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1、数字数字(shz)输入输出通道整理输入输出通道整理第一页，共53页。本章本章(bn zhn)主要内容主要内容v 引言v 1 光电耦合隔离技术v 2 数字量输入(shr)通道 v 3 数字量输出通道 v 4 DI/DO模板v 本章小结 v 思考题 第1页/共52页第二页，共53页。在微机控制系统中，除了要处理模拟量信在微机控制系统中，除了要处理模拟量信在微机控制系统中，除了要处理模拟量信在微机控制系统中，除了要处理模拟量信号号号号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)以外，还要处理另一类数字信号以外，还要处理另一类数字信号以外，还要处理另一类数字信号以外，还要处理另一类数字信号(xnh
2、o)(xnho)(xnho)(xnho)，包括开关信号，包括开关信号，包括开关信号，包括开关信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)、脉冲信号、脉冲信号、脉冲信号、脉冲信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)。它们是以二进制的逻辑。它们是以二进制的逻辑。它们是以二进制的逻辑。它们是以二进制的逻辑“1”“1”“1”“1”和和和和“0”“0”“0”“0”或电平的高和低出现的。如开关触点的闭或电平的高和低出现的。如开关触点的闭或电平的高和低出现的。如开关触点的闭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，继电器或接触器合和断开，指示灯的亮和灭，继电器或接触器
3、合和断开，指示灯的亮和灭，继电器或接触器合和断开，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，晶闸管的的吸合和释放，马达的启动和停止，晶闸管的的吸合和释放，马达的启动和停止，晶闸管的的吸合和释放，马达的启动和停止，晶闸管的通和断，阀门的打开和关闭，仪器仪表的通和断，阀门的打开和关闭，仪器仪表的通和断，阀门的打开和关闭，仪器仪表的通和断，阀门的打开和关闭，仪器仪表的 BCD BCD BCD BCD 码，以及脉冲信号码，以及脉冲信号码，以及脉冲信号码，以及脉冲信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)的计数和定时等等的计数和定时等等的计数和定时等等的计数和定时等等 。第
4、2页/共52页第三页，共53页。1 1 光电耦合隔离光电耦合隔离(gl)(gl)技术技术 主要主要(zhyo)知识点知识点v （1）光电耦合隔离光电耦合隔离(gl)器器 v （2）光电耦合隔离光电耦合隔离(gl)电路电路 第3页/共52页第四页，共53页。1 1 光电耦合隔离器光电耦合隔离器光电耦合隔离器光电耦合隔离器光电耦合隔离器按其输出级不光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、单向晶闸同可分为三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，管型、双向晶闸管型等几种，如图如图1所示。它们的原理是相同所示。它们的原理是相同的，即都是通过电的，即都是通过电光光电这电这种信号转换，利用光信号的传
5、种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成送不受电磁场的干扰而完成(wn chng)隔离功能的。隔离功能的。第4页/共52页第五页，共53页。现以最简单现以最简单(jindn)(jindn)的三的三极管型光电耦合隔离器为例来极管型光电耦合隔离器为例来说明它的结构原理，如图说明它的结构原理，如图 2 2 所所示。示。第5页/共52页第六页，共53页。光电耦合隔离器的输入输出类似普通三极管的光电耦合隔离器的输入输出类似普通三极管的光电耦合隔离器的输入输出类似普通三极管的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、饱和区与线输入输出特性，即存在着截止区、饱和区与线输
6、入输出特性，即存在着截止区、饱和区与线输入输出特性，即存在着截止区、饱和区与线性区三部分。利用光耦隔离器的开关性区三部分。利用光耦隔离器的开关性区三部分。利用光耦隔离器的开关性区三部分。利用光耦隔离器的开关(kigun)(kigun)(kigun)(kigun)特性（即光敏三极管工作在截止区、特性（即光敏三极管工作在截止区、特性（即光敏三极管工作在截止区、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，饱和区），可传送数字信号而隔离电磁干扰，饱和区），可传送数字信号而隔离电磁干扰，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。例如在数字量输入简称对数字
7、信号进行隔离。例如在数字量输入简称对数字信号进行隔离。例如在数字量输入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输出通道中，以及在模拟量输入输出通道中的输出通道中，以及在模拟量输入输出通道中的输出通道中，以及在模拟量输入输出通道中的A/DA/DA/DA/D转换器与转换器与转换器与转换器与CPUCPUCPUCPU或或或或CPUCPUCPUCPU与与与与D/AD/AD/AD/A转换器之间的数字转换器之间的数字转换器之间的数字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信号的耦合传送，都可用光耦的这种开关信号的耦合传送，都可用光耦的这种开关信号的耦合传送
8、，都可用光耦的这种开关(kigun)(kigun)(kigun)(kigun)特性对数字信号进行隔离。特性对数字信号进行隔离。特性对数字信号进行隔离。特性对数字信号进行隔离。第6页/共52页第七页，共53页。要注意的是，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(fnku)和干扰.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7页/共52页第八页，共53页。下面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为例说明下
9、面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为例说明下面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为例说明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，如图传递与数字量反相传递两种，如图传递与数字量反相传递两种，如图传递与数字量反相传递两种，如图 3 3 所示。所示。所示。所示。数字量同相传递如图数字量同相传递如图数字量同相传递如图数字量同相传递如图3 3（a a）所示，光
10、耦的输入）所示，光耦的输入）所示，光耦的输入）所示，光耦的输入(shr)(shr)正正正正端接正电源，输入端接正电源，输入端接正电源，输入端接正电源，输入(shr)(shr)负端接到与数据总线相连的数据缓负端接到与数据总线相连的数据缓负端接到与数据总线相连的数据缓负端接到与数据总线相连的数据缓冲器上，光耦的集电极冲器上，光耦的集电极冲器上，光耦的集电极冲器上，光耦的集电极 c c 端通过电阻接另一个正电源，发端通过电阻接另一个正电源，发端通过电阻接另一个正电源，发端通过电阻接另一个正电源，发射极射极射极射极 e e 端直接接地，光耦输出端即从集电极端直接接地，光耦输出端即从集电极端直接接地，光
11、耦输出端即从集电极端直接接地，光耦输出端即从集电极c c 端引出。当数端引出。当数端引出。当数端引出。当数据线为低电平据线为低电平据线为低电平据线为低电平“0”“0”时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，输出输出输出输出 c c 端接地而获得低电平端接地而获得低电平端接地而获得低电平端接地而获得低电平“0”“0”；当数据线为高电平；当数据线为高电平；当数据线为高电平；当数据线为高电平“1”“1”时，时，时，时，发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出发光管截止不发光，则光敏管也截止使
12、输出发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出 c c 端从电源处获端从电源处获端从电源处获端从电源处获得高电平得高电平得高电平得高电平“1”“1”。如此，完成了数字信号的同相传递。如此，完成了数字信号的同相传递。如此，完成了数字信号的同相传递。如此，完成了数字信号的同相传递。2 2 光电耦合隔离光电耦合隔离(gl)(gl)电路电路 第8页/共52页第九页，共53页。第9页/共52页第十页，共53页。数字量反相传递数字量反相传递(chund)(chund)如图如图3 3（b b）所示，）所示，与（与（a a）不同的是光耦的集电极）不同的是光耦的集电极 c c
13、端直接接另一端直接接另一个正电源，而发射极个正电源，而发射极 e e 端通过电阻接地，则光耦端通过电阻接地，则光耦输出端从发射极输出端从发射极 e e 端引出。从而完成了数字信号端引出。从而完成了数字信号的反相传递的反相传递(chund)(chund)。第10页/共52页第十一页，共53页。3 3 数字量输入数字量输入(shr)(shr)通道通道主要(zhyo)知识点v（1）开关输入开关输入(shr)电路电路 v（2）脉冲计数电路脉冲计数电路 第11页/共52页第十二页，共53页。l 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(zhyo)
14、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。（1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换为电压信号。（2）RC滤波是用RC滤波器滤出高频干扰。（3）过电压保护是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）反电压保护是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。（1 1）开关输入开关输入(shr)(shr)电路电路 第12页/共52页第十三页，共53页。l l 典型的开关量输入信号调理电路如图典型的开关量输入信号调理电路如图 4 4 所示。点划线右边所示。点划线右边是由
15、开关是由开关 S S与电源组成的外部电路，（与电源组成的外部电路，（a a）是直流输入电路，）是直流输入电路，（b b）是交流输入电路。交流输入电路比直流输入电路多一个降）是交流输入电路。交流输入电路比直流输入电路多一个降压电容和整流桥块，可把高压交流压电容和整流桥块，可把高压交流(如如380VAC)380VAC)变换为低压直流变换为低压直流(如如5VDC)5VDC)。开关。开关 S S 的状态经的状态经 RCRC 滤波、稳压管滤波、稳压管 D1D1 箝位保护、箝位保护、电阻电阻 R2R2 限流、二极管限流、二极管 D2D2 防止反极性电压输入以及光耦隔离等防止反极性电压输入以及光耦隔离等措施
16、处理后送至输入缓冲器，主机通过执行措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行(zhxng)(zhxng)输入指令便输入指令便可读取开关可读取开关 S S 的状态。比如的状态。比如,当开关当开关 S S 闭合时，输入回路有电流闭合时，输入回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线上为低电平，流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线上为低电平，即输入信号为即输入信号为“0”“0”对应外电路开关对应外电路开关 S S 的闭合；反之，开关的闭合；反之，开关 S S 断开，断开，光耦中的发光管无电流流过，光敏管截止，数据线上为高电平，光耦中的发光管无电流流过，光敏管截止，数据线上为高电平，即
17、输入信号为即输入信号为“1”“1”对应外电路开关对应外电路开关 S S 的断开。的断开。第13页/共52页第十四页，共53页。第14页/共52页第十五页，共53页。（2）脉冲计数脉冲计数(j sh)电路电路 有些用于检测流量、转速的传感器发出的是脉有些用于检测流量、转速的传感器发出的是脉冲频率信号，对于大量程可以设计冲频率信号，对于大量程可以设计(shj)一种定时一种定时计数输入接口电路，即在一定的采样时间内统计输计数输入接口电路，即在一定的采样时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感器的比例系数可换算入的脉冲个数，然后根据传感器的比例系数可换算出所检测的物理量。出所检测的物理量。第15页/共5
18、2页第十六页，共53页。第16页/共52页第十七页，共53页。图5为一种定时计数输入接口电路，传感器发出的脉冲频率信号，经过简单的信号调理，引到8254芯片的计数通道1的CLK1口。8254是具有3个16位计数器通道的可编程计数器/定时器。图中，计数通道0工作于模式3，CLK0用于接收系统时钟脉冲，OUT0输出一个周期为系统时钟脉冲N倍（N为通道0的计数初值）的连续方波脉冲，其高、低电平时段是计数通道1的采样时间和采样间隔时间，分别记为TS、TW；计数通道1和2均选为工作模式2，且OUT1串接到CLK2，使两者构成一个计数长度为232的脉冲计数器，以对TS内的输入脉冲计数。如果获得TS时间内的
19、输入脉冲个数为n，则单位时间内的脉冲个数即脉冲频率为n/TS，从而可换算出介质的流量或电机的转速值。比如，发出脉冲频率信号的是涡轮流量计或磁电式速度(sd)传感器，它们的脉冲当量(即一个脉冲相当的流量或转数)为K，则介质的流量或电机的转数就为n/TSK。第17页/共52页第十八页，共53页。4 数字(shz)量输出通道主要(zhyo)知识点v 引言引言v （1 1）三极管驱动电路三极管驱动电路(dinl)(dinl)v （2 2）继电器驱动电路继电器驱动电路(dinl)(dinl)v （3 3）晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路(dinl)(dinl)v （4 4）固态继电器驱动电路固态继电器驱动电
20、路(dinl)(dinl)第18页/共52页第十九页，共53页。引言(ynyn)数字量输出通道简称数字量输出通道简称数字量输出通道简称数字量输出通道简称 DO DO 通道，它的任务是把计算机通道，它的任务是把计算机通道，它的任务是把计算机通道，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输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数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、字驱动信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、字驱动信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、继电
21、器、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、阀门接触器、电机、阀门接触器、电机、阀门接触器、电机、阀门(f mn)(f mn)等，可以选用不同的功率等，可以选用不同的功率等，可以选用不同的功率等，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。常用的有三放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。常用的有三放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。常用的有三放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出极管输出驱动电路、继电器输
22、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。驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。第19页/共52页第二十页，共53页。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(shch)电流就是输入电流与三极管增益的乘积。（1 1）三极管驱动三极管驱动(q dn)(q dn)电路电路第20页/共52页第二十一页，共53页。1.1.普通普通(ptng)(ptng)三极管驱动电路三极管驱动电路 当驱动当驱动(q dn)(q dn)电流只有十几电流只有十几 mA mA或几十或几十 mA mA时，只要采用
23、时，只要采用一个普通的功率三极管就能构成驱动一个普通的功率三极管就能构成驱动(q dn)(q dn)电路，如图电路，如图 6 6所所示。示。第21页/共52页第二十二页，共53页。2.2.达林顿驱动达林顿驱动达林顿驱动达林顿驱动(q dn(q dn)电路电路电路电路 当当驱驱动动电电流流需需要要达达到到几几百百毫毫安安时时，如如驱驱动动中中功功率率继继电电器器、电电磁磁开开关关等等装装置置，输输出出电电路路必必须须采采取取多多级级放放大大或或提提高高三三极极管管增增益益的的办办法法。达达林林顿顿阵阵列列驱驱动动器器是是由由多多对对两两个个三三极极管管组组成成(z(z chn)chn)的的达达林
24、林顿顿复复合合管管构构成成，它它具具有有高高输输入入阻阻抗抗、高高增增益益、输输出出功功率率大大及及保保护护措措施施完完善善的的特特点点，同同时时多多对对复复合合管管也也非非常常适适用于计算机控制系统中的多路负荷。用于计算机控制系统中的多路负荷。第22页/共52页第二十三页，共53页。图7给出达林顿阵列驱动器MC1416的结构图与每对复合管的内部结构，MC1416内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达500mA，截止(jizh)时能承受100V电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管D2抑制高电位上发生的正向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负向过冲。第23页/共52页第二十四
25、页，共53页。第24页/共52页第二十五页，共53页。图 8为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“0”即低电平时，经7406反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负载线圈，而且利用复合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时产生的反向(fn xin)电动势的泄流回路。第25页/共52页第二十六页，共53页。第26页/共52页第二十七页，共53页。3.3.继电器驱动继电器驱动继电器驱动继电器驱动(q dn(q dn)电路电路电路电路 电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点点(ch din)等部件组成，简
26、称为继电器，它等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。流或直流的高电压、大电流设备。第27页/共52页第二十八页，共53页。第28页/共52页第二十九页，共53页。继电器驱动继电器驱动(q dn(q dn)电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合电流才能使继电电压和电流而定，
27、控制电流一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。器可靠地工作。第29页/共52页第三十页，共53页。常常用用的的继继电电器器有有电电压压继继电电器器、电电流流继继电电器器、中中间间继继电电器器等等几几种种类类型型(lixng)(lixng)。由由于于继继电电器器线线圈圈需需要要一一定定的的电电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。继电器的驱动电路继电器的驱动电路继电器的驱动电路继电器的驱动电路 驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路的的的的设设设设计计计计要要要要根根根根据据据据所所所所用用用用继继继继电电电电器器器器线线线线圈圈圈圈的的的的吸吸吸吸合
28、合合合电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流而而而而定定定定，一一一一定定定定(ydng)(ydng)要要要要大大大大于于于于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。第30页/共52页第三十一页，共53页。图9为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线圈KA得电，动合触点(ch din)闭合，从而驱动大型负荷设备。由于继电器线圈是电感性负载，当电
29、路突然关断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电流泄放回路。第31页/共52页第三十二页，共53页。第32页/共52页第三十三页，共53页。4 晶闸管驱动晶闸管驱动(q dn)电路电路 晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件，具有用小功率控制大功率、开关无触点等特点，在交直流电机调速系统(xtng)、调功系统(xtng)、随动系统(xtng)中应用广泛。第33页/共52页第三十四页，共53页。晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图4-10所示，（a）为单向晶闸管，有阳极A、阴极K、控制极（门极）G三个极。当阳、阴
30、极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加正压使控制极电流增大到触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；只有在阳、阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管才由导通变为截止。单向晶闸管具有单向导电功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，也可在交流(jioli)系统中用于大功率整流回路。第34页/共52页第三十五页，共53页。第35页/共52页第三十六页，共53页。双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制当于两个单向晶闸管的反向并
31、联，但共享一个控制当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图（极，结构如图（极，结构如图（极，结构如图（b b）所示。当两个电极）所示。当两个电极）所示。当两个电极）所示。当两个电极T1T1、T2T2之间之间之间之间的电压大于的电压大于的电压大于的电压大于1.5V1.5V时，不论极性如何，便可利用控制时，不论极性如何，便可利用控制时，不论极性如何，便可利用控制时，不论极性如何，便可利用控制极极极极G G触发触发触发触发(chf)(chf)电流控制其导通。双向晶闸管具有电流控制其导通。双向晶闸管具有电流控制其导通。双向晶闸管具有电流控制其
32、导通。双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。第36页/共52页第三十七页，共53页。第37页/共52页第三十八页，共53页。晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与CPUCPU直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图直接相连，在实际使用时要采用隔离
33、措施。图 4-114-11为经为经为经为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当CPUCPU数据线数据线数据线数据线DiDi 输出数字输出数字输出数字输出数字(shz)“1”(shz)“1”时，经时，经时，经时，经74067406反相变为低电平，光反相变为低电平，光反相变为低电平，光反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双
34、向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备RLRL。第38页/共52页第三十九页，共53页。5.5.固态固态固态固态(gti)(gti)继电器驱动电路继电器驱动电路继电器驱动电路继电器驱动电路 固态继电器SSRSolid State Relay是一种新型的无触点(ch din)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(ch din)，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动
35、和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器之势。第39页/共52页第四十页，共53页。固态继电器固态继电器SSRSSR是一个四端组件，有两个输入是一个四端组件，有两个输入端、两个输出端，其内部结构类似于图端、两个输出端，其内部结构类似于图1111中的晶中的晶闸管输出驱动电路。图闸管输出驱动电路。图1212所示为其结构原理图，所示为其结构原理图，共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输入共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输入与输出之间起信号传递作用，同时使两端在电气与输出之间起信号传递作用，同时使两端在电气上完全隔离；控制触发电路是为后级提
36、供一个触上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一个触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；电子开关电路用来接通或关断直流或交地导通；电子开关电路用来接通或关断直流或交流负载电源；吸收保护电路的功能是为了防止电流负载电源；吸收保护电路的功能是为了防止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生源的尖峰和浪涌对开关电路产生(ch(ch nshng)nshng)干扰干扰造成开关的误动作或损害，一般由造成开关的误动作或损害，一般由RCRC串联网络和串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路是为交流型压敏电阻组成；零压检测电路是为交流型SSRSSR过过零触发而设置的。零触
37、发而设置的。第40页/共52页第四十一页，共53页。第41页/共52页第四十二页，共53页。u SSR的输入端与晶体管、TTL、CMOS电路兼容，输出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作(gngzu)时只要在输入端施加一定的弱电信号，就可以控制输出端大电流负载的通断。SSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型SSR和交流型SSR。直流型SSR内部的开关组件为功率三极管，交流型SSR内部的开关组件为双向晶闸管。而交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两种，其中应用最广泛的是过零型。第42页/共52页第四十三页，共53页。u 过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号
38、后，需等待负载电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导通。直流型SSR的输入控制信号与输出完全(wnqun)同步。直流型SSR主要用于直流大功率控制。一般取输入电压为4-32V，输入电流5-10mA。它的输出端为晶体管输出，输出工作电压为30-180 V。第43页/共52页第四十四页，共53页。交流型SSR主要用于交流大功率控制。一般取输入电压为4-32V，输入电流小于500mA。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在1A-10
39、A范围内，电压多为380V或220V。图13为一种常用的固态继电器驱动电路，当数据线Di输出数字(shz)“0”时，经7406反相变为高电平，使NPN型三极管导通,SSR输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备RL。第44页/共52页第四十五页，共53页。第45页/共52页第四十六页，共53页。当然，在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时，一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱动电路当然，在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选用固态继电器的额定工作电
40、流与额定工作电压时，一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱动电路(dinl)中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路(dinl)与参数请参考生产厂家有关手册。与参数请参考生产厂家有关手册。第46页/共52页第四十七页，共53页。6.DI/DO模板(mbn)把上述数字量输入通道或数字量输出(shch)通道设计在一块模板上,就称为DI模板或DO模板，也可统称为数字量I/O模板。图14为含有DI通道和DO通道的PC总线数字量I/O模板的结构框图，由PC总线接口逻辑、I/O功能逻辑、I/O电气接口等三部分组成。如图14所示。第47页/共52页第四十八页，共53页。
41、第48页/共52页第四十九页，共53页。PC PC总线接口逻辑部分由总线接口逻辑部分由8 8位数据总线缓冲器、基址译码器、位数据总线缓冲器、基址译码器、输入和输出片址译码器组成。输入和输出片址译码器组成。I/O I/O功能逻辑部分只有功能逻辑部分只有(zh(zh y y u)u)简单的输入缓冲器和输出锁简单的输入缓冲器和输出锁存器。其中，输入缓冲器起着对外部输入信号的缓冲、加强和存器。其中，输入缓冲器起着对外部输入信号的缓冲、加强和选通作用；输出锁存器锁存选通作用；输出锁存器锁存CPU CPU 输出的数据或控制信号，供输出的数据或控制信号，供外部设备使用。外部设备使用。I/OI/O缓冲功能可以
42、用可编程接口芯片如缓冲功能可以用可编程接口芯片如8255A8255A构成，也可以用构成，也可以用74LS24074LS240、244244、373373、273273等芯片实现。等芯片实现。I/O I/O电气接口部分的功能主要是：电平转换、滤波、保护、电气接口部分的功能主要是：电平转换、滤波、保护、隔离、功率驱动等。隔离、功率驱动等。各种数字量各种数字量I/OI/O模板的前两部分大同小异，不同的主要在模板的前两部分大同小异，不同的主要在于于I/OI/O电气接口部分，即输入信号的调理和输出信号的驱动，电气接口部分，即输入信号的调理和输出信号的驱动，这是由生产过程的不同需求所决定的。这是由生产过程
43、的不同需求所决定的。第49页/共52页第五十页，共53页。本章本章本章本章(bn zhn)(bn zhn)小结小结小结小结 本本本本章章章章首首首首先先先先(shuxin)(shuxin)(shuxin)(shuxin)介介介介绍绍绍绍了了了了硬硬硬硬件件件件抗抗抗抗干干干干扰扰扰扰技技技技术术术术光光光光电电电电耦耦耦耦合合合合隔隔隔隔离离离离技技技技术术术术，并并并并着着着着重重重重分分分分析析析析光光光光电电电电耦耦耦耦合合合合隔隔隔隔离离离离器器器器的的的的结结结结构构构构原原原原理理理理及及及及其其其其在在在在数数数数字字字字信信信信号号号号中中中中的的的的隔隔隔隔离离离离电电电电路
44、路路路。介介介介绍绍绍绍分分分分析析析析了了了了数数数数字字字字量量量量输输输输入入入入通通通通道道道道中中中中的的的的3 3 3 3种种种种典典典典型型型型电电电电路路路路：信信信信号号号号调调调调理理理理电电电电路路路路、脉脉脉脉冲冲冲冲计计计计数数数数电电电电路路路路与与与与拨拨拨拨盘盘盘盘开开开开关关关关电电电电路路路路。还还还还介介介介绍绍绍绍分分分分析析析析了了了了数数数数字字字字量量量量输输输输出出出出通通通通道道道道中中中中的的的的4 4 4 4种种种种典典典典型型型型驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路：三三三三极极极极管管管管驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路、继继继继电电电电器
45、器器器驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路、晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路与与与与固固固固态态态态继继继继电电电电器器器器驱驱驱驱动电路。动电路。动电路。动电路。第50页/共52页第五十一页，共53页。习题习题(xt)与思考与思考 1.1.1.1.画画图图分分析析(fnx)(fnx)说说明明三三极极管管型型光光电电耦耦合合隔隔离离器器的的工工作作原原理理,并并分分析析(fnx)(fnx)说说明明光光耦耦隔隔离离器器的的主要功用。主要功用。2.2.2.2.2.2.对对比比分分析析(fnx)(fnx)说说明明三三极极管管输输出出驱驱动动、继继电电器器输输出出驱驱动动与与固固态态继继电电器器输输出出驱驱动动电电路路的的特点。特点。第51页/共52页第五十二页，共53页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第52页/共52页第五十三页，共53页。