电电路路，传传感感器器发发出出的的脉脉冲冲频频率率信信号号，经经过过简简单单的的信信号号调调理理，引引到到82548254芯芯片片的的计计数数通通道道1 1的的CLK1CLK1口口。82548254是是具具有有3 3个个1616位位计计数数器器通通道道的的可可编编程程计计数数器器/定定时时器器。图图中中，计计数数通通道道0 0工工作作于于模模式式3 3，CLK0CLK0用用于于接接收收系系统统时时钟钟脉脉冲冲，OUT0OUT0输输出出一一个个周周期期为为系系统统时时钟钟脉脉冲冲N N倍倍（N N为为通通道道0 0的的计计数数初初值值）的的连连续续方方波波脉脉冲冲，其其高高、低低电电平平时时段段是是计计数数通通道道1 1的的采采样样时时间间和和采采样样间间隔隔时时间间，分分别别记记为为TSTS、TWTW；计计数数通通道道1 1和和2 2均均选选为为工工作作模模式式2 2，且且OUT1OUT1串串接接到到CLK2CLK2，使使两两者者构构成成一一个个计计数数长长度为度为232232的脉冲计数器，以对的脉冲计数器，以对TSTS内的输入脉冲计数。内的输入脉冲计数。如如果果获获得得TSTS时时间间内内的的输输入入脉脉冲冲个个数数为为n n，则则单单位位时时间间内内的的脉脉冲冲个个数数即即脉脉冲冲频频率率为为n/TSn/TS，从从而而可可换换算算出出介介质质的的流流量量或或电电机机的的转转速速(zhun(zhun s)s)值值。比比如如，发发出出脉脉冲冲频频率率信信号号的的是是涡涡轮轮流流量量计计或或磁磁电电式式速速度度传传感感器器，它它们们的的脉脉冲冲当当量量(即即一一个个脉脉冲冲相相当当的的流流量量或或转转数数)为为K K，则则介介质质的的流流量量或或电电机机的的转转数就为数就为n/TSKn/TSK。第26页/共68页第二十七页，共68页。8.3 数字量输出(shch)通道主要(zhyo)知识点v 引言引言(ynyn)(ynyn)v 8.3.1 8.3.1 三极管驱动电路三极管驱动电路 v 8.3.2 8.3.2 继电器驱动电路继电器驱动电路 v 8.3.3 8.3.3 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路 v 8.3.4 8.3.4 固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 第27页/共68页第二十八页，共68页。数字量输出通道简称数字量输出通道简称数字量输出通道简称数字量输出通道简称 DO DO 通道，它的任务通道，它的任务通道，它的任务通道，它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生是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产过程进行控制的数字驱动产过程进行控制的数字驱动产过程进行控制的数字驱动(q dn)(q dn)信号。信号。信号。信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接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触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放触器、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量驱动大器件构成不同的开关量驱动大器件构成不同的开关量驱动大器件构成不同的开关量驱动(q dn)(q dn)输出输出输出输出通道。常用的有三极管输出驱动通道。常用的有三极管输出驱动通道。常用的有三极管输出驱动通道。常用的有三极管输出驱动(q dn)(q dn)电电电电路、继电器输出驱动路、继电器输出驱动路、继电器输出驱动路、继电器输出驱动(q dn)(q dn)电路、晶闸管电路、晶闸管电路、晶闸管电路、晶闸管输出驱动输出驱动输出驱动输出驱动(q dn)(q dn)电路、固态继电器输出驱电路、固态继电器输出驱电路、固态继电器输出驱电路、固态继电器输出驱动动动动(q dn)(q dn)电路等。电路等。电路等。电路等。第28页/共68页第二十九页，共68页。对于(duy)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。4.3.1 4.3.1 三极管驱动三极管驱动(q dn)(q dn)电路电路第29页/共68页第三十页，共68页。1.1.普通普通(ptng)(ptng)三极管驱动电路三极管驱动电路 当驱动电流只有十几当驱动电流只有十几mAmA或几十或几十mAmA时，只要采用时，只要采用(ciyng)(ciyng)一个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图一个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图 8-88-8所示。所示。8-8 小功率小功率 三极管输出三极管输出(shch)电路电路第30页/共68页第三十一页，共68页。2.2.达林顿驱动达林顿驱动达林顿驱动达林顿驱动(q dn)(q dn)电路电路电路电路 当当驱驱动动电电流流需需要要达达到到几几百百毫毫安安时时，如如驱驱动动中中功功率率继继电电器器、电电磁磁开开关关等等装装置置，输输出出电电路路必必须须采采取取多多级级放放大大或或提提高高三三极极管管增增益益的的办办法法。达达林林顿顿阵阵列列驱驱动动器器是是由由多多对对两两个个三三极极管管组组成成的的达达林林顿顿复复合合管管构构成成，它它具具有有高高输输入入阻阻抗抗、高高增增益益、输输出出功功率率大大及及保保护护措措施施完完善善(wnshn)(wnshn)的的特特点点，同同时时多多对对复复合合管管也也非非常常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。第31页/共68页第三十二页，共68页。图图图图8-98-9给给给给出出出出达达达达林林林林顿顿顿顿阵阵阵阵列列列列驱驱驱驱动动动动器器器器MC1416MC1416的的的的结结结结构构构构图图图图与与与与每每每每对对对对复复复复合合合合管管管管的的的的内内内内部部部部结结结结构构构构，MC1416MC1416内内内内含含含含7 7对对对对达达达达林林林林顿顿顿顿复复复复合合合合管管管管，每每每每个个个个复复复复合合合合管管管管的的的的集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流可可可可达达达达500mA500mA，截截截截止止止止时时时时能能能能承承承承受受受受100V100V电电电电压压压压，其其其其输输输输入入入入输输输输出出出出端端端端均均均均有有有有箝箝箝箝位位位位二二二二极极极极管管管管，输输输输出出出出箝箝箝箝位位位位二二二二极极极极管管管管D2D2抑抑抑抑制制制制高高高高电电电电位位位位上上上上发发发发生生生生(fshng)(fshng)的的的的正正正正向向向向过过过过冲冲冲冲，D1D1、D3D3可可可可抑抑抑抑制制制制低低低低电电电电平平平平上上上上的负向过冲。的负向过冲。的负向过冲。的负向过冲。第32页/共68页第三十三页，共68页。8-9 MC1416达林顿阵列达林顿阵列(zhn li)驱动器驱动器第33页/共68页第三十四页，共68页。图 8-10为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当CPU数据线Di 输出(shch)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。第34页/共68页第三十五页，共68页。8-10 达林顿阵列达林顿阵列(zhn li)驱动电路驱动电路第35页/共68页第三十六页，共68页。4.3.2 4.3.2 继电器驱动继电器驱动继电器驱动继电器驱动(q dn)(q dn)电路电路电路电路 电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成部件组成(z chn)，简称为继电器，它分为电压，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，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、大电流设通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。备。第36页/共68页第三十七页，共68页。第37页/共68页第三十八页，共68页。常常用用的的继继电电器器有有电电压压继继电电器器、电电流流继继电电器器、中中间间继继电电器器等等几几种种类类型型。由由于于继继电电器器线线圈圈需需要要一一定定(ydng)(ydng)的的电电流流才才能动作，所以必须采取措施加以驱动。能动作，所以必须采取措施加以驱动。继电器的驱动电路继电器的驱动电路继电器的驱动电路继电器的驱动电路 驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路的的的的设设设设计计计计要要要要根根根根据据据据所所所所用用用用继继继继电电电电器器器器线线线线圈圈圈圈(xinqun)(xinqun)的的的的吸吸吸吸合合合合电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流而而而而定定定定，一一一一定定定定要要要要大大大大于于于于继继继继电电电电器器器器的的的的吸吸吸吸合合合合电电电电流流流流才才才才能能能能使使使使继继继继电电电电器器器器可可可可靠地工作。靠地工作。靠地工作。靠地工作。第38页/共68页第三十九页，共68页。图8-12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(lin dun)并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电流泄放回路。第39页/共68页第四十页，共68页。8-12 继电器输出驱动继电器输出驱动(q dn)电路电路第40页/共68页第四十一页，共68页。4.3.4 4.3.4 固态继电器驱动固态继电器驱动固态继电器驱动固态继电器驱动(q dn)(q dn)电路电路电路电路 固态继电器SSR（Solid State Relay）是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有(mi yu)任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器之势。第41页/共68页第四十二页，共68页。固态继电器固态继电器SSRSSR是一个四端组件，有两个输入是一个四端组件，有两个输入端、两个输出端，其内部结构类似于图端、两个输出端，其内部结构类似于图8-128-12中的晶中的晶闸管输出驱动电路。图闸管输出驱动电路。图8-138-13所示为其结构原理图，所示为其结构原理图，共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输入与共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输入与输出之间起信号传递作用，同时输出之间起信号传递作用，同时(tngsh)(tngsh)使两端在使两端在电气上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一个电气上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一个触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；电子开关电路用来接通或关断直流或交流地导通；电子开关电路用来接通或关断直流或交流负载电源；吸收保护电路的功能是为了防止电源的负载电源；吸收保护电路的功能是为了防止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作或损害，一般由或损害，一般由RCRC串联网络和压敏电阻组成；零串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路是为交流型压检测电路是为交流型SSRSSR过零触发而设置的。过零触发而设置的。第42页/共68页第四十三页，共68页。8-13 SSR结构原理结构原理(yunl)及符号及符号第43页/共68页第四十四页，共68页。uu SSRSSR的的输输入入(shr)(shr)端端与与晶晶体体管管、TTLTTL、CMOSCMOS电电路路兼兼容容，输输出出端端利利用用器器件件内内的的电电子子开开关关来来接接通通和和断断开开负负载载。工工作作时时只只要要在在输输入入(shr)(shr)端端施施加加一一定定的的弱弱电电信信号号，就就 可可 以以 控控 制制 输输 出出 端端 大大 电电 流流 负负 载载 的的 通通 断断。SSRSSR的的输输出出端端可可以以是是直直流流也也可可以以是是