计算机接口技术及应用 第10讲 (DIO通道) (2010秋)
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信号隔离方法
光电耦合器: 适合开关信号, 数字信号和模拟信号 隔离变压器: 仅适合交变信号
思考题
1.为何开关信号输入通道要考虑隔离问题？ 2. 为何开关信号输出通道要考虑驱动和隔离问题？ 3. 将讲义开关信号输入和开关信号输出两个电路图合并成一
个电路图, 共用译码电路和总线驱动, 并任选各一路开关信 号使用光电耦合器作为输入或输出隔离 (光电耦合器的发 光二极管导通电流为适合8~20mA)
（ISA BUS的数据总线宽度是8或16，CPU执行写锁存器操作每次可 以控制8/16位开关量输出）
开关信号输出信号需要考虑: 功率驱动、抗干扰处理
驱动：功率三极管、电磁继电器、固态继电器等 抗干扰：光电隔离
开关信号输出接口的示例
开关信号输出接口 示例
开关信号隔离和抗干扰
信号传输需要远距离共地线，但是往往会带来共地噪声， 如图所示
开关信号输入/输出通道设计的内容
开关信号输入(简称DI)通道 开关信号输出(简称DO)通道 开关信号隔离和抗干扰
包含在DI和DO通道的设计过程中
开关控制的输出驱动
包含在DO通道的设计过程中
开关信号输入接口的特点
开关信号输入用于监测目标设备的“开” 或“关”状态 一般都采用8/16位三态缓冲门和译码电路、总线驱动器构 成 (接口设计原则：输入必须使用三态门，输出必须使用锁存器) CPU获取开关状态一般都是按照8/16位为1组的方式，每读 一次就取得8/16路开关信号的状态
3
（具体电路见下页）
2
总结
开关信号输入接口通道和设计方法
注意开关状态和逻辑电平的关系 注意开关输出信号的调理: 电平电压匹配, 去抖动, 隔离
开关信号输出接口通道和设计方法
注意输出信号隔离和(负载)驱动 输出驱动: 干簧继电器, 固态继电器(兼容TTL电平输入, 既有隔
离功能, 又有放大/驱动功能), 功率管
（ISA BUS的数据总线宽度是8或16，CPU执行读操作每次可以取得8 个或16个位的数据）
开关信号输入信号需要考虑下面问题(简称DI调理)
信号电平匹配、消除机械抖动 消除干扰（采用光电隔离措施）
开关信号输入接口的示例
开关信号输入接口 示例
开关信号输入接口 示例电路的说明
开关状态和电平电压的关系(闭合/断开状态和 逻辑电平关系)
点可控硅, 无寿命限制, 高速. 有过零触发和随机触发两种类型)
功率三极管和MOS等 (特点: 无机械触点, 一般需要光电耦合
器先将其与控制信号隔离, 然后再使用这些功率器件作为驱动元件
控制电气设备, 如电机, 电磁阀线圈等)
开关信号输入/输出接口示例
Arcom公司的DI/O接口卡 板上资源
8位ISA接口 基地址可配置 8路光电隔离输入 8路继电器输出
计算机接口技术及应用பைடு நூலகம்第十讲
计算机基本接口应用
——开关信号输入/输出通道
开关信号输入/输出通道
主要内容
开关信号输入通道和信号隔离 开关信号输出通道和信号驱动及隔离 开关信号输入/输出接口卡设计实例
目的
了解测控系统中开关量输入/输出通道原理和设计方法
要求
掌握开关信号输入/开关信号输出通道基本结构及相关 的概念，重点是开关信号输入/输出通道设计方法
Vs
+
Vo
-
is
Vi
+
Vix
-
ig R Rf RL
长线
解决远距离共地噪声的最好方法是采用信号隔离传输， 避免远距离共地
信号隔离
开关信号的隔离常采用 “光电耦合器” (甚至于在通讯领 域也常采用高速光电耦合器作为信号隔离器件)
光电耦合器是将输入的电信号转换为光信号, 然后将光信号转换为输出 的电信号, 而且输入的电信号和输出的电信号之间不共地 (这种隔离方法 适合于开关信号、数字信号和模拟信号. 需要注意的是, 采用光电耦合 器隔离模拟信号时, 需要使用 “线性光电耦合器” )
左下图 Vout: 开关断开为1，开关闭合为0 右下图 Vout: 开关断开为0，开关闭合为1
Vcc电压如何选?
1
开关信号输出接口
开关信号输出用于控制目标设备的“开”或“ 关” 一般都采用8/16位D型锁存器和译码电路、总线驱动器构 成 (接口设计原则：输入必须使用三态门，输出必须使用锁存器) CPU输出开关信号一般都是按照8/16位为1组的方式，每 写一次就锁存器可以控制8/16路开关量输出
Vcc
A
Viso
C
K
E
其它隔离方法：隔离变压器(电磁耦合), 仅适合于交变信 号，对直流信号不适用
输出的隔离和驱动
开关信号输出的隔离仍可以采用光电偶合器 模拟信号输出的隔离需要采用线性光电偶合器 为了提高输出模拟信号的负载能力，输出端一般 都采用电压跟随器 开关信号输出的驱动常用以下三种形式
电磁继电器 (特点: 干簧触点, 有寿命和响应频率限制) 固态继电器 (特点: 兼容TTL电平输入, 采用光电隔离, 无机械触
光电耦合器: 适合开关信号, 数字信号和模拟信号 隔离变压器: 仅适合交变信号
思考题
1.为何开关信号输入通道要考虑隔离问题？ 2. 为何开关信号输出通道要考虑驱动和隔离问题？ 3. 将讲义开关信号输入和开关信号输出两个电路图合并成一
个电路图, 共用译码电路和总线驱动, 并任选各一路开关信 号使用光电耦合器作为输入或输出隔离 (光电耦合器的发 光二极管导通电流为适合8~20mA)
（ISA BUS的数据总线宽度是8或16，CPU执行写锁存器操作每次可 以控制8/16位开关量输出）
开关信号输出信号需要考虑: 功率驱动、抗干扰处理
驱动：功率三极管、电磁继电器、固态继电器等 抗干扰：光电隔离
开关信号输出接口的示例
开关信号输出接口 示例
开关信号隔离和抗干扰
信号传输需要远距离共地线，但是往往会带来共地噪声， 如图所示
开关信号输入/输出通道设计的内容
开关信号输入(简称DI)通道 开关信号输出(简称DO)通道 开关信号隔离和抗干扰
包含在DI和DO通道的设计过程中
开关控制的输出驱动
包含在DO通道的设计过程中
开关信号输入接口的特点
开关信号输入用于监测目标设备的“开” 或“关”状态 一般都采用8/16位三态缓冲门和译码电路、总线驱动器构 成 (接口设计原则：输入必须使用三态门，输出必须使用锁存器) CPU获取开关状态一般都是按照8/16位为1组的方式，每读 一次就取得8/16路开关信号的状态
3
（具体电路见下页）
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总结
开关信号输入接口通道和设计方法
注意开关状态和逻辑电平的关系 注意开关输出信号的调理: 电平电压匹配, 去抖动, 隔离
开关信号输出接口通道和设计方法
注意输出信号隔离和(负载)驱动 输出驱动: 干簧继电器, 固态继电器(兼容TTL电平输入, 既有隔
离功能, 又有放大/驱动功能), 功率管
（ISA BUS的数据总线宽度是8或16，CPU执行读操作每次可以取得8 个或16个位的数据）
开关信号输入信号需要考虑下面问题(简称DI调理)
信号电平匹配、消除机械抖动 消除干扰（采用光电隔离措施）
开关信号输入接口的示例
开关信号输入接口 示例
开关信号输入接口 示例电路的说明
开关状态和电平电压的关系(闭合/断开状态和 逻辑电平关系)
点可控硅, 无寿命限制, 高速. 有过零触发和随机触发两种类型)
功率三极管和MOS等 (特点: 无机械触点, 一般需要光电耦合
器先将其与控制信号隔离, 然后再使用这些功率器件作为驱动元件
控制电气设备, 如电机, 电磁阀线圈等)
开关信号输入/输出接口示例
Arcom公司的DI/O接口卡 板上资源
8位ISA接口 基地址可配置 8路光电隔离输入 8路继电器输出
计算机接口技术及应用பைடு நூலகம்第十讲
计算机基本接口应用
——开关信号输入/输出通道
开关信号输入/输出通道
主要内容
开关信号输入通道和信号隔离 开关信号输出通道和信号驱动及隔离 开关信号输入/输出接口卡设计实例
目的
了解测控系统中开关量输入/输出通道原理和设计方法
要求
掌握开关信号输入/开关信号输出通道基本结构及相关 的概念，重点是开关信号输入/输出通道设计方法
Vs
+
Vo
-
is
Vi
+
Vix
-
ig R Rf RL
长线
解决远距离共地噪声的最好方法是采用信号隔离传输， 避免远距离共地
信号隔离
开关信号的隔离常采用 “光电耦合器” (甚至于在通讯领 域也常采用高速光电耦合器作为信号隔离器件)
光电耦合器是将输入的电信号转换为光信号, 然后将光信号转换为输出 的电信号, 而且输入的电信号和输出的电信号之间不共地 (这种隔离方法 适合于开关信号、数字信号和模拟信号. 需要注意的是, 采用光电耦合 器隔离模拟信号时, 需要使用 “线性光电耦合器” )
左下图 Vout: 开关断开为1，开关闭合为0 右下图 Vout: 开关断开为0，开关闭合为1
Vcc电压如何选?
1
开关信号输出接口
开关信号输出用于控制目标设备的“开”或“ 关” 一般都采用8/16位D型锁存器和译码电路、总线驱动器构 成 (接口设计原则：输入必须使用三态门，输出必须使用锁存器) CPU输出开关信号一般都是按照8/16位为1组的方式，每 写一次就锁存器可以控制8/16路开关量输出
Vcc
A
Viso
C
K
E
其它隔离方法：隔离变压器(电磁耦合), 仅适合于交变信 号，对直流信号不适用
输出的隔离和驱动
开关信号输出的隔离仍可以采用光电偶合器 模拟信号输出的隔离需要采用线性光电偶合器 为了提高输出模拟信号的负载能力，输出端一般 都采用电压跟随器 开关信号输出的驱动常用以下三种形式
电磁继电器 (特点: 干簧触点, 有寿命和响应频率限制) 固态继电器 (特点: 兼容TTL电平输入, 采用光电隔离, 无机械触