《开关量输出》PPT课件.ppt
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1、 智能仪器与系统智能仪器与系统 19-2019-20学时学时第第2 2章章 智能仪器的输入智能仪器的输入/输出通道及接口技术输出通道及接口技术(八)(八)开关量输出通道开关量输出通道主要讲解内容:主要讲解内容:1 1)开关量输出的一般结构开关量输出的一般结构2)数字隔数字隔 离器件离器件3)输出驱动接口电路输出驱动接口电路 将将CPU输出的控制量转换为对被控对象的控输出的控制量转换为对被控对象的控制操作。制操作。对于只有二种工作状态的执行机构或器件,用智能对于只有二种工作状态的执行机构或器件,用智能仪器输出开关量来控制它们,例如控制马达的启动和仪器输出开关量来控制它们,例如控制马达的启动和停止
2、,指示灯的亮和灭,电磁阀的开和关等。这些执停止,指示灯的亮和灭,电磁阀的开和关等。这些执行机构或器件所要求的控制电压和电流千差万别,有行机构或器件所要求的控制电压和电流千差万别,有的是直流驱动的,有的是交流驱动的,都必须根据对的是直流驱动的,有的是交流驱动的,都必须根据对象采用合适的电气接口。象采用合适的电气接口。一一.开关量输出的一般结构开关量输出的一般结构1.开关量输出通道的用途开关量输出通道的用途CPU输出锁存数字隔离输出驱动被控对象2.开关量输出通道的一般结构开关量输出通道的一般结构典型的开关量输出通道结构典型的开关量输出通道结构 1)输出锁存输出锁存:当对生产过程进行控制时,控制量往
3、往需要保持,直当对生产过程进行控制时,控制量往往需要保持,直到输出新的控制量,所以,每次输出的控制量就需要保到输出新的控制量,所以,每次输出的控制量就需要保存(锁存)。存(锁存)。输出锁存器可用可编程接口电路输出锁存器可用可编程接口电路8255,也可用简单接口,也可用简单接口电路如电路如244,273,373等来实现。等来实现。2)2)数字隔离数字隔离:在输出通道中,为防止现场强电磁干扰或工频电压通在输出通道中,为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到过输出通道反串到CPUCPU系统中,一般需要采用通道隔离系统中,一般需要采用通道隔离技术。(光技术。(光-电隔离技术)电隔离技术)使用光
4、电隔离器时,要注意以下使用光电隔离器时,要注意以下4 4点:点:当光电隔离器导通时,必须输入足够大的导当光电隔离器导通时,必须输入足够大的导通电流,使发光二极管发出的光使输出端动作。通电流,使发光二极管发出的光使输出端动作。光电隔离器的发光二极管正常发光电流为毫安光电隔离器的发光二极管正常发光电流为毫安级级.光电隔离器只能通过一定频率以下的脉冲信号。光电隔离器只能通过一定频率以下的脉冲信号。因此,在高频信号传输中要考虑其频率特性,因此,在高频信号传输中要考虑其频率特性,选择通过频率比较高的光电隔离器选择通过频率比较高的光电隔离器光电隔离器输出端的灌电流不能太大,否则可光电隔离器输出端的灌电流不
5、能太大,否则可能使输出端击穿,导致光电隔离器的损坏,因能使输出端击穿,导致光电隔离器的损坏,因而在光电隔离器与被控对象之间要加驱动电路。而在光电隔离器与被控对象之间要加驱动电路。利用光电隔离器实现控制通道的隔离时,用于驱动发利用光电隔离器实现控制通道的隔离时,用于驱动发光二极管的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的电源,光二极管的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的电源,否则外部干扰可能通过地线串到否则外部干扰可能通过地线串到CPU中去,这样就失去中去,这样就失去了隔离作用。解决的方法有两个:即在光电隔离的两侧了隔离作用。解决的方法有两个:即在光电隔离的两侧分别使用不同的电源,也可用分别使用不同的
6、电源,也可用DC-DC变换的方法往输变换的方法往输出端提供一个与光隔输入端隔离的电源。出端提供一个与光隔输入端隔离的电源。3)输出驱动输出驱动:要把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过要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驱动信号,关键在于输出通道中的功程进行控制的驱动信号,关键在于输出通道中的功率驱动电路。率驱动电路。根据现场开关器件功率的不同,可有多种数字量驱根据现场开关器件功率的不同,可有多种数字量驱动电路的构成方式。动电路的构成方式。二二.数字隔离器件数字隔离器件1.光耦合器件电路原理光耦合器件电路原理 光耦合器件是一种常用的以光为媒介传输信号光耦合器件是一种常用
7、的以光为媒介传输信号的电路,如下图所示:的电路,如下图所示:图中发光二极管和光敏图中发光二极管和光敏三极管封装在同一个管三极管封装在同一个管壳内,发光二极管的作壳内,发光二极管的作用是将电信号变为光信用是将电信号变为光信号,光敏三极管接收光号,光敏三极管接收光信号,再将它转变为信号,再将它转变为电电信号。信号。1)光耦合器件有如下光耦合器件有如下特点:特点:输出信号与输入信输出信号与输入信号没有公共地号没有公共地,在电气在电气上完全隔离上完全隔离.无触点,寿命长,可靠性高。无触点,寿命长,可靠性高。响应速度快,易与响应速度快,易与TTL电路配合使用。电路配合使用。2)光耦合电路的工作原理:光耦
8、合电路的工作原理:当当Vi为低电平时为低电平时,流过发光二极管的电流为零,发,流过发光二极管的电流为零,发光二极管截止光二极管截止,则光敏三极管截止,则光敏三极管截止,VO输出高电平输出高电平+VO;当当V Vi i为高电平时为高电平时,电流,电流I I1 1经经R R1 1流经流经发光二极管使其导发光二极管使其导通发光,光信号作用于光敏三极管使其饱和导通,通发光,光信号作用于光敏三极管使其饱和导通,VO输出为低电平。所以光电耦合器件兼有反相及电平输出为低电平。所以光电耦合器件兼有反相及电平转换作用。转换作用。R R1 1为限流电阻,其阻值决定了为限流电阻,其阻值决定了发光二极管的导通电流发光
9、二极管的导通电流I I1 1,I I1 1一般选为几毫安。一般选为几毫安。R R2 2的取值要保证的取值要保证VO输出的高,低电平的要求。输出的高,低电平的要求。2.继电器隔离器件的电路原理继电器隔离器件的电路原理 继电器隔离器件主要是采用电磁式继电器组成的继电器隔离器件主要是采用电磁式继电器组成的电路来完成。它是由小电流的通断控制大电流的通电路来完成。它是由小电流的通断控制大电流的通断的常用的开关控制器件。电磁式继电器电路的符断的常用的开关控制器件。电磁式继电器电路的符号如下图所示:号如下图所示:当它的电磁线圈当它的电磁线圈Y通过一定数值的电流时,产生的电磁通过一定数值的电流时,产生的电磁吸
10、引力大于弹簧的反作用力,衔铁动作使输出回路中的吸引力大于弹簧的反作用力,衔铁动作使输出回路中的常开触点闭合,常闭触点打开。当通过线圈的电流小于常开触点闭合,常闭触点打开。当通过线圈的电流小于释放电流时,弹簧将衔铁弹回,输出回路各触点恢复原释放电流时,弹簧将衔铁弹回,输出回路各触点恢复原态。电磁式继电器的线圈的驱动电源可能是直流的,也态。电磁式继电器的线圈的驱动电源可能是直流的,也可能是交流的可能是交流的.三三.输出驱动接口电路输出驱动接口电路1.小功率驱动接口电路小功率驱动接口电路TTL三态门缓冲器三态门缓冲器这类电路的驱动能力要高于一般的这类电路的驱动能力要高于一般的TTL电路。例电路。例7
11、5451,74LS244,74LS245等,可用来驱动光电耦合器件,等,可用来驱动光电耦合器件,LED,中功率晶体管等。,中功率晶体管等。下图就为采用下图就为采用75451作为驱动指示灯的电路作为驱动指示灯的电路.当单片机当单片机P1.7口输出低口输出低电平时电平时,2A,2B为为00,则则2Y有信号输出有信号输出,指示灯指示灯L2发光发光.集电极开路门(集电极开路门(OCOC门)门)OC OC门电路的输出是一个集电极开路的门电路的输出是一个集电极开路的晶体三极管,晶体三极管,如下图所示:如下图所示:组成电路时,组成电路时,OCOC门的输出门的输出端必须外接一个接至正电源端必须外接一个接至正电
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