数字量输入输出通道
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计算机控制系统数字量输入输出通道课件
计算机控制系统数字量 输入输出通道课件
目录
Contents
• 计算机控制系统概述 • 数字量输入通道 • 数字量输出通道 • 数字量输入输出通道的应用实例 • 数字量输入输出通道的发展趋势与
展望
01 计算机控制系统概述
计算机控制系统的定义与组成
总结词
计算机控制系统的定义与组成
详细描述
计算机控制系统是由计算机、输入输出通道、外部设备、被控对象以及控制软件 等组成的完整系统。其中，数字量输入输出通道是计算机控制系统的重要组成部 分，负责接收和发送数字信号，实现计算机与外部设备之间的信息交互。
数字量输入输出通道的发展面临的挑战与机遇
1 2 3
技术创新
数字量输入输出通道的发展需要不断进行技术创 新，以满足不断变化的市场需求和技术发展趋势 。
应用领域拓展
随着数字化和智能化技术的普及，数字量输入输 出通道的应用领域将不断拓展，需要不断探索新 的应用场景和市场需求。
标准化与互操作性
为了实现数字量输入输出通道的广泛应用和互通 互连，需要推动相关技术的标准化和互操作性， 促进产业的健康发展。
01
02
03
信号调理电路
对输入信号进行预处理， 如滤波、放大、隔离等， 以适应计算机控制系统的 要求。
采样保持器
对输入信号进行采样并保 持，以便于A/D转换器进 行转换。
目录
Contents
• 计算机控制系统概述 • 数字量输入通道 • 数字量输出通道 • 数字量输入输出通道的应用实例 • 数字量输入输出通道的发展趋势与
展望
01 计算机控制系统概述
计算机控制系统的定义与组成
总结词
计算机控制系统的定义与组成
详细描述
计算机控制系统是由计算机、输入输出通道、外部设备、被控对象以及控制软件 等组成的完整系统。其中，数字量输入输出通道是计算机控制系统的重要组成部 分，负责接收和发送数字信号，实现计算机与外部设备之间的信息交互。
数字量输入输出通道的发展面临的挑战与机遇
1 2 3
技术创新
数字量输入输出通道的发展需要不断进行技术创 新，以满足不断变化的市场需求和技术发展趋势 。
应用领域拓展
随着数字化和智能化技术的普及，数字量输入输 出通道的应用领域将不断拓展，需要不断探索新 的应用场景和市场需求。
标准化与互操作性
为了实现数字量输入输出通道的广泛应用和互通 互连，需要推动相关技术的标准化和互操作性， 促进产业的健康发展。
01
02
03
信号调理电路
对输入信号进行预处理， 如滤波、放大、隔离等， 以适应计算机控制系统的 要求。
采样保持器
对输入信号进行采样并保 持，以便于A/D转换器进 行转换。
数字通道设计
2.继电器输出接口技术
Biblioteka Baidu
继电器方式的开关量输出，是目前最常用 的一种输出方式，一般在驱动大型设备时， 往往利用继电器作为测控系统输出到输出 驱动级之间的第一级执行机构，通过第一 级继电器输出，可完成从低压直流到高压 交流的过渡。如图7经光耦后，直流部分 给继电器供电，而其输出部分则可直接与 220V市电相接。
2.大功率输入调理电路
在大功率系统中，需要从电磁离合等大功 率器件的接点接收信号。为了使接点工作 可靠，接点两端至少要加24V或24V以上 的直流电压。因为直流电平响应快，不易 产生干扰，电路又简单，所以被广泛采用。 由于这种电路电压高，来自于现场，有可 能带干扰信号，通常采用光耦合器进行隔 离，电路如图3所示。
去 现 场
地址译码器
图4 数字量输出通道结构
1.低电压开关量信号输出技术
＋5V
VC
R2
1
R1
R1
RL
R2
图5 低压开关量输出
图6 晶体管输出驱动
对于低压情况下开关量控制输出，可采用 晶体管，OC门或运放等方式输出，如驱动 低压电磁阀、指示灯、直流电动机等。如 图5所示。在使用OC门时，由于其为集电 极开路输出，在其输出为“高”电平时， 实质只是一种高阻状态，必须外接上拉电 阻，此时的输出驱动电流主要由VC提供， 只能直流驱动并且OC门的驱动电流一般不 大，在十几毫安量级，如果被驱动设备所 需驱动电流较大，则可采用晶体管输出方 式，如图6所示。
21节数字量输入输出通道-文档资料
寄存器的地址 ＝ 基地址Base ＋ 偏移量offset 采集卡的操作 寄存器读写 端口读写
低压小功率开关量输出电路图
19 Ge Sibo,Department of Automation
2.1.3 数字量输出通道－－数字量输出的信号调理
(2)继电器输出技术
继电器经常用于计算机控制系统中的开关量输出功率放 大，即利用继电器作为计算机输出的第一级执行机构，通过 继电器的触点控制大功率接触器的通断，从而完成从直流低 压到交流高压，从小功率到大功率的转换。下图给出了两种 继电器式开关量输出电路。
继电器式开关量输出电路图
20 Ge Sibo,Department of Automation
2.1.3 数字量输出通道－－数字量输出的信号调理
(3)达林顿阵列输出驱动继电器电路
21
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.3 数字量输出通道－－数字量输出的信号调理
模拟量：时间上连 续；量值在一定范 围内连续
2
模拟量输入到计算机，需要将模 拟量转换为数字量即模数转换， 因此该通道也称为A/D通道
Ge Sibo,Department of Automation
2.1 数字量输入和输出通道
2.1.1 数字量输入输出接口 2.1.2 数字量输入通道 2.1.3 数字量输出通道
《数字量输入输出》课件
总结词：种类多样、特点各异
不同类型的数字量输入输出模块具有不同的特点 ，如并行输入输出模块速度快、精度高，但成本 也较高；而串行输入输出模块成本较低，但速度 和精度相对较低。
数字量输入输出模块根据不同的应用需求有多种 类型，如并行输入输出、串行输入输出、模拟数 字转换器等。
数字量输入输出模块还具有可编程性、可扩展性 等特点，可以根据实际需求进行编程和扩展。
功率驱动电路
将较小的控制信号放大为 较大的功率信号，驱动执 行机构。
控制逻辑与算法
逻辑运算
利用逻辑门电路实现基本的逻辑 运算，如与、或、非等。
时序控制
根据时间顺序控制输出状态的变 化，实现定时、计数等功能。
算法控制
利用算法实现复杂的控制逻辑， 如PID控制、模糊控制等。
04
数字量输入输出模块
数字量输入输出模块的种类与特点
数字量输出电路
晶体管输出电路
利用晶体管开关特性实现数字信号的输出。
继电器输出电路
利用继电器触点实现数字信号的输出，适用于较大电流的场合。
固态继电器输出电路
利用固态继电器实现数字信号的输出，具有快速、可靠、长寿命等 优点。
驱动电路
电压驱动电路
通过电压信号驱动执行机 构。
电流驱动电路
通过电流信号驱动执行机 构，适用于较大负载的场 合。
数字量输入输出模块的发展趋势
计算机控制系统刘世荣第2章数字量输入输出通道
(5)隔离处理 用于现场输入设备与计算机系统间的隔离保护， 保障计算机系统安全。使测控装置与现场仅保持信号 联系，但不直接发生电的联系。价格低廉，可靠性好。 方法：光电耦合器件隔离、变压器磁隔离。 光电耦合组成：发光二极管和光敏三极管封装在一 个管壳内。 原理：信号的有/无→发光二极管光的有/无→光敏 三极管的通/断→输出电位的高/低。
2．开关量输入隔离及电平变换
过程开关信号的电平通常不是TTL电平，要使CPU 接收信号，必须进行变换。 开关信号在传输过程中受噪声的影响较大，设计 时应有一定的噪声容限,并隔离公共接地，以防止开关 信号状态的误动作。 在工业过程计算机系统中，其信号电平变换可按 下图所示的方法设计。在4V以下作为开关接通，定为 TTL电子的逻辑1；在10V以上作为开关断开，定为TTL 电平的逻辑0；4～10V之间为信号过渡区，其TTL电平 在过渡区间保持不变，从而可提高抗干扰的能力。采 用光电耦合器实现公共地线的隔离。
触发器A端为高电平1，与非门B端输出为0，B的输出引入到A的 另一输入端，将与非门A锁住，固定其输出为1，当键在上方抖 动时，由于与非门B端输出为0不变，该输出引入到A的输入端， 确定A的输出不发生变化。
• R—S触发器消除开关两次反跳电路
A
S
R3 +5V
R 45
B
当S向下闭合时，与非门B输入端为0，B的输出发生偏转变 为1，致使与非门A的输出翻转为0，与非门A端输出为0又将B的 输出锁定为1，因此，S向下触电抖动时，与非门A的输出不发 生变化。 当K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产生瞬 间不闭合，造成R-S触发器输入为双1，故状态不改变。
第3章 过程输入输出通道
输入信息的分类
信息种类 开关量输入 数据数码 脉冲量输入 中断输入 电流信号 模拟量 电压信号 信息来源 阀门的开、关，接点的通、断， 电平的高、低 各类数字传感器、控制器等 长度、转速、流量测定转换等 操作人员请求、过程报警等 数字量输入 通道 通道类型
数字量
压力、温度、液位、速度、重 模拟量输入 量、位移等 通道
INC DPTR MOVX @DPTR , A DJNZ R7,LOOP CLR EX0
； 修改RAM区地址
； 修改通道号 ；启动A/D转换 ；8路未采集完，返回 ；采集完，关中断
LOOP: RETI
；中断返回
AD574（12位）与8051单片机的硬件接口电路。
8051
八、A/D转换器软件编程
CPU获取A/D转换的结果有两种办法：一是用查询、一 是用中断。
最低有效位（LSB）具有的权值表示它的相对分
辨率，即2-m 。
A/D转换器的位数越多，分辨率越高，价格
也越贵。
2. 转换精度 信号的实际转换结果相对于理论值的准确程度， 常以量化误差1/2 LSB 作为精度来选择 A/D芯片。 3. 转换速度
目前芯片的工艺水平不断提高， 相对与CPU工
作速度来说A/D转换速度已不成问题。
二、过程输入输出通道与CPU交换的信息类型 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三 种： （1）数据信息 反映生产现场的参数及状态的信息。
数字量的输入输出控制方式
二、CPU对输入/输出数据控制 的方式
• 4、DMA传送方式 • 实现方法:某个I/O设备需要传送时,经过DMA控制器 (DMAC)发出总线请求信号,CPU响应后暂停正在执行的 当前指令,交出总线控制权,DMAC接管总线,发出要访问 的存储器的地址及读(写)控制信号,同时也对该I/O设备 的数据端口发出读(写)控制信号,使存储器和I/O设备直 接通过数据总线完成传送.DMAC还可以进行地址修改和 字节计数,在一次请求得到响应后完成一批数据的传送,然 后撤销总线请求信号,CPU收回总线控制权,继续完成被打 断的指令。 • DMA传送方式的特点: • (1)外设和内存之间,直接进行数据传送,不通过CPU,传送 效率高.适用于在内存与高速外设、或两个高速外设之间 进行大批量数据传送。 • (2)电路结构复杂,硬件开销较大。
地址 译码 数据 缓冲 控制 电路
21CH端口 状态端口
P U
控制线
218H端口 数据端口
输 入 外 备
二、CPU对输入/输出数据控制 的方式
• 3、中断传送方式 • 实现方法:当某个外设需与CPU交换数据并已做好了准备 时,就通过硬件电路向CPU发出可屏蔽中断申请,在CPU 允许中断的情况下(IF=1),CPU在执行完当前指令后,可 立即响应外设的中断请求,进行一次数据交换.然后,又返回 原来的程序,去执行断点处的下一条指令. • 特点: • (1)中断方式传送是由I/O设备主动请求发起的,免除了 CPU重复的查询工作,提高了效率,CPU对I/O设备的请 求也响应较快,因此中断方式得到广泛的应用. • (2)响应过程将花费CPU时间,影响程序运行速度.响应后 数据的传送还是依靠CPU执行中断服务程序来完成,其速 度仍受到软件的限制.
计算机控制系统-数字量输入输出通道课件
滤波技术
电源滤波
在电源线中加入滤波器，以减少电源 线上的干扰信号对设备的影响。
信号线滤波
在信号线中加入滤波器，以减少信号 线上的干扰信号对设备的影响。
05
数字量输入输出通道的未来发 展
高性能数字量输入输出通道
总结词
随着计算机技术的不断发展，对数字量 输入输出通道的性能要求也越来越高。 未来数字量输入输出通道将具备更高的 数据传输速率、更低的延迟和更高的稳 定性。
计算机控制系统-数字量输入输出 通道课件
contents
目录
• 数字量输入输出通道概述 • 数字量输入通道 • 数字量输出通道 • 数字量输入输出通道的抗干扰技术 • 数字量输入输出通道的未来发展
01
数字量输入输出通道概述
定义与功能
定义
数字量输入输出通道是计算机控 制系统中的重要组成部分，用于 实现数字信号的输入和输出。
VS
详细描述
高性能数字量输入输出通道将采用更先进 的信号处理技术和传输协议，以实现更快 的数据传输速率和更低的延迟。这将有助 于提高计算机控制系统的实时性能和响应 速度，满足各种复杂控制任务的需求。
智能数字量输入输出通道
总结词
智能数字量输入输出通道是未来发展的另一 个重要方向。这种通道将具备自适应、自学 习和自调整的能力，可以根据不同的输入信 号和系统状态自动调整参数，实现最优的控 制效果。
计算机控制技术第二章输入输出接口与过程通道
NEPU 10
（2）大功率输入调理电路
当从电磁离合等大功率器件的接点输入信号时，为了使接点 工作可靠，接点两端至少要加24V以上的直流电压（因为直流电 平的响应快，不易产生干扰）。但是这种电路，由于所带电压高， 所以高压与低压之间，用光电耦合器进行隔离。
“光电隔离”：
通常使用一个光耦将电子 信号转换为光信号，在另 一边再将光信号转换回电 子信号。如此，这两个电 路就可以互相的隔离。
设片选端口地址为port，可用以 下指令完成数据输出控制。
MOV AL， DATA MOV DX， port OUT DX， AL
NEPU 5
锁存器(Flip-latch)
当CLK（使能端）为高电平时，锁存器的数据输出端Q的
状态与数据输入端D相同（透明的）。
当CLK端从高电平返回到低电平时（下降沿后），输入端
NEPU 3
2.1.1 数字量输入输出接口技术
1. 数字量输入接口
作用：对生产过程进行控制，往往要收集生产过程的状态信息，根据状态
信息，再给出控制量。
完成过程：用三态门缓冲器74LS244取得状态信息。经过端口地址译码，
得到片选信号CS，当在执行IN指令周期时， 产生IOR信号，则被测的状态信息可通过三 态门送到PC总线工业控制机的数据总线， 然后装入AL寄存器。
NEPU 1
2.1 数字量输入输出通道
计算机控制系统：第2章 输入输出通道
第二章 输入输出通道
本章主要内容： 1、 数字量输入输出 2、 模拟输入通道 3、 模拟输出通道 4、 输入数据处理
2.1 数字量输入输出 2.1.1并行数据的输入输出（弱电） 2.1.2单个开关量的输入输出（强电）
2.1.1 并行数据的输入输出 1.并行数据的输入缓冲
并行数据输入缓冲电路图
2.1.1 并行数据的输入输出 2.并行数据的输出锁存-数据
LE
8位 D/A 转换器
RFB
&
&
UREF IOUT2 IOUT1
Rfb
AGND
VCC
DGND
3.典型DAC0832—与计算机接口
直通
单缓冲 双缓冲
DAC0832和计算机双缓冲接口
FEFFH
DB/AB
地址 地址线 锁存
译 码 器
FDFFH FBFFH
CS DAC0832
XFER
计算机 WR
数据线
继电器的驱动电路
VCC
单片机 P1.i
KA
220V
衔铁
控制电流 D L
K 外部设备
线圈 铁芯
触点
继电器工作原理图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2.2模拟输入通道
2.2.1组成及各部分的作用 2.2.2采样、量化及采样保持器 2.2.3 模数转换器(ADC)
本章主要内容： 1、 数字量输入输出 2、 模拟输入通道 3、 模拟输出通道 4、 输入数据处理
2.1 数字量输入输出 2.1.1并行数据的输入输出（弱电） 2.1.2单个开关量的输入输出（强电）
2.1.1 并行数据的输入输出 1.并行数据的输入缓冲
并行数据输入缓冲电路图
2.1.1 并行数据的输入输出 2.并行数据的输出锁存-数据
LE
8位 D/A 转换器
RFB
&
&
UREF IOUT2 IOUT1
Rfb
AGND
VCC
DGND
3.典型DAC0832—与计算机接口
直通
单缓冲 双缓冲
DAC0832和计算机双缓冲接口
FEFFH
DB/AB
地址 地址线 锁存
译 码 器
FDFFH FBFFH
CS DAC0832
XFER
计算机 WR
数据线
继电器的驱动电路
VCC
单片机 P1.i
KA
220V
衔铁
控制电流 D L
K 外部设备
线圈 铁芯
触点
继电器工作原理图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2.2模拟输入通道
2.2.1组成及各部分的作用 2.2.2采样、量化及采样保持器 2.2.3 模数转换器(ADC)
数字量输入输出通道
低通 滤波器
低通 滤波器
低通 滤波器
调制器 1080±120
调制器 1560±120
调制器 2040±120
调制器 2520±120
调制器 3000±120
频率单位为KHz
载波 发生器
参考载波
带通滤波器 840 - 1320
带通滤波器 1320 - 1800
带通滤波器 1800 - 2280
带通滤波器 2280 - 2760
带通滤波器 2760 - 3240
通信 信道
终端A A
A
终端B
Baidu Nhomakorabea
B
终端C
C
终端D
D
终端E
E
时钟
缓冲区 A B C D E A
MARK
第n帧
1 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1
起 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 奇
始
偶
位
七位数据
校 验
传输方向
位
MARK
111
TTL
MC
IN
1488
OUT
MC IN 1489
TTL OUT
-12V 图10-15 MC1488/MC1489发送/接收示意图
C1+ 1 V+ 2 C1_ 3 C2+ 4 C2_ 5 V_ 6 T2OUT 7 R2I N 8
低通 滤波器
低通 滤波器
调制器 1080±120
调制器 1560±120
调制器 2040±120
调制器 2520±120
调制器 3000±120
频率单位为KHz
载波 发生器
参考载波
带通滤波器 840 - 1320
带通滤波器 1320 - 1800
带通滤波器 1800 - 2280
带通滤波器 2280 - 2760
带通滤波器 2760 - 3240
通信 信道
终端A A
A
终端B
Baidu Nhomakorabea
B
终端C
C
终端D
D
终端E
E
时钟
缓冲区 A B C D E A
MARK
第n帧
1 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1
起 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 奇
始
偶
位
七位数据
校 验
传输方向
位
MARK
111
TTL
MC
IN
1488
OUT
MC IN 1489
TTL OUT
-12V 图10-15 MC1488/MC1489发送/接收示意图
C1+ 1 V+ 2 C1_ 3 C2+ 4 C2_ 5 V_ 6 T2OUT 7 R2I N 8
第二章5数字量输出
微机控制技术
三、数字量传输通道的干扰抑制
• 在工程设计中，对数字信号的输入信号的I/O可采取以下 抗干扰措施。 • （1）数字信号负逻辑传输
（a）高电平传输方式 （b）低电平传输方式 图2-69 数字信号传输方式
微机控制技术
• （2）提高数字信号的电压等级
• 一般输入信号的动作电平为TTL电平，电压较低， 容易受到外界干扰，触点的接触不可靠，导致输 入失灵。
微机控制技术
图2-60固态继电器结构原理图 SSR的输入端与晶体管、TTL、CMOS电路兼容，输出端 利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要在 输入端施加一定的弱电信号，就可以控制输出侧大电流 负载的通断。
微机控制技术 • SSR的输出端可以是直流也可以是交流， 分别称为直流型SSR和交流型SSR。 • 直流型SSR内部的开关组件为功率三极管， 交流型SSR内部的开关组件为双向晶闸管。 • 交流型SSR按控制触发方式不同又可分为 过零型和移相型（非过零型）两种，
微机控制技术
图2-67共模干扰示意图
图2-68输入隔离
微机控制技术
共模干扰常用的抑制方法：
• • （1）利用双端输入的放大器作前置放大 器，如AD521等。 （2）利用变压器或光电耦合器把各种模 拟负载和数字信号隔离，即“模拟地”与 “数字地”断开，被测信号通过变压器或 光电耦合器获得通路，而共模干扰不能形 成回路而得到抑制。
第二章输入输出通道
电平转换 译码器/驱动器
1 1 1 1 1 1 1 1
VSS (+5V) OUT S1 S2 S3 图 2-42 AD7506 原理框图 S1
6
1 1 1 1 1 1 1
使用中，AD7506的
允许输入端EN为高 电平。由表2-1-4中 可以看出，当A3～ A0为0000时，选中 1#通道，当A3～A0 为1111时，则选择 16#通道。
3．多路开关的扩展
当采样的通道比较多，现有的多路开关不够用时，可以 把两个或两个以上的多路开关并联起来，组成8×2或16×2 的多路开关，在图中，数据总线D3～D0作为通道选择信号， D3～D0从0000～1111之间变化，可以选择16个通道，D4用 来控制两个多路开关的允许输入端EN。当D4=0时，经反向 器变成高电平使上面的多路开关AD7506被选中，可选择模 拟输入1～16个中的一个通道。当D4=1时，选中下面的 AD7506，选择模拟输入17～32个中的一个通道被选中。
ymax ymin q n 2 1
0~10v的模拟信号
当N=8时：q=10/255=0.0392156v
当n=10时：q=10/1023=0.00975171v
2.1.3 信号的编码 在模拟量转换过程中，对双极性（正、负）信息 通常有3种表示方法。 1．符号—数值码 类似于原码表示法，增加一位符号位，其它数值 与单极性一样。通常数值为正时，符号位为0；数值 为负时，符号位为1。而改进的符号—数值码则向反， 数值为正时，符号位为1；数值为负时，符号位为0。
2.1 2.2 数字量输入输出通道
接口芯片片内寻址：部分低位地址连接到接口芯片，经 芯片内部的译码电路实现接口芯片的片内寻址。
（1）固定地址译码
该方法是PC系统板卡常用的方法 图中：A9-A3=1110100B
（2）开关选择译码
图中；74LS688是比较器，地址总线上发出的地址和开关设置的地址相比较，如相等， 比较器的输出端输出有效的低电平，该板卡被选中。ISA总线常采用此方法。 A15-A0=0000 0011 1110 A3A2A10B，Y0=03E0H。
SSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型 SSR 和交流型 SSR 。直流型 SSR 内部的开关组件为 功率三极管，交流型 SSR内部的开关组件为双向晶闸管。而交 流型 SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两种， 其中应用最广泛的是过零型。
过零型交流 SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载 电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后，也要 等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。移相型交流 SSR的 断开条件同过零型交流 SSR，但其导通条件简单，只要加入控 制信号，不管负载电流相位如何，立即导通。
续流二极管在功率晶体管关闭时，为继电器线圈产生的反电动势提 供旁路通道，保护晶体管。
•
继电器包括线圈和触点。 因负载呈电感性，所以输出必须加装
克服反电势的保护二极管D，J为继电器 的线圈。
（1）固定地址译码
该方法是PC系统板卡常用的方法 图中：A9-A3=1110100B
（2）开关选择译码
图中；74LS688是比较器，地址总线上发出的地址和开关设置的地址相比较，如相等， 比较器的输出端输出有效的低电平，该板卡被选中。ISA总线常采用此方法。 A15-A0=0000 0011 1110 A3A2A10B，Y0=03E0H。
SSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型 SSR 和交流型 SSR 。直流型 SSR 内部的开关组件为 功率三极管，交流型 SSR内部的开关组件为双向晶闸管。而交 流型 SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两种， 其中应用最广泛的是过零型。
过零型交流 SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载 电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后，也要 等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。移相型交流 SSR的 断开条件同过零型交流 SSR，但其导通条件简单，只要加入控 制信号，不管负载电流相位如何，立即导通。
续流二极管在功率晶体管关闭时，为继电器线圈产生的反电动势提 供旁路通道，保护晶体管。
•
继电器包括线圈和触点。 因负载呈电感性，所以输出必须加装
克服反电势的保护二极管D，J为继电器 的线圈。
计算机控制系统数字量输入输出通道课件
用于感知外部物理量，并将其转换为电信号。
信号调理电路
对传感器输出的电信号进行放大、滤波、隔离等处理，以适 应A/D转换器的输入要求。
A/D转换器
将调理后的模拟信号转换为数字信号，供计算机处理。
数字量输入通道的工作原理
01百度文库
当外部物理量发生变化时，传感器将其转换为电信号。
02
信号调理电路对电信号进行必要的处理，如放大、滤波、隔离
数字量输出通道的工作原理
01
02
03
当计算机发出数字信号 时，输出接口将接收到 的数字信号转换为适合 传输的信号，然后传输
给驱动电路。
驱动电路将数字信号转 换为模拟信号，并驱动 执行机构进行相应的动 作或调节控制参数。
执行机构根据接收到的 模拟信号，实现相应的 控制功能，如调节阀门 的开度、控制电机的转
分布式控制成为可能。
数字量输入输出通道的未来展望
更高性能
随着工业自动化和智能化需求 的增长，对数字量输入输出通 道的性能要求将进一步提高。 未来的通道将需要更高的速度 、更强的稳定性和更低的延迟
。
更广泛的应用领域
随着技术的进步，数字量输入 输出通道的应用领域将进一步 扩大。除了传统的工业控制领 域，还可能在智能家居、医疗 设备等领域得到广泛应用。
02
数字量输入通道
数字量输入通道的概述
信号调理电路
对传感器输出的电信号进行放大、滤波、隔离等处理，以适 应A/D转换器的输入要求。
A/D转换器
将调理后的模拟信号转换为数字信号，供计算机处理。
数字量输入通道的工作原理
01百度文库
当外部物理量发生变化时，传感器将其转换为电信号。
02
信号调理电路对电信号进行必要的处理，如放大、滤波、隔离
数字量输出通道的工作原理
01
02
03
当计算机发出数字信号 时，输出接口将接收到 的数字信号转换为适合 传输的信号，然后传输
给驱动电路。
驱动电路将数字信号转 换为模拟信号，并驱动 执行机构进行相应的动 作或调节控制参数。
执行机构根据接收到的 模拟信号，实现相应的 控制功能，如调节阀门 的开度、控制电机的转
分布式控制成为可能。
数字量输入输出通道的未来展望
更高性能
随着工业自动化和智能化需求 的增长，对数字量输入输出通 道的性能要求将进一步提高。 未来的通道将需要更高的速度 、更强的稳定性和更低的延迟
。
更广泛的应用领域
随着技术的进步，数字量输入 输出通道的应用领域将进一步 扩大。除了传统的工业控制领 域，还可能在智能家居、医疗 设备等领域得到广泛应用。
02
数字量输入通道
数字量输入通道的概述
第三讲：数字量输入输出通道
为了适应计算机控制系统的需求，
目前已生产出各种集成的多路光耦隔离器，
如TLP系列就是常用的一种。
2019年5月21日
感谢你的观看
10
4.1.2 光电耦合隔离电路
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。
感谢你的观看
20
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。
2019年5月21日
感谢你的观看
9
要注意的是，用于驱动发光管的电
源与驱动光敏管的电源不应是共地的同一
个电源，必须分开单独供电，才能有效避
免输出端与输入端相互间的反馈和干扰；
另外，发光二极管的动态电阻很小，也可
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数字量同相传递如图（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
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
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。
计算机控制技术
吴国辉
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第五章 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；
-- 精品--
第五章 数字量输入输出通道
• 引言 • 5.1 光电耦合隔离技术 • 5.2 数字量输入通道 • 5.3 数字量输出通道 • 5.4 DI/DO模板 • 本章小结 • 思考题
-- 精品--
引言
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 。
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5.2 数字量输入通道
1 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。
2 开关输入电路
典型的开关量输入信号调理电路如下图所示。 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
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(a 数字量同相传递
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(b 数字量反相传递
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
数字量反相传递如图（b）所示，与（a）不同 的是光耦的集电极 c端直接接另一个正电源，而发 射极 e 端通过电阻接地，则光耦输出端从发射极e 端引出。从而完成了数字信号的反相传递。
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5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
（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。
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5.2 数字量输入通道
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 1 光电耦合隔离器 Fra Baidu bibliotek 2 光电耦合隔离电路
-- 精品--
5.1 光电耦合隔离技术
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，如下图所示。 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。
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5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
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。
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
因此，利用光耦隔离器可用来传递信号而有效地 隔离电磁场的电干扰。
为了适应计算机控制系统的需求，目前已生产出 各种集成的多路光耦隔离器，如TLP系列就是常用 的一种。
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
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，如下 图所示。
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
例如在现场传感器与A/D转换器或D/A转换器 与现场执行器之间的模拟信号的线性传送，可用光 耦的这种线性区对模拟信号进行隔离。
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；缺点是 调试困难，如果光耦挑选得不合适，会影响A/D或 D/A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，不影响系统的精度和线性度；
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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，如下所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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，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（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A/D转换器与CPU或CPU与D/A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 对数字信号进行隔离。 -- 精品--
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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，数字信号隔离方法的优势凸现出来， 因而在工程中使用的最多。
要注意的是，用于驱动发光管的电源与驱动光敏 管的电源不应是共地的同一个电源，必须分开单独 供电，才能有效避免输出端与输入端相互间的反馈 和干扰；另外，发光二极管的动态电阻很小，也可 以抑制系统内外的噪声干扰。
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
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。
计算机控制技术
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第五章 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；
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• 引言 • 5.1 光电耦合隔离技术 • 5.2 数字量输入通道 • 5.3 数字量输出通道 • 5.4 DI/DO模板 • 本章小结 • 思考题
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引言
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 。
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5.2 数字量输入通道
1 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。
2 开关输入电路
典型的开关量输入信号调理电路如下图所示。 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
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2 光电耦合隔离电路
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(a 数字量同相传递
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(b 数字量反相传递
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2 光电耦合隔离电路
数字量反相传递如图（b）所示，与（a）不同 的是光耦的集电极 c端直接接另一个正电源，而发 射极 e 端通过电阻接地，则光耦输出端从发射极e 端引出。从而完成了数字信号的反相传递。
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5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
（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。
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5.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 1 光电耦合隔离器 Fra Baidu bibliotek 2 光电耦合隔离电路
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5.1 光电耦合隔离技术
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，如下图所示。 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。
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5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
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。
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1 光电耦合隔离器
因此，利用光耦隔离器可用来传递信号而有效地 隔离电磁场的电干扰。
为了适应计算机控制系统的需求，目前已生产出 各种集成的多路光耦隔离器，如TLP系列就是常用 的一种。
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
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，如下 图所示。
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
例如在现场传感器与A/D转换器或D/A转换器 与现场执行器之间的模拟信号的线性传送，可用光 耦的这种线性区对模拟信号进行隔离。
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；缺点是 调试困难，如果光耦挑选得不合适，会影响A/D或 D/A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，不影响系统的精度和线性度；
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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，如下所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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，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（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A/D转换器与CPU或CPU与D/A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 对数字信号进行隔离。 -- 精品--
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
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，数字信号隔离方法的优势凸现出来， 因而在工程中使用的最多。
要注意的是，用于驱动发光管的电源与驱动光敏 管的电源不应是共地的同一个电源，必须分开单独 供电，才能有效避免输出端与输入端相互间的反馈 和干扰；另外，发光二极管的动态电阻很小，也可 以抑制系统内外的噪声干扰。