第四章数字量输入输出通道
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第四章数字量输入输出通道
2、模拟信号进行隔离
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。
第四章数字量输入输出通道
光耦的这两种隔离方法各有优缺点。 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，
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。 1、对数字信号进行隔离 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。
第四章数字量输入输出通道
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。
第四章数字量输入输出通道
+5V
+5V
74LS273
+5V
+5V
74LS273
数
4.2.1 开关输入电路
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。
第四章数字量输入输出通道
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
第四章数字量输入输出通道
4.1.1 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，如图4-1
所示。它们的原理是相同的，即都是通过电 光
线性光耦合发大器
U4
CAP
8
R1
Po rt
3
Ui
2
U3 A
1 U1
SE5 53 2
4
Po rt PC8 2 7A
U1
I1
PC8 2 7B
R2
R4
VCC1
VCC2
I2 I3
U3 B
5
Uo
6
7
Po rt
SE5 53 2
R3
第四章数字量输入输出通道
设光耦PC827A、PC827B的传输特性分别 为：I2K1(I1) 、 I3K2(I1)
由于为同一光耦，特性相同，
所以 I 2 I3 ；
放大器U2A、U2B为射极跟随器，有
所以
Ui UAI2R2 UOUBI3R3
GUO I3R3 R3 Ui I2R2 R2
第四章数字量输入输出通道
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
（2）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。
为了适应计算机控制系统的需求，目 前已生产出各种集成的多路光耦隔离器，如 TLP系列就是常用的一种。
第四章数字量输入输出通道
4.1.2 光电耦合隔离电路
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，如图 4-3 所示。
第四章:数字量输入输出通道
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；
第四章数字量输入输出通道
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 ❖ 本章小结 ❖ 思考题
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
(b 数字量反相传递
链接动画
第四章数字量输入输出通道
线性光耦合发大器
设双光耦PC827非线性传输特性相同，放大器 A1、A2为理想放大器，试求出输入信号与输 出信号关系。
第四章数字量输入输出通道
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。
电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的
干扰而百度文库成隔离功能的。
图4-1 光电耦合隔离器的几种类型
第四章数字量输入输出通道
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 4-2 所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
图4-2 光电耦合隔离器的结构原理
链接动画
第四章数字量输入输出通道
会影响A/D或D/A转换的精度和线性度
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。但因光耦越来越价廉，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。
第四章数字量输入输出通道
注意事项： （1）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；
第四章数字量输入输出通道
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 。
第四章数字量输入输出通道
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。
第四章数字量输入输出通道
2、模拟信号进行隔离
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。
第四章数字量输入输出通道
光耦的这两种隔离方法各有优缺点。 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，
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。 1、对数字信号进行隔离 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。
第四章数字量输入输出通道
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。
第四章数字量输入输出通道
+5V
+5V
74LS273
+5V
+5V
74LS273
数
4.2.1 开关输入电路
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。
第四章数字量输入输出通道
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
第四章数字量输入输出通道
4.1.1 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，如图4-1
所示。它们的原理是相同的，即都是通过电 光
线性光耦合发大器
U4
CAP
8
R1
Po rt
3
Ui
2
U3 A
1 U1
SE5 53 2
4
Po rt PC8 2 7A
U1
I1
PC8 2 7B
R2
R4
VCC1
VCC2
I2 I3
U3 B
5
Uo
6
7
Po rt
SE5 53 2
R3
第四章数字量输入输出通道
设光耦PC827A、PC827B的传输特性分别 为：I2K1(I1) 、 I3K2(I1)
由于为同一光耦，特性相同，
所以 I 2 I3 ；
放大器U2A、U2B为射极跟随器，有
所以
Ui UAI2R2 UOUBI3R3
GUO I3R3 R3 Ui I2R2 R2
第四章数字量输入输出通道
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
（2）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。
为了适应计算机控制系统的需求，目 前已生产出各种集成的多路光耦隔离器，如 TLP系列就是常用的一种。
第四章数字量输入输出通道
4.1.2 光电耦合隔离电路
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，如图 4-3 所示。
第四章:数字量输入输出通道
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；
第四章数字量输入输出通道
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 ❖ 本章小结 ❖ 思考题
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
(b 数字量反相传递
链接动画
第四章数字量输入输出通道
线性光耦合发大器
设双光耦PC827非线性传输特性相同，放大器 A1、A2为理想放大器，试求出输入信号与输 出信号关系。
第四章数字量输入输出通道
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。
电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的
干扰而百度文库成隔离功能的。
图4-1 光电耦合隔离器的几种类型
第四章数字量输入输出通道
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 4-2 所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
图4-2 光电耦合隔离器的结构原理
链接动画
第四章数字量输入输出通道
会影响A/D或D/A转换的精度和线性度
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。但因光耦越来越价廉，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。
第四章数字量输入输出通道
注意事项： （1）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；
第四章数字量输入输出通道
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 。
第四章数字量输入输出通道
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。
第四章数字量输入输出通道