计算机控制技术第4章
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第四章:数字量输入输出通道
本章要点：:
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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1
本章主要内容
❖ 引言 ❖ 4.1 光电耦合隔离技术 ❖ 4.2 数字量输入通道 ❖ 4.3 数字量输出通道 ❖ 4.4 DI/DO模板 ❖ 思考题
在开关输入电路中，主要考虑：
（1）电平转换－用电阻分压法把电流信号转换为电压信号。 （2）RC滤波－用 RC 滤波器滤出高频干扰。 （3）过电压保护－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－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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14
4.3.1 三极管驱动电路
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。
分类：
1 .普通三极管驱动电路 2. 达林顿驱动电路
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15
1 .普通三极管驱动电路
+5V 330
3 .3 K Di
7406
LED 三极管
图 4-6 小 功 率 三 极 管 输 出 电 路
可编辑ppt
10
图 开关量输入信号调理电路
链接动画1
链接动画2
可编辑ppt
11
4.2.2 脉冲计数电路
+ 12V VC C
系统时钟
CLK0 OUT0
TS
R
R
TW
G AT E 1
Dz
CLK1
C
OUT1
光耦
+5V
CLK2 OUT2 G AT E 0 G AT E 2
图 图 4脉-5冲脉计冲 数计 数电输路入 电 路
可编辑ppt
8253/8254
CR CE OL 计数通道1
PC总 线
链接动画
12
4.3 数字量输出通道
主要知识点
❖
引言
❖ 4.3.1 三极管驱动电路
❖ 4.3.2 继电器驱动电路
❖ 4.3.3 晶闸管驱动电路
❖ 4.3.4 固态继电器驱动电路
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13
引言
数字量输出通道简称 DO 通道。 任务－ 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。 常用电路－三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶 闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。 选择－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。
19
4.3.2 继电器驱动电路
衔铁
控制电流 D L
K 外部设备
线圈 铁芯
触点
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20
继电器的驱动电路
Vp
Vc
KA
220V
光耦 Di
7406
链接动画1
图 4-9 继电器输出驱动电路 图 继电器输出驱动电路
链接动画2
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21
4.3.3 晶闸管驱动电路
分类－单向晶闸管、双向晶闸管 结构－阳极A、阴极K、控制极（门极）G三个极
A
T2
G K
单向晶闸管
G
Leabharlann Baidu
T1
双向晶闸管
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22
+5V 180Ω
Di 7406
MOC 3041
400Ω
KS T2 G T1
RL
47Ω
～
220V
0.01μF
图 4-11 双向晶闸管输出驱动电路
图 双向晶闸管输出驱动电路
链接动画
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23
4.3.4 固态继电器驱动电路
固态继电器SSR（Solid State Relay ）－－是一种新型的无 触点开 关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制 回路与负载回路之间的 电隔离和信号耦合，而且没有 任何可动部件或触点，却能实现电磁继 电器的功能。 优点－－体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回 跳、寿命长。
R1 R2
D1
（b）复合管内部结构
图 达林顿图阵4-7列MC驱141动6达器林可顿M编阵C辑列14p驱1p动t6器
COM C D3 E
18
MC1416一路驱动电路
+24V
负荷线圈
Di
1B
7406
1C 达林顿复合管
GND
链接动画
图 达林顿阵列驱动电路
图 4 - 8 达 林 顿 阵 列 驱 动 电 路 可编辑ppt
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2
引言
在微机控制系统中，除了要处理模拟
量信号以外，还要处理数字信号，包括开 关信号、脉冲信号。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。
可编辑ppt
分类：数字量同相传递与数字量反相传递两种。 同相传递－－光耦的输入输出同相，即输入为低（高）输出为低（高）； 反相传递－－光耦的输入输出反相，即输入为高（低）输出为低（高）；
链接动画
图 光电耦合隔离电路
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7
4.2 数字量输入通道
主要知识点
❖
引言
❖ 4.2.1 开关输入电路
❖ 4.2.2 脉冲计数电路
用于计算机控制系统中的多路负荷。
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17
2.达林顿驱动电路(续)
1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C COM 16 15 14 13 12 11 10 9
B 10.5kΩ R0
D2
T1 T2
7.2kΩ 3kΩ
12345 678 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B GND
(a)MC14716结构图
3
4.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 4.1.1 光电耦合隔离器 ❖ 4.1.2 光电耦合隔离电路
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4
4.1.1 光电耦合隔离器
图 光电耦合隔离器的几种类型
链接动画
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5
举例
现以三极管型光电耦合隔离器为例来说明它的结构 原理
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
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6
4.1.2 光电耦合隔离电路
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8
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。
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9
4.2.1 开关输入电路
图 小功率三极管输出电路
链接动画
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16
2.达林顿驱动电路
应 用 场 合 － 当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，
输出电路必须采取多级放大或提高三 极管增益的办法。
构成－－多对两个三极管组成的达林顿复合管构成
特点－－具有高输入阻抗、高增益、输出功率大及 保护措施完善的特点，同时多对复合管 适
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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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本章主要内容
❖ 引言 ❖ 4.1 光电耦合隔离技术 ❖ 4.2 数字量输入通道 ❖ 4.3 数字量输出通道 ❖ 4.4 DI/DO模板 ❖ 思考题
在开关输入电路中，主要考虑：
（1）电平转换－用电阻分压法把电流信号转换为电压信号。 （2）RC滤波－用 RC 滤波器滤出高频干扰。 （3）过电压保护－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－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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4.3.1 三极管驱动电路
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。
分类：
1 .普通三极管驱动电路 2. 达林顿驱动电路
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1 .普通三极管驱动电路
+5V 330
3 .3 K Di
7406
LED 三极管
图 4-6 小 功 率 三 极 管 输 出 电 路
可编辑ppt
10
图 开关量输入信号调理电路
链接动画1
链接动画2
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11
4.2.2 脉冲计数电路
+ 12V VC C
系统时钟
CLK0 OUT0
TS
R
R
TW
G AT E 1
Dz
CLK1
C
OUT1
光耦
+5V
CLK2 OUT2 G AT E 0 G AT E 2
图 图 4脉-5冲脉计冲 数计 数电输路入 电 路
可编辑ppt
8253/8254
CR CE OL 计数通道1
PC总 线
链接动画
12
4.3 数字量输出通道
主要知识点
❖
引言
❖ 4.3.1 三极管驱动电路
❖ 4.3.2 继电器驱动电路
❖ 4.3.3 晶闸管驱动电路
❖ 4.3.4 固态继电器驱动电路
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引言
数字量输出通道简称 DO 通道。 任务－ 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。 常用电路－三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶 闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。 选择－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。
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4.3.2 继电器驱动电路
衔铁
控制电流 D L
K 外部设备
线圈 铁芯
触点
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20
继电器的驱动电路
Vp
Vc
KA
220V
光耦 Di
7406
链接动画1
图 4-9 继电器输出驱动电路 图 继电器输出驱动电路
链接动画2
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21
4.3.3 晶闸管驱动电路
分类－单向晶闸管、双向晶闸管 结构－阳极A、阴极K、控制极（门极）G三个极
A
T2
G K
单向晶闸管
G
Leabharlann Baidu
T1
双向晶闸管
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22
+5V 180Ω
Di 7406
MOC 3041
400Ω
KS T2 G T1
RL
47Ω
～
220V
0.01μF
图 4-11 双向晶闸管输出驱动电路
图 双向晶闸管输出驱动电路
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4.3.4 固态继电器驱动电路
固态继电器SSR（Solid State Relay ）－－是一种新型的无 触点开 关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制 回路与负载回路之间的 电隔离和信号耦合，而且没有 任何可动部件或触点，却能实现电磁继 电器的功能。 优点－－体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回 跳、寿命长。
R1 R2
D1
（b）复合管内部结构
图 达林顿图阵4-7列MC驱141动6达器林可顿M编阵C辑列14p驱1p动t6器
COM C D3 E
18
MC1416一路驱动电路
+24V
负荷线圈
Di
1B
7406
1C 达林顿复合管
GND
链接动画
图 达林顿阵列驱动电路
图 4 - 8 达 林 顿 阵 列 驱 动 电 路 可编辑ppt
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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，还要处理数字信号，包括开 关信号、脉冲信号。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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分类：数字量同相传递与数字量反相传递两种。 同相传递－－光耦的输入输出同相，即输入为低（高）输出为低（高）； 反相传递－－光耦的输入输出反相，即输入为高（低）输出为低（高）；
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图 光电耦合隔离电路
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4.2 数字量输入通道
主要知识点
❖
引言
❖ 4.2.1 开关输入电路
❖ 4.2.2 脉冲计数电路
用于计算机控制系统中的多路负荷。
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2.达林顿驱动电路(续)
1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C COM 16 15 14 13 12 11 10 9
B 10.5kΩ R0
D2
T1 T2
7.2kΩ 3kΩ
12345 678 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B GND
(a)MC14716结构图
3
4.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 4.1.1 光电耦合隔离器 ❖ 4.1.2 光电耦合隔离电路
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4
4.1.1 光电耦合隔离器
图 光电耦合隔离器的几种类型
链接动画
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举例
现以三极管型光电耦合隔离器为例来说明它的结构 原理
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
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4.1.2 光电耦合隔离电路
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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。
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9
4.2.1 开关输入电路
图 小功率三极管输出电路
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2.达林顿驱动电路
应 用 场 合 － 当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，
输出电路必须采取多级放大或提高三 极管增益的办法。
构成－－多对两个三极管组成的达林顿复合管构成
特点－－具有高输入阻抗、高增益、输出功率大及 保护措施完善的特点，同时多对复合管 适