单片机抗干扰技术开关量输入输出通道隔离
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IF=10mA。
在使用中，可以根据应用情况适当调整。 一般使用，在5～15mA之间选择，最多情况选择10mA。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
16
通道隔离
使用光电隔离器件的注意事项
要注意不要超过期间的极限参数。 以三极管输出隔离器件为例。 通过查询它的技术说明书，可以获得使用参数，主要 参数包括发光二极管侧的输入电流，反向电压等； 输出侧：C-E结电压、集电极最大电流 隔离电压 电流传输比等 例如以TLP521-1为例。 尽量在推荐条件下使用
9
通道隔离
（2）安全保护措施
在设计一个计算机控制系统时，必须针对可能出 现的输入过电压、瞬间尖峰或极性接反的情况，预先 采取安全保护措施。
信号转换电路，虽然也考虑逻辑电平问题，但在 工业应用中，还可能出现意外的过电压（电流），瞬 间干扰等。
就是非工业控制应用也可能出现瞬间尖峰过电压 （过电流），例如雷电引起的等。
因此还需要有安全保护电路。
常用的保护电路为：
单片机抗干扰技术开关量输入输出
10
通道隔离
输入保护电路
单片机抗干扰技术开关量输入输出
11
通道隔离
电平转换与保护电路组合使用的一个例子：
这时，我们可以把分压电阻去掉，用稳压二极管
单片机抗干扰技术开关量输入输出
12
通道隔离
（3）隔离处理
从工业现场获取的开关量或数字量的信号电平往 往高于计算机系统的逻辑电平；
对于电压输入，V1>某一值，为逻辑1 对于电流输入， I > 某一值，为逻辑1
单片机抗干扰技术开关量输入输出
6
通道隔离
V2 V1
电压输入电路
如果是电压输入，R1和R2电阻分压，使得V2符合TTL逻辑规范
V2 R2 V1 R1 R2
如果是电流输入，I在电阻R2上的压降符合TTL逻辑规范
V2IR2
单片机抗干扰技术开关量输入输出
注意：现场侧和CPU侧两边没有电的联系（独立的电源
和地线）
单片机抗干扰技术开关量输入输出
14
通道隔离
（4）光电耦合器件原理与使用
光电耦合器件是一种常用且非常有效的电隔离手 段，由于它价格低廉、可靠性好，被广泛地用于现场 设备与计算机系统之间的隔离保护。
根据输出级的不同，用于开关量隔离的光电隔离器 件可分为三极管型、可控硅型等几种，但其工作原理 都是采用光作为传输信号的媒介，实现电气隔离。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
17
通道隔离
极限条件
单片机抗干扰技术开关量输入输出
18
通道隔离
推荐的使用条件
二极管侧
Baidu Nhomakorabea
参数
输入电流 反向电压 工作温度
输出侧
符号 最小值 min
IF
—
VR
TOPR
-25
参数
集电极电流 输出侧电压
符号
Ic VCEO
最小值 min —
典型值 Typ 16 5 —
典型值 Typ 1 55
7
通道隔离
电流输入电路
如果是电流输入，I在电阻R2上的压降符合TTL逻辑规范
V2IR2
单片机抗干扰技术开关量输入输出
8
通道隔离
对于开关输入，S断开，V2=5V，为逻辑“1” S闭合，V2=0V，为逻辑“0”
V2
开关触点输入电路
R地阻值可在4.7KΩ～100KΩ之间选取
单片机抗干扰技术开关量输入输出
使用光电隔离器件的注意事项 以三极管输出光电耦合器件为例。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
15
通道隔离
图2.8 三极管输出型光电隔离器件原理
当输入侧流过一定的电流IF 时，发光二极管开始
发光，它触发光敏三极管使其导通；当撤去该电流时， 发光二极管熄灭、三极管截止。这样，就实现了以光 路来传递信号，保证了两侧电路没有电气联系，从而 达到了隔离的目的。
即使输入开关量电压本身不高，也有可能从现场 引入意外的高压信号；
因此必须采取电隔离措施，以保障计算机系统的 安全。
常用的隔离措施是采用光电耦合器件实现的。
下图给出了两种开关量光电耦合输入电路，它们
除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
13
通道隔离
CPU侧
现场侧
图2.7 开关量光电耦合输入电路 工业控制的现场开关，一般使用24VDC电源。
最大值 单位 Max 50 mA
V 85 ℃
最大值 Max 10
单位
mA V
单片机抗干扰技术开关量输入输出
19
通道隔离
使用注意事项主要有：
• 输入侧导通电流 • 频率特性 • 输出端工作电流 • 输出端暗电流 • 隔离电压 • 电源隔离
单片机抗干扰技术开关量输入输出
20
通道隔离
（1）输入侧导通电流
单片机抗干扰技术开关量输入输出
1
通道隔离
2. 开关量信号输入通道
针对不同性质的开关量输入信号，可以采取不同 的方法输入计算机进行处理。 • 一般的系统设定信息和状态信息可以采用并行接口 输入； • 极限报警信号采用中断方式处理； • 数字脉冲信号可以使用系统的定时/计数器来测量 其脉冲宽度、周期或脉冲个数。
信号转换处理 安全保护措施 消除机械抖动影响 隔离处理 光电耦合器件原理与使用
单片机抗干扰技术开关量输入输出
5
通道隔离
（1）信号转换处理
从工业现场获取的开关量或数字量，在逻辑上 表现为逻辑“1”或逻辑“0”，信号形式则可能是 电压、电流信号或开关的通断，其幅值范围也往往 不符合数字电路的电平范围要求，因此必须进行转 换处理。
1. 开关量输入信号的类型
开关量输入信号有以下基本类型
（1）一位的状态信号。如阀门的闭合与开启、电机 的启动与停止、触点的接通与断开。
（2）成组的开关信号。如用于设定系统参数的拨码 开关组等。
（3） 数字脉冲信号。许多数字式传感器(如转速、 位移、流量的数字传感器)将被测物理量值转换为数 字脉冲信号，这些信号也可归结为开关量。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
2
通道隔离
出于安全或抗干扰等方面的考虑，现场的开关量 输入至计算机接口前，一般需要进行预处理，然后再 送至接口。
几种常用的预处理方法
单片机抗干扰技术开关量输入输出
3
通道隔离
图2.1 开关量输入通道的典型结构
单片机抗干扰技术开关量输入输出
4
通道隔离
开关量输入的常用预处理方法
为了可靠传送信息，一般在10mA左右比较合适。 当然，不同的器件可能会有差异，例如TLP521系列推 荐在16mA左右。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
21
通道隔离
① 输入侧导通电流
要使光电隔离器件的导通，必须在其输入侧提供 足够大的导通电流，以使发光二极管发光。不同的光 电隔离器件的导通电流也不同，典型的导通电流
在使用中，可以根据应用情况适当调整。 一般使用，在5～15mA之间选择，最多情况选择10mA。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
16
通道隔离
使用光电隔离器件的注意事项
要注意不要超过期间的极限参数。 以三极管输出隔离器件为例。 通过查询它的技术说明书，可以获得使用参数，主要 参数包括发光二极管侧的输入电流，反向电压等； 输出侧：C-E结电压、集电极最大电流 隔离电压 电流传输比等 例如以TLP521-1为例。 尽量在推荐条件下使用
9
通道隔离
（2）安全保护措施
在设计一个计算机控制系统时，必须针对可能出 现的输入过电压、瞬间尖峰或极性接反的情况，预先 采取安全保护措施。
信号转换电路，虽然也考虑逻辑电平问题，但在 工业应用中，还可能出现意外的过电压（电流），瞬 间干扰等。
就是非工业控制应用也可能出现瞬间尖峰过电压 （过电流），例如雷电引起的等。
因此还需要有安全保护电路。
常用的保护电路为：
单片机抗干扰技术开关量输入输出
10
通道隔离
输入保护电路
单片机抗干扰技术开关量输入输出
11
通道隔离
电平转换与保护电路组合使用的一个例子：
这时，我们可以把分压电阻去掉，用稳压二极管
单片机抗干扰技术开关量输入输出
12
通道隔离
（3）隔离处理
从工业现场获取的开关量或数字量的信号电平往 往高于计算机系统的逻辑电平；
对于电压输入，V1>某一值，为逻辑1 对于电流输入， I > 某一值，为逻辑1
单片机抗干扰技术开关量输入输出
6
通道隔离
V2 V1
电压输入电路
如果是电压输入，R1和R2电阻分压，使得V2符合TTL逻辑规范
V2 R2 V1 R1 R2
如果是电流输入，I在电阻R2上的压降符合TTL逻辑规范
V2IR2
单片机抗干扰技术开关量输入输出
注意：现场侧和CPU侧两边没有电的联系（独立的电源
和地线）
单片机抗干扰技术开关量输入输出
14
通道隔离
（4）光电耦合器件原理与使用
光电耦合器件是一种常用且非常有效的电隔离手 段，由于它价格低廉、可靠性好，被广泛地用于现场 设备与计算机系统之间的隔离保护。
根据输出级的不同，用于开关量隔离的光电隔离器 件可分为三极管型、可控硅型等几种，但其工作原理 都是采用光作为传输信号的媒介，实现电气隔离。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
17
通道隔离
极限条件
单片机抗干扰技术开关量输入输出
18
通道隔离
推荐的使用条件
二极管侧
Baidu Nhomakorabea
参数
输入电流 反向电压 工作温度
输出侧
符号 最小值 min
IF
—
VR
TOPR
-25
参数
集电极电流 输出侧电压
符号
Ic VCEO
最小值 min —
典型值 Typ 16 5 —
典型值 Typ 1 55
7
通道隔离
电流输入电路
如果是电流输入，I在电阻R2上的压降符合TTL逻辑规范
V2IR2
单片机抗干扰技术开关量输入输出
8
通道隔离
对于开关输入，S断开，V2=5V，为逻辑“1” S闭合，V2=0V，为逻辑“0”
V2
开关触点输入电路
R地阻值可在4.7KΩ～100KΩ之间选取
单片机抗干扰技术开关量输入输出
使用光电隔离器件的注意事项 以三极管输出光电耦合器件为例。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
15
通道隔离
图2.8 三极管输出型光电隔离器件原理
当输入侧流过一定的电流IF 时，发光二极管开始
发光，它触发光敏三极管使其导通；当撤去该电流时， 发光二极管熄灭、三极管截止。这样，就实现了以光 路来传递信号，保证了两侧电路没有电气联系，从而 达到了隔离的目的。
即使输入开关量电压本身不高，也有可能从现场 引入意外的高压信号；
因此必须采取电隔离措施，以保障计算机系统的 安全。
常用的隔离措施是采用光电耦合器件实现的。
下图给出了两种开关量光电耦合输入电路，它们
除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
13
通道隔离
CPU侧
现场侧
图2.7 开关量光电耦合输入电路 工业控制的现场开关，一般使用24VDC电源。
最大值 单位 Max 50 mA
V 85 ℃
最大值 Max 10
单位
mA V
单片机抗干扰技术开关量输入输出
19
通道隔离
使用注意事项主要有：
• 输入侧导通电流 • 频率特性 • 输出端工作电流 • 输出端暗电流 • 隔离电压 • 电源隔离
单片机抗干扰技术开关量输入输出
20
通道隔离
（1）输入侧导通电流
单片机抗干扰技术开关量输入输出
1
通道隔离
2. 开关量信号输入通道
针对不同性质的开关量输入信号，可以采取不同 的方法输入计算机进行处理。 • 一般的系统设定信息和状态信息可以采用并行接口 输入； • 极限报警信号采用中断方式处理； • 数字脉冲信号可以使用系统的定时/计数器来测量 其脉冲宽度、周期或脉冲个数。
信号转换处理 安全保护措施 消除机械抖动影响 隔离处理 光电耦合器件原理与使用
单片机抗干扰技术开关量输入输出
5
通道隔离
（1）信号转换处理
从工业现场获取的开关量或数字量，在逻辑上 表现为逻辑“1”或逻辑“0”，信号形式则可能是 电压、电流信号或开关的通断，其幅值范围也往往 不符合数字电路的电平范围要求，因此必须进行转 换处理。
1. 开关量输入信号的类型
开关量输入信号有以下基本类型
（1）一位的状态信号。如阀门的闭合与开启、电机 的启动与停止、触点的接通与断开。
（2）成组的开关信号。如用于设定系统参数的拨码 开关组等。
（3） 数字脉冲信号。许多数字式传感器(如转速、 位移、流量的数字传感器)将被测物理量值转换为数 字脉冲信号，这些信号也可归结为开关量。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
2
通道隔离
出于安全或抗干扰等方面的考虑，现场的开关量 输入至计算机接口前，一般需要进行预处理，然后再 送至接口。
几种常用的预处理方法
单片机抗干扰技术开关量输入输出
3
通道隔离
图2.1 开关量输入通道的典型结构
单片机抗干扰技术开关量输入输出
4
通道隔离
开关量输入的常用预处理方法
为了可靠传送信息，一般在10mA左右比较合适。 当然，不同的器件可能会有差异，例如TLP521系列推 荐在16mA左右。
单片机抗干扰技术开关量输入输出
21
通道隔离
① 输入侧导通电流
要使光电隔离器件的导通，必须在其输入侧提供 足够大的导通电流，以使发光二极管发光。不同的光 电隔离器件的导通电流也不同，典型的导通电流