2122数字量输入输出通道分析
计算机控制系统数字量输入输出通道课件
04
数字量输入输出通道的应用实 例
工业自动化控制系统的应用实例
自动化生产线控制
数字量输入输出通道用于接收和发送控制信号，实现对生产 线上的机械装置、传送带、电机等的精确控制，提高生产效 率和质量。
智能仓储管理
通过数字量输入输出通道，实现对仓库货物的精确控制，如 货物的进出库、库存盘点等，提高仓储管理的效率和准确性 。
详细描述
根据不同的分类标准，计算机控制系统可以分为多种类型。按控制方式可分为开环控制系统和闭环控 制系统；按任务特点可分为连续控制系统和离散控制系统；按结构特点可分为单机控制系统和多机控 制系统等。不同类型的计算机控制系统在应用上具有各自的特点和优势。
02 数字量输入通道
数字量输入通道的组成与功能
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。
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。
A/D转换器
将模拟信号转换为数字信 号，便于计算机进行处理 。
【计算机控制技术】2.2 输入输出接口与过程通道(二)
(1) PCL-730寄存器地址分配
地址
基地址 +00
基地址 +Ol
W/R R R
寄存器名称
隔离开关量 输入低8位
隔离开关量 输入高8位
地址
基地址 +00
基地址 +01
W/R W W
寄存器名称
隔离开关量 输出低8位
隔离开关量 输出高8位
P可C以L-2完7.32成0.板4。卡的数开字关量量输输入入//输输出出通都只道需模要板二举条例指令就
第4讲 第2章 输入输出接口与过程通道（二）
2.2 数字量输入输出接口与过程通道
2.2.1 数字量输入输出接口技术 2.2.2 数字量输入通道 2.2.3 数字量输出通道 2.2.4 数字量模板应用举例
2.2.1 数字量输入输出接口技术 1.数字量输入接口
汇编： MOV DX,220H IN AL,DX
输入口地址译码电路等组成 。Leabharlann 2.2.2 数字量输入通道
2.输入信号调理电路 信号调理: 将外部开关量信号，经信号转换、滤波、隔离
等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，称之 信号调理。
实现信号调理功能的电路，称之为信号调理电 路。
(1)小功率输入调理电路
2.2.2 数字量输入通道
(2)大功率输入调理电路
MOV AL， 55H
OUT DX， AL
MOV DX， 221H
OUT DX， AL
MOV DX， 220H
本讲课程结束！
2.2.3 数字量输出通道
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
研华PCL-730板卡 PCL-730是研华公司推出的32通道隔离型I/O板卡，提供16 路开关量隔离输入通道和16路开关量隔离输出通道。
21节数字量输入输出通道-文档资料
地址译码器
开关量输入通道的典型结构示意图
12
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路
2. 信号调理电路
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接受生产过程 的状态信号。这些状态信号的形式可能是电压、电流、开 关的触点，瞬时高压，过电压、接触抖动等现象。这些状 态信号必须经过转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计 算机能够接受的逻辑信号，比如电平匹配，这些过程称为 信号调理。 对于开关量来说，主要是将开关、继电器等触点的接
0 0
D1
D6 D7
74LS273
Q1
当执行 CS OUT指令周期时，产生 写信号，进行数据锁存，并输 IOW 出。
10
输出 Q6 接口 Q7
CS IOW
数字量输出接口
RESET
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.1 数字量输入输出接口技术--数字量输出接口
通和断开的动作转换成TTL电平信号与计算机相连，并且要 消除由于触点抖动和反跳形成的振荡信号。
13 Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路（小功率）
（1）消除机械抖动影响 操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在接通或断 开时均要产生机械抖动，体现在计算机的输入上就是输入信号在 变化瞬间在0和1之间多次振荡，对其如不进行适当处理就会导致 计算机的误动作。下图所示为消除由于接点的机械抖动而产生的 振荡信号，并转换成TTL电平信号与计算机相连。 如图所示为一种简单的采用积分电路消除开 关抖动的方法。电阻R和电容C组成一个积分 电路，输出跃变发生在积分器积分到门的转 折电压时刻，只要积分电路的时间常数足够
计算机控制系统刘世荣第2章数字量输入输出通道
3．I/O电气接口 典型的开关量输出/输入电气接口的功能主要是电平 转换、隔离和功率驱动、滤波等。
2.4.2 数字量（开关量）输入通道
一、数字量输入通道的结构 数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、 输入地址译码电路组成。其结构如下： P C 总 线 生 产 过 程
输入 缓冲 器
输入 调理 电路
图2-40 数字量输入通道 a) 积分电路数字量输入
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。
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。
• R—S触发器消除开关两次反跳电路
A
S
R3 +5V R 45
B
原理：
当K在上时，输 出上为1，下为0。
原理：与非门A与B构成双稳态触发器，S一般向上闭合，此时
⑶ 常见的数字量有： ①编码数字（二进制或十进制）：如用绝对编 码的编码器检测位置等。 ②开关量：如按钮或转换开关的启停、阀门的 开闭，指示灯亮/灭等。 ③数字脉冲列信号：如光电脉冲编码器检测速 度、晶闸管的脉冲触发器等。
外界的开关量信号在一般情况下可直接连 入以单片机为核心的智能仪器中。但当外界的 开关量信号的电平幅度与单片机I／O端口的信 号电平不相符时（由于这些电平信号功率有限， 加上外界还存在各种干扰和影响），应在电平 转换后(采用各种缓冲、放大、隔离和驱动电 路等措施），再输入到单片机的I／O端口上。
号调理。
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。 （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。
数字量输入输出通道.共43页
15、机会是不守纪律的。——雨果
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
数字量输入输出通道.
11、战争满足了或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
计算机控制系统-数字量输入输出通道课件
滤波器是一种对信号进行过滤的电路 ，用于消除输入信号中的噪声和干扰 ，提高信号的纯度和稳定性。
滤波器的优点是精度高、稳定性好、 可靠性高等，广泛应用于各种计算机 控制系统中。
滤波器的工作原理是通过电感器和电 容器的组合，对输入信号进行频率选 择和过滤，保留所需的频率成分，抑 制不需要的频率成分。
03
功能
数字量输入通道负责采集外部数 字信号，并将其传输给计算机； 数字量输出通道则将计算机输出 的数字信号传输给外部设备。
数字量输入输出通道的类型
并行输入输出通道
适用于高速、大批量数据传输，具有较高的数据传输速率。
串行输入输出通道
适用于长距离、低速数据传输，可以节省线缆和接口资源。
网络化输入输出通道
通过网络实现远程数据传输和控制，具有灵活性和可扩展性。
数字量输入输出通道的应用场景
1 2
工业自动化控制
在生产线、机械设备等工业自动化控制领域中， 数字量输入输出通道用于实现设备的监测和控制 。
智能家居
在智能家居系统中，数字量输入输出通道用于控 制家电设备、灯光、窗帘等，实现智能化管理。
3
交通控制
在交通控制系统中，数字量输入输出通道用于检 测交通信号、控制红绿灯等，保障交通安全和顺 畅。
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。
SLSC-12201 32通道数字输入 输出模块说明书
SPECIFICA TIONSSLSC-1220132 Channel, 5 V to 33 V, Digital Input/OutputSLSC module design specification version 1.0SLSC compatibility level1Rear I/O compatibility category[01] (digital input/output up to 32 channels) Recommended RTI RTI-12301Front I/O CharacteristicsNote The 32 front I/O channels are organized into two banks consisting of twoports with eight channels per port. Port0 and Port1 are in Bank0; Port2 and Port3 arein Bank1. At least one Vsup must be present and routed to the banks. Each bank canbe powered by either Vsup_0 or Vsup_1.Note The mapping between the 32 rear I/O channels and the 32 front I/O channelsis one-to-one. DIO0 maps to P0.0, and DIO31 maps to P3.7.Number of channels32 bidirectional channelsOvervoltage protection±60 VSynchronization jitter±12.5 nsExternal supply voltage (Vsup) 5 V DC to 33 V DCUndervoltage lockout at 4 VPower-on configuration Software configurable (factory default issinking digital input)Table 1. Feature Configurability (Continued)Digital InputInput type Sinking or sourcingInput voltage range0 V to 5 V0 V to 33 VThreshold voltage settling time20 msMinimum pulse width100 nsMaximum signal frequency100 kHzPropagation delay200 nsSourcing input pull-up resistor24 kΩDigital OutputOutput type Sourcing, sinking, or push-pull Continuous output current50 mA maximumOutput impedance sourcing30 ΩOutput impedance sinking20 ΩShort circuit protection10 channels simultaneous fault Minimum pulse width100 nsMaximum signal frequency100 kHzPropagation delay300 nsRise/fall time25 ns (push-pull configuration) Maximum load capacitance 1 nF maximum2| | SLSC-12201 SpecificationsRear I/O CharacteristicsConnector XJ3 connects to an NI digital input/digital output device supporting 5 V TTL or 3.3 V LVTTL signaling.Power RequirementsPower consumption from backplane 4.1 W maximum5.7 W maximumPower consumption from Vsup under noloadMinimum Vsup power supply outputcurrent capability 1.0A+50mA×BBB BBBBℎBBBThermal dissipation< 50 WPhysical CharacteristicsSLSC slots1Dimensions175 mm × 31 mm × 336 mm (6.89 in. × 1.19in. × 13.21 in.)Weight581 g (20.5 oz)Front I/O connectors2x 44-pin high-density D-SUBRear I/O connectors1x 110-pin Hard Metric type A. 1x 8-bladeUniversal Power Module (UPM), capable ofimplementing Fully Compatible Rear I/O Safety VoltagesMeasurement category OIsolationChannel-to-channel NoneChannel-to-earth ground NoneCaution Do not connect the SLSC-12201 to signals or use for measurementswithin Measurement Categories II, III, or IV.Note Measurement Categories CAT I and CAT O are equivalent. These test andmeasurement circuits are for other circuits not intended for direct connection to theSLSC-12201 Specifications| © National Instruments| 3MAINS building installations of Measurement Categories CAT II, CAT III, orCAT IV.Caution Do not operate the SLSC-12201 in a manner not specified in thisdocument. Product misuse can result in a hazard. You can compromise the safetyprotection built into the product if the product is damaged in any way. If the productis damaged, return it to NI for repair.SafetyThis product is designed to meet the requirements of the following electrical equipment safety standards for measurement, control, and laboratory use:•IEC 61010-1, EN 61010-1•UL 61010-1, CSA C22.2 No. 61010-1Note For UL and other safety certifications, refer to the product label or the OnlineProduct Certification section.Electromagnetic CompatibilityThis product meets the requirements of the following EMC standards for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use:•EN 61326-1 (IEC 61326-1): Class A emissions; Basic immunity•EN 55011 (CISPR 11): Group 1, Class A emissions•EN 55022 (CISPR 22): Class A emissions•EN 55024 (CISPR 24): Immunity•AS/NZS CISPR 11: Group 1, Class A emissions•AS/NZS CISPR 22: Class A emissions•FCC 47 CFR Part 15B: Class A emissions•ICES-001: Class A emissionsNote In the United States (per FCC 47 CFR), Class A equipment is intended foruse in commercial, light-industrial, and heavy-industrial locations. In Europe,Canada, Australia and New Zealand (per CISPR 11) Class A equipment is intendedfor use only in heavy-industrial locations.Note Group 1 equipment (per CISPR 11) is any industrial, scientific, or medicalequipment that does not intentionally generate radio frequency energy for thetreatment of material or inspection/analysis purposes.Note For EMC declarations and certifications, and additional information, refer tothe Online Product Certification section.4| | SLSC-12201 SpecificationsCE ComplianceThis product meets the essential requirements of applicable European Directives, as follows:•2014/35/EU; Low-V oltage Directive (safety)•2014/30/EU; Electromagnetic Compatibility Directive (EMC)EnvironmentalModule operating temperature0 °C to 85 °C1 (Tested in accordance withIEC 60068-2-1 and IEC 60068-2-2)Storage temperature range-40 °C to 85 °C (Tested in accordance withIEC 60068-2-1 and IEC 60068-2-2.) Relative humidity range, operating10% to 90%, noncondensing (Tested inaccordance with IEC-60068-2-78.)Relative humidity range, storage5% to 95%, noncondensing (Tested inaccordance with IEC-60068-2-78.)Pollution degree2Maximum altitude2,000 m (800 mbar)(at 25 °C ambient) Indoor use only.Shock and VibrationOperating shock30 g peak, half-sine, 11 ms pulse (Tested inaccordance with IEC-60068-2-27. MeetsMIL-PRF-28800F Class 2 limits) Operating vibration, random 5 to 500 Hz, 0.3 g rms (Tested in accordancewith IEC-60068-2-64)Non-operating vibration, random 5 to 500 Hz, 2.4 g rms (Tested in accordancewith IEC-60068-2-64. Non-operating testprofile exceeds the requirements ofMIL-PRF-28800F Class 3.) 1The chassis internal ambient temperature may reach 85 °C with all slots at the maximum allowedpower dissipation.SLSC-12201 Specifications| © National Instruments| 5Online Product CertificationRefer to the product Declaration of Conformity (DoC) for additional regulatory compliance information. To obtain product certifications and the DoC for this product, visit / certification, search by model number or product line, and click the appropriate link in the Certification column.Worldwide Support and ServicesThe NI website is your complete resource for technical support. At /support, you have access to everything from troubleshooting and application development self-help resources to email and phone assistance from NI Application Engineers.Visit /services for NI Factory Installation Services, repairs, extended warranty, and other services.Visit /register to register your NI product. Product registration facilitates technical support and ensures that you receive important information updates from NI.A Declaration of Conformity (DoC) is our claim of compliance with the Council of the European Communities using the manufacturer’s declaration of conformity. This system affords the user protection for electromagnetic compatibility (EMC) and product safety. You can obtain the DoC for your product by visiting /certification. If your product supports calibration, you can obtain the calibration certificate for your product at /calibration.NI corporate headquarters is located at 11500 North Mopac Expressway, Austin, Texas, 78759-3504. NI also has offices located around the world. For telephone support in the United States, create your service request at /support or dial 1 866 ASK MYNI (275 6964). For telephone support outside the United States, visit the Worldwide Offices section of / niglobal to access the branch office websites, which provide up-to-date contact information, support phone numbers, email addresses, and current events.Information is subject to change without notice. Refer to the NI T rademarks and Logo Guidelines at /trademarks for information on NI trademarks. Other product and company names mentioned herein are trademarks or trade names of their respective companies. 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第四章数字量输入输出通道
（2）输出驱动电路——继电器驱动电路
图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 器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电 流泄放回路。
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流电源
交流SSR输出波形如下图所示。
波形
过零型导 通时间
控制信号
SSR两端的 电压在导通
时为0。
非过零型 导通时间 立即导通
非过零型SSR，加上控制信号便导通
过关零断型时导间 相通同时，间在
过零时
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与 过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选 用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时， 一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱 动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路与 参数请参考生产厂家有关手册。
Vc
Di 7406
RL
交
流
电
+ _
～ SSR ～
源
图 4-13固 态 继 电 器 输 出 驱 动 电 路
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
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。
数字量输入输出通道
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
MAX232
16 VCC 15 GND 14 T1OUT 13 R1I N 12 R1OU T 11 T1I N 10 T2I N 9 R2OUT
MC8T13
MC3486
(b)RS-423A单端驱动差分接收电路
MC3487
MC3486
(c)RS-422A平衡驱动差分接收电路 图10-21 RS-232C/RS-423A/RS-422A接口电路
TxD 使能 RxD
(a) RS-485连接电路
RxD
TxD 使能
TxD
使能 RxD
RxD
(b) RS-422连接电路 图10-22 RS-485与RS-422总线的数据传送方式
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
B
终端CC终端D NhomakorabeaD
2.1 2.2 数字量输入输出通道
2、输出驱动电路
在数字量输出通道中，关键是驱动，因为从锁存器中出来的是TTL 电平，驱动能力有限，所以要加上驱动电路。
（1）小功率（10-40mA）直流驱动电路 ：
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。
功率晶体管输出驱动继电器电路
－ R-S触发器去抖
•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。
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。
ISA
生
输入
输入
产
总
缓冲
调理
过
线
器
电路
程
地址译码器
注意教材图2-6错误
•2. 输入调理电路 生产过程状态信号的形式可能是电压、
智能仪器中数字量的输入、输出
开关量输出
中功率开关量输出驱动接口
功率场效应管也称功率MOSFET（Metal-Oxide Silicon Field Effect Transistor），它是一种常用的中等功率的 开关控制驱动器件。与双极性晶体管比，它的工作原 理不同，驱动方式也不同，一般有TTL集成电路和 CMOS集成电路两种驱动方式驱动场效应管。它有几 个优点。 MOSFET有较高的开关速度。 有较宽的安全工作区而不会产生热点，同时他是一种 具有正的电阻温度系数的器件，所以，容易进行并联 使用。可靠性好。 过载能力强。阀值电压高，可达2-6V。 由于是电压控制器件，对驱动电路要求低。
为测量频率时的相对误差 为计数值的相对误差 为与门开启时间的相对误差
当与门开闭时间t与被测量脉冲周期的整数倍接近或相 等时候，测频法测量频率的最大误差可能为 。
分析 分析 得到结果
的误差来源。即分析 。
。
这样，在测量时间t一定的情况下，测量误差随着被测 信号频率的降低而增大。当f较低时，应采用别的测量 方法。
由MCS-51单片机内部定时器T0和口P3。4送出，T0工作方式1， 则PWM输出信号中的高电平和低电平持续时间Th和Tl分别为
Th=(216-x)*12/fosc Tl=(216-y)*12/fosc
式中，x,y分别为Th和Tl相对应的定时常数。
作业：1。使用CPLD，VHDL语言表示PWM。占空比为0.656。 2。书22页，第4题。
开关量输出
数字逻辑电路的额定负载能力表 逻辑电 路类型 输出高电平/V 拉电流/mA 输出低电平/V 灌电流/mA -0.4 1.6 0.4 0.01 16 0.5
标准TTL 2.4 逻辑 4.99 标准 CMOS逻 辑 4.99 高速 COMOS 逻辑
计算机控制系统数字量输入输出通道课件
在医疗设备中，数字量输入通道 可用于采集患者的生理参数，如 心电信号、血压等，为医生提供
准确的诊断依据。
03
数字量输出通道
数字量输出通道的概述
1
数字量输出通道是计算机控制系统中的重要组成 部分，用于将计算机发出的数字信号转换为控制 设备可以识别的信号。
2
它通常由一系列硬件和软件组成，包括输出接口 、驱动电路和执行机构等。
更强大的可编程能力
未来的数字量输入输出通道将 具备更强大的可编程能力，使 得用户可以根据自己的需求进
行定制化的开发。
更完善的生态系统
为了满足不断增长的需求，未来的数字量输入输出通道将需要构建一个更加完善的生态系统，包括硬件、软 件、开发工具和社区支持等各个方面。
THANKS
输入信号不稳定
解决方案：检查信号源是否稳定，对 信号进行滤波处理，或采用隔离技术
隔离输入信号。
解决方案：采用低噪声器件，对信号 进行降噪处理，或采用隔离技术隔离 输入信号。
输入信号超范围
输入信号噪声大
解决方案：调整输入信号范围，使其 适应控制系统的要求，或采用保护电 路防止超范围输入。
数字量输出通道常见问题及解决方案
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
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输出信号不准确
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数字量扩展模块接线图
热电阻接线方式
EM231 RTD模块面板状态指示器
配置EM231 RTD
EM231热电阻模块为S7-200连接各种型号的热电阻提供了方便的接口。它也允许S7-200测量三个不同的电阻范围。连接到模块的热电阻必须是相同的类型。
组态EM231RTD使用DIP开关可以选（择热热电电阻阻的）类模型块，接线方式，温度测量单位和传感器熔断方向。DIP配置开关位于模块的底部，如图所示，要使DIP开关设置起作用，需要重新给PLC或用户的24V电源上电。
数字量扩展模块接线图
1、数字量输入扩展模块（EM221）接线图
输入接线形式简图
2、数字量输出扩展模块（EM222）接线图
输出接线形式简图
3、数字量输入/输出扩展模块（EM223）接线图
模拟量扩展模块接线图
1、模拟量输入扩展模块（EM231）接线图及输入范围配置
配置EM231
表所示为如何使用配置DIP开关配置EM231模块。开关1、2和3选择模拟输入范围。所有输入设置为相同的模拟输入量程。该表中，ON是闭合，OFF是断开。只在电源接通时读取开关设置。
2、模拟量输出扩展模块（EM232）接线图
3、模拟量输入/输出扩展模块（EM235）接线图及输入范围配置
配置EM235
表所示为如何使用配置DIP开关配置EM235模块。开关1至6可选择输入量程和分辨率。所有的输入Байду номын сангаас设置为相同的模拟输入量程和格式。表所示为如何选择单极性/双极性（开关6）、增益（开关4和5）以及衰减（开关1，2和3），在该表中，ON是闭合，OFF是断开。只在电源接通时读取开关设置。
第三讲：数字量输入输出通道
2019年5月21日
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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
以抑制系统内外的噪声干扰。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。
2019年5月21日
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11
+5V
+5V
74LS273
+5V 74LS273
数
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
c
数
D7~D0 据
+
缓
冲
器
e
-
选通脉冲
选通脉冲
(a 数字量同相传递 图 4-3 光电耦合隔离电路
(b 数字量反相传递
2019年5月21日
链接动画
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+5V c e
12
数字量反相传递如图4-3（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。
数字量同相传递如图4-3（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。
数字量输入输出通道(高教课堂)
详细课资
17
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。
详细课资
18
5.2 数字量输入通道
详细课资
5.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 1 光电耦合隔离器 ❖ 2 光电耦合隔离电路
详细课资
5
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。
详细课资
22
5.2 数字量输入通道
3 脉冲计数电路
+12V VCC R
R
系统时钟
TS TW
Dz C
CLK0 OUT0
GATE1 CLK1 OUT1
光耦
CLK2 OUT2 GATE0 +5V GATE2
8253/8254
CR CE OL 计数通道1
PC总线
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23
5.2 数字量输入通道
3 脉冲计数电路
详细课资
3
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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ISA
生
输入
输入
产
总
缓冲
调理
过
线
器
电路
程
地址译码器
注意教材图2-6错误
•2. 输入调理电路 生产过程状态信号的形式可能是电压、
电流、开关的触点，因此引起瞬时高压、 过电压、接触抖动等现象。
为了将外部开关量信号输入到计算机，
必须将现场输入的状态信号经转换、保护、 滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收 的逻辑信号，这些功能称为信号调理。
译码方式 （1）线选法：就是直接以某位地址信号作为芯片的片选
信号。 （2）译码法：就是使用译码器对高位地址进行译码，以
其译码输出作为扩展芯片的片选信号。
I/O端口地址译码一般采用译码法，分为片选信号及I/O接 口芯片内部端口寻址两部分：
片选信号：采用部分高位地址线与CPU或总线的控制信 号组合经译码电路产生片选信号；
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。
（2）独立编址：I/O端口单独编址，采用专门的I/O指 令。80×86系列机。
2.1.2 I/O端口地址译码技术
1. I/O端口地址译码电路信号
译码电路不仅与地址信号有关，而且与控制信号有关。 其中，ISA总线中，使用A0～A9 、IOW、IOR 等信号组合。
2.I/O端口地址译码方法及电路形式
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。
（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。
－ R-S触发器去抖
பைடு நூலகம்
•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。
作用：采集生产过程的状态 信息。 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。当在执行IN指令周期 时，产生I/O读信号，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。
2、数字量输出接口
作用：当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进 行保持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁 存。 完成过程：用74LS273作8位输出锁存口，对状态输 出信号进行锁存。由于PC总线工业控制机的I/O端口 写总线周期时序关系中，总线数据D0～D7比I/O写前 沿(下降沿)稍晚，因此利用I/O写的后沿产生的上升沿 锁存数据。经过端口地址译码，得到片选信号，当在 执行OUT指令周期时，产生I/O写信号。
第2章 输入输出接口与过程通道
接口：计算机与外部设备交换信息的桥梁，包 括输入和输出接口。
接口技术：研究计算机与外部设备之间如何交 换信息的技术。
过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息 传送和转换的连接通道。（AI、AO、DI、DO）
2020年9月30日12时5分
2.1 总线扩展技术
2.1.1 微型计算机系统I/O端口与地址分配
1.I/O端口及I/O操作 （1）数据端口 （2）状态端口 （3）命令端口
CPU与外设之间的数据输入输出、联络、控制等操作，都 是通过对相应端口的读/写操作完成的。
2. I/O端口编址方式 （1）统一编址：把系统中的每一个I/O端口看作一个
存储单元，与存储单元一样统一编址，不用设置专门的 I/O指令。单片机采用这种编址方式。
触器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀门的打开与 关闭等。
共同特征：这些信号的是以二进制的逻辑 “1”和 “0”出现的，代表生产过程的一个状态。
2.2.1 数字量输入输出接口
1、数字量输入接口（DI）
三态门缓冲器74LS244 (74HC,LVT,AHCT244)
MOV DX, port
IN AL, DX
（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。
小功率输入调理电路 －开关去抖电路
积分电路
A
A
O
O
A
O
－ R-S触发器消除开关两次反跳电路
Q
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。 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。
2.1.3 基于ISA总线端口扩展
1.板选译码与板内译码 2.总线驱动及逻辑控制 3.端口及其读写控制
2.2 数字量输入输出通道
2.2.1 数字量输入输出接口技术 2.2.2 数字量输入通道 2.2.3 数字量输出通道 2.2.4 数字（开关）量输入/输出通道模板举例
数字量(开关量)信号 开关的闭合与断开，指示灯的亮与灭，继电器或接
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及光耦 隔离等措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入指令便 可读取开关 S 的状态。比如,当开关 S 闭合时，输入回 路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线上 为低电平，即输入信号为“0”对应外电路开关 S 的闭合； 反之，开关 S 断开，光耦中的发光管无电流流过，光敏管 截止，数据线上为高电平，即输入信号为“1”对应外电路开关
利用74LS273可以锁存8个开关状态。
注意：硬件组成、软件设计（汇编、C语言)
锁存器74LS273(74LS373,573)
利用IOW上 升沿锁存 MOV AL,DATA MOV DX, port OUT DX,AL
注：目前已有多 种单片机无总线 读写等控制信号
2.2.2 数字量输入通道 •1. 数字量输入通道的结构