计算机控制技术-第3章-接口与通道

2. 输入调理电路
•输入调理电路 －把现场信号经转换、保护、滤波、隔离转换成 计算机能够接收的逻辑信号。
•比如：用按钮或转换开关控制系统的启动或选择工作状态、 用光电脉冲编码器检测速度、用行程开关反映生产设备的 运行状态等。 这些信号形式可能是电压、电流、开关的触 点，因此会引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。
2、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；缺点是使用较多 的光耦器件，成本较高。但现在光耦越来越 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。
使用注意事项：
1、发光管的电源与光敏管的电源不能共地， 避免输出端与输入端相互间的反馈和干扰；
2、要考虑允许的电流，电路中串合适的电 阻。
2、模拟隔离
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。
两种隔离方法优缺点：
1、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。
74LS273
D0
D1 Q1
D1
D2 Q2
D2
D3 Q3
D3
D4 Q4
输
需要保持，直到下次给出新的
D4
D5 Q5
出
值为止。要求对数据具有锁存 P D5
D6 Q6
接
能力（常用锁存器实现）
C
D6
D7 Q7
口
总
D7
D8 Q8
可用锁存器74LS273对状态 线
CLK CLR
CS
输出信号进行锁存，
IOW
MOV AL, DATA MOV DX, PORT OUT DX, AL
两种隔离方式：
1、数字隔离
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。
1.数字量输入接口
输
负责从外界接 入 收检测信号、 接 键盘信号等各 口 种状态信号。
74LS244
1A1 1Y1 1A2 1Y2 1A3 1Y3 1A4 1Y4 1A5 1Y5 1A6 1Y6 1A7 1Y7 1A8 1Y8
2G
1G来自百度文库
D0
D1
D2
D3
D4
D5
P
D6
C 总
D7
线
CS
IOR
MOV DX, PORT IN AL, DX
计算机控制技术-第3章-接口与 通道
3.1 数字量输入输出通道
数字量（开关量）信号： 开关的闭合与断开 继电器或接触器的吸合与释放 马达的启动与停止 阀门的打开与关闭 用 “0”和“1”表示
3.1.1 数字量输入输出接口技术
接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁， 包括输入接口、输出接口。
接口技术则是研究计算机与外部设备之间如 何交换信息的技术。
RESET
数字量输出接口
3.1.2 数字量输入通道
基本功能：接受外部装置或生产过程的状态信号。
1，数字量输入通道结构
P
C 总 线
输入 缓冲
器
输入 调理 电路
生 产 过 程
地址译码器
数字量输入通道主要由缓冲器(74LS273等)、输入调理电路、输 入地址译码电路等组成
例：利用译码器分时将采样数据送入计算机。
1，数字量输出通道结构
P
C
输出
总
锁存
线
器
地址译码器
生
输出
产
驱动
过
器
程
数字量输出通道主要由输出锁存器(如74LS273等)， 输出驱动电路、输出地址译码电路等组成.
2、输出驱动电路
（1）小功率直流驱动电路 ➢采用功率晶体管输出驱动继电器电路 ➢采用高压输出的门电路驱动 ➢注意事项：1）克服反电动势的续流二极管；
(b 数字量反相传递
3.1.3 数字量输出通道
数字量输出通道简称 DO 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产过程进 行控制的数字驱动信号。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量驱 动输出通道。
3.1.3 数字量输出通道
图3.6 大功率信号输入电路
光电耦合器
概念：发光器件和光敏器组装在一起，通过光线 实现耦合，构成电-光-电转换的器件；
作用：隔离 类型：三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型
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，如图所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
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。
2. 输入调理电路
（1）小功率输入调理电路 它将接点的接通和断开动作转换成TTL电平信号与 计算机相连。
开关去抖 电路
图3.4 采用积分电路
2. 输入调理电路
R—S触发器去抖电路
RSQQ 0 11 0 1 00 1 1 1 保持
2. 输入调理电路
（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 点输入信号。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,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 。
要求对数据具有控制能力（常用三态门实现)
用三态门缓冲器74LS244取得状态信息 . 隔 离输入和输出线路，在两者之间起缓冲作用。 有八个通道,可同时输入8个开关状态。
输出y
0
0
输出=输入
1
1
高阻状态
3.1.1 数字量输入输出接口技
2. 数字量输出接口
术
负责向外界传送由内部电路产 生的处理结果、显示信息、控 制命令、驱动信号等。
2）输出如为OC（Open Collector）器件，
输出要上拉电阻。
图3.8继电器驱动电路
（2）大功率驱动电路
利用固态继电器(SSR)等实现 注意事项：输入电压范围、输出电压类型、输出功率
+5V
R
I/O
74LS04
接
口
+5V
R
(a)直流固态继电器的结构
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。
+5V
+5V
74LS273
+5V
+5V
74LS273
数
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
c
数
D7~D0 据
+
c
缓
冲
器
e
-
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