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1、第一篇:微机及接口技术概述概述地址译码器、地址译码器、I/O口与口与CPU的接口的接口人机接口人机接口机电接口机电接口功率接口功率接口概述概述nI/O 口是CPU输入接口和输出接口。最简单的接口仅仅是连接二个设备的一组导线，或是一对标准连接件nI/O 口可分为简单 I/O 口和可编程 I/O 口(又分为并行接口和串行接口)。n常用的简单输入接口有 74 xx 244、245n简单输出接口有 74 xx 273、373 n可编程并行接口有 8255、8155 等，可编程串行接口有 8251。机电一体化产品基本组成及接口机电一体化产品基本组成及接口人机对话输出设备I/O口 出接口控制输执行元件 微
2、 机人机对话输入设备I/O口集接口信息采传感器机械分系统人机接口机电接口n从上图看出，人机对话输入和输出设备没有和 CPU 直接连接，而是通过 I/O 口与 CPU 连接在一起 n外设和 CPU 不能直接连接的原因有下面两个：n人机对话设备和 CPU 的阻抗不匹配；nCPU 不能直接控制人机对话设备（键盘、LED等）的接通和关闭。nCPU 通过地址译码器、RD和WR等控制 I/O 口的接通和关闭，从而控制外设的接通和关闭。概述概述138和和139的引脚名称的引脚名称地址译码器、地址译码器、I/O口与口与CPU的接口的接口 地址译码器与地址译码器与 CPU 的接口的接口地址译码器与地址译码器与C
3、PU的接口的接口 139的功能表的功能表 138的的功功能能表表 273的引脚名称及与的引脚名称及与CPU的接口的接口 地址译码器、地址译码器、I/O口与口与CPU的接口的接口 简单输出口与简单输出口与CPU的接口的接口273的功能表的功能表245的引脚名称及与的引脚名称及与CPU的接口的接口 地址译码器、地址译码器、I/O口与口与CPU的接口的接口 简单输入口与简单输入口与CPU的接口的接口245的功能表的功能表 8255A的引脚名称及接口电路的引脚名称及接口电路 可编程的含义1（1）8255的端口基本工作方式可选择的端口基本工作方式可选择 8255 有三种工作方式，在这三种工作方式中各条端
4、口线的功能如下表所示。工作方式0 适用于无条件传输数据的设备。作为输出口时，类似于前面讲过的74xx273,作为输入口时，类似于74xx245。设计键盘接口、LED接口可以采用这种方式。工作方式1和工作方式2为特殊的工作方式 如选通工作方式。8255方式选择控制字各位含义方式选择控制字各位含义（2）PA、PB、PC用作输入和输出的功能可选择方式选择控制字决定这种更改是通过方式选择控制字决定的 可编程的含义2(3)8255的三个输出端口可选择A1、A0 接到CPU的地址总线上，A1、A0是芯片内部寻址信号线，寻址的方法是：A1 A0=0 0，对应于 PA 口；A1 A0=0 1，对应于 PB 口
5、；A1 A0=1 0，对应于 PC 口；A1 A0=1 1，对应于控制口。可编程的含义38255不同工作方式下端口线的功能不同工作方式下端口线的功能 n控制微机控制微机8031、地址码译码器、接口芯、地址码译码器、接口芯片与输入、输出设备的连线总图片与输入、输出设备的连线总图例一：例一：01000100000按键的按键的数据数据10000100100100100100+5V111100000001D7=1特征位为1D6D5=00A组工作方式为0D4=0PA口作输出D3=0PC口高四位作输出D2=0B组工作方式为0D1=0PB口作输出D3=0PC口高四位作输出00对对8255进行预进行预定义定义
6、00100100+5V00000000000100数据00100100+5V10100000000100数据00100100+5V01010000000100数据 人机接口人机接口n在机电一体化产品中，常用的输入设备有开关、BCD二十进制码拨盘、键盘等；常用的输出设备有指示灯、LED（发光二极管）、液晶显示器、微型打印机、CRT（阴极射线管）、扬声器等。人机接口分为输入接口和输出接口。n人机接口有下述二个特点：n专用性。根据对人机接口的专门要求，人机接口的设计方案要根据产品的要求而定。n低速性。外设的工作速度是较低的，设计时要考虑微机与外设的速度配合，提高制微机的工作效率 按钮开关通断时的电压
7、抖动按钮开关通断时的电压抖动 拨盘的结构简图及接口电路图拨盘的结构简图及接口电路图 BCD码拨盘通断状态表码拨盘通断状态表（0表示与表示与A线不通，线不通，1表示与表示与A线接通）线接通）n采用8031做控制微机，通过简单输入口74LS245设计出四位十进制输入、BCD码输出的拨盘，若输入1357这个数,试画出接口电路.例二:拨盘与微机接口电路图输入“1”则 B1 B2 B3 B4分别对应为 0 0 0 1 输入“3”则 B5 B6 B7 B8分别对应为 0 0 1 1 输入“5”则 B1 B2 B3 B4分别对应为 0 1 0 1 输入“7”则 B5 B6 B7 B8分别对应为 0 1 1
8、1 A0A1A2A3A4A5A6A7WRRDA8A9A10A11A12A13A14A158031Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7ABCG2AG2BG1B1B2B3B4B5B6B7B8A1A2A3A4A5A6A7A8DIR GB1B2B3B4B5B6B7B8A1A2A3A4A5A6A7A8DIR GGNDGNDA8421A8421A8421A8421+5VY1Y2+RD+RD74LS13874LS245()74LS245().矩阵式键盘的结构及接口电路矩阵式键盘的结构及接口电路 n（1）LED显示器的接口设计显示器的接口设计 n 发光二极管的接口方法n发光二极管具有体积小、亮度高、寿命长、价格低
9、、接口电路简单可靠等优点。下图是二个实际接口电路。人机接口人机接口发光二极管的接口电路发光二极管的接口电路 八段八段LED显示器的结构图及与显示器的结构图及与I/O口的接口电路口的接口电路 人机接口人机接口 八段LED的接口设计n采用8031做控制机，要求通过74LS164串行通讯芯片控制八位LED静态显示器,试画出接口电路。串行通讯、多位静态显示串行通讯、多位静态显示LED接接口电路口电路共阳共阳极极GP16与与CPU的接口电路的接口电路 人机接口人机接口（2）与GP16微型打印机接口蜂鸣器电路蜂鸣器电路 n蜂鸣器音量较小，在噪声较大的环境中通常采用扬声器做声音输出，扬声器要求以音频信号驱动
10、。n以集成电路产生音频信号，经放大后驱动扬声器工作。人机接口人机接口n在机电一体化产品中，被控对象所需要的驱动功率一般都比较大，而计算机发出的数字控制信号或经D/A转换后得到的模拟控制信号的功率都很小，因而必须经过功率放大后才能用来驱动被控对象。n实现功率放大的接口电路被称为功率接口电路。在控制微机和 功率放大电路之间，人们常常使用光电隔离技术，下面首先介绍光电隔离器件。功率接口功率接口n1 1、光光电电耦耦合合隔隔离离器器的的结结构构原原理理及及其其隔隔离离电电路；路；n2 2、数字量输入通道中几种典型电路；、数字量输入通道中几种典型电路；n3 3、数字量输出通道几种典型驱动电路；、数字量输
11、出通道几种典型驱动电路；n 在微机控制系统中，除了要处理模拟量在微机控制系统中，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。它们是以二进制括开关信号、脉冲信号。它们是以二进制的逻辑的逻辑“1 1”和和“0 0”或电平的高和低出现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，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，仪器仪表的门的打开和关闭，仪器仪表的 BCD BCD 码
12、，以码，以及脉冲信号的计数和定时等等及脉冲信号的计数和定时等等 。1 1 光电耦合隔离技术光电耦合隔离技术 主要知识点主要知识点v （1）光电耦合隔离器光电耦合隔离器 v （2）光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路 n光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三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、双向晶闸管型等极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图几种，如图1所示。它们的原理是相同的，所示。它们的原理是相同的，即都是通过电即都是通过电 光光 电这种信号转换，利用电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。离功能的。现以
13、最简单的三极管型光电耦合隔离器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，如图为例来说明它的结构原理，如图 2 2 所示。所示。n光电耦合隔离器的输入输出类似普通三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，即存在着极管的输入输出特性，即存在着截止区、截止区、饱和区与线性区饱和区与线性区三部分。利用光耦隔离三部分。利用光耦隔离器的开关特性（即光敏三极管工作在截器的开关特性（即光敏三极管工作在截止区、饱和区），可传送数字信号而隔止区、饱和区），可传送数字信号而隔离电磁干扰，简称离电磁干扰，简称对数字信号进行隔离对数字信号进行隔离。例如在数字量输入输出通道中，以及在例如在数
14、字量输入输出通道中，以及在模拟量输入输出通道中的模拟量输入输出通道中的A/DA/D转换器与转换器与CPUCPU或或CPUCPU与与D/AD/A转换器之间的数字信号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。性对数字信号进行隔离。n 要注意的是，用于驱动发光管的电源要注意的是，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输出端与输入端相互间的反馈和干扰.因因此，利用光耦隔离器可用来
15、传递信号而有此，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。效地隔离电磁场的电干扰。n为了适应计算机控制系统的需求，目前已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，如生产出各种集成的多路光耦隔离器，如TLPTLP系列就是常用的一种。系列就是常用的一种。n数字量同相传递如图数字量同相传递如图3 3（a a）所示）所示，光耦的输入正端接正电源，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 c 端通过电阻接另一个正电源，发射极端通过电阻接另一个正电源，发射极 e e 端直
16、接接地，光耦输出端端直接接地，光耦输出端即从集电极即从集电极c c 端引出。当数据线为低电平端引出。当数据线为低电平“0 0”时，发光管导通且时，发光管导通且发光，使得光敏管导通，输出发光，使得光敏管导通，输出 c c 端接地而获得低电平端接地而获得低电平“0 0”；当；当数据线为高电平数据线为高电平“1 1”时，发光管截止不发光，则光敏管也截止时，发光管截止不发光，则光敏管也截止使输出使输出 c c 端从电源处获得高电平端从电源处获得高电平“1 1”。如此，完成了数字信号。如此，完成了数字信号的同相传递。的同相传递。2 2 光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路 数字量反相传递如图数字量反相传递如
17、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 端直接接另一个正端直接接另一个正电源，而发射极电源，而发射极 e e 端通过电阻接地，则光耦输端通过电阻接地，则光耦输出端从发射极出端从发射极 e e 端引出。端引出。从而完成了数字信号从而完成了数字信号的反相传递。的反相传递。3 3 数字量输入通道数字量输入通道主要知识点v（1）开关输入电路开关输入电路 v（2）脉冲计数电路脉冲计数电路 l 凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，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，主要是考其端子
18、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，虑信号调理技术，如电平转换，RCRC滤波，过电压保护，反电压滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。保护，光电隔离等。（1 1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换）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。为电压信号。（2 2）RCRC滤波是用滤波是用 RCRC 滤波器滤出高频干扰。滤波器滤出高频干扰。（3 3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保护；）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。用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上
19、。（4 4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输入。）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输入。（5 5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。隔离。（1 1）开关输入电路开关输入电路 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 所示。点划线所示。点划线右边是由开关右边是由开关 S与电源组成的外部电路，（与电源组成的外部电路，（a）是直流输）是直流输入电路，（入电路，（b）是交流输入电路。交流输入电路比直流输）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，可把高压交流入电路多
20、一个降压电容和整流桥块，可把高压交流(如如380VAC)变换为低压直流变换为低压直流(如如5VDC)。开关。开关 S 的状态经的状态经 RC 滤波、稳压管滤波、稳压管 D1 箝位保护、电阻箝位保护、电阻 R2 限流、二极管限流、二极管 D2 防止反极性电压输入以及光耦隔离等措施处理后送至防止反极性电压输入以及光耦隔离等措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入指令便可读取开关输入缓冲器，主机通过执行输入指令便可读取开关 S 的的状态状态。比如比如,当开关当开关 S 闭合时，输入回路有电流流过，光闭合时，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，耦中的发光管发光，光敏
21、管导通，数据线上为低电平，即输入信号为即输入信号为“0”对应外电路开关对应外电路开关 S 的闭合；反之，开的闭合；反之，开关关 S 断开，光耦中的发光管无电流流过，光敏管截止，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，即输入信号为数据线上为高电平，即输入信号为“1”对应外电路开关对应外电路开关 S 的断开。的断开。n（2）脉冲计数电路脉冲计数电路 有些用于检测流量、转速的传感器发出有些用于检测流量、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一的是脉冲频率信号，对于大量程可以设计一种定时计数输入接口电路，即在一定的采样种定时计数输入接口电路，即在一定的采样时间内统计
22、输入的脉冲个数，然后根据传感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出所检测的物理量。器的比例系数可换算出所检测的物理量。n 图图5 5为一种定时计数输入接口电路，传感器发出的脉冲频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，引到率信号，经过简单的信号调理，引到82548254芯片的计数通道芯片的计数通道1 1的的CLK1CLK1口。口。82548254是具有是具有3 3个个1616位计数器通道的可编程计数器位计数器通道的可编程计数器/定定时器。图中，计数通道时器。图中，计数通道0 0工作于模式工作于模式3 3，CLK0CLK0用于接收系统时用于接
23、收系统时钟脉冲，钟脉冲，OUT0OUT0输出一个周期为系统时钟脉冲输出一个周期为系统时钟脉冲N N倍（倍（N N为通道为通道0 0的的计数初值）的连续方波脉冲，其高、低电平时段是计数通道计数初值）的连续方波脉冲，其高、低电平时段是计数通道1 1的采样时间和采样间隔时间，分别记为的采样时间和采样间隔时间，分别记为TSTS、TWTW；计数通道；计数通道1 1和和2 2均选为工作模式均选为工作模式2 2，且，且OUT1OUT1串接到串接到CLK2CLK2，使两者构成一个计，使两者构成一个计数长度为数长度为232232的脉冲计数器，以对的脉冲计数器，以对TSTS内的输入脉冲计数。内的输入脉冲计数。如果
24、获得如果获得TSTS时间内的输入脉冲个数为时间内的输入脉冲个数为n n，则单位时间，则单位时间内的脉冲个数即脉冲频率为内的脉冲个数即脉冲频率为n/TSn/TS，从而可换算出介质的流量，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传感器，它们的脉冲当量或磁电式速度传感器，它们的脉冲当量(即一个脉冲相当的流即一个脉冲相当的流量或转数量或转数)为为K K，则介质的流量或电机的转数就为，则介质的流量或电机的转数就为n/TSn/TSK K。4 数字量输出通道主要知识点v 引言引言v （1 1）三极管驱动电路三极
25、管驱动电路 v （2 2）继电器驱动电路继电器驱动电路 v （3 3）晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路 v （4 4）固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 引言数字量输出通道数字量输出通道简称简称DO通道，它的任务通道，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字驱动信号。根据现场负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、接触器、电机、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。常用的有三极管输同的开关量驱
26、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。出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。n 对于低压情况下的小电流开关量，用功率三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。电流与三极管增益的乘积。（1 1）三极管驱动电路三极管驱动电路1.1.普通三极管驱动电路普通三极管驱动电路 当驱动电流只有十几当驱动电流只有十几 mAmA或几十或几十 mAmA时，只要采用一个时，只要采用一个普通的功率三极管就能
27、构成驱动电路，如图普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图 6 6所示。所示。n2.达林顿驱动电路达林顿驱动电路 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的的达达林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
28、用用于于计计算算机机控制系统中的多路负荷。控制系统中的多路负荷。图图7给出达林顿阵列驱动器给出达林顿阵列驱动器MC1416的结构图与每对复合管的内部的结构图与每对复合管的内部结构，结构，MC1416内含内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电极对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达电流可达500mA，截止时能承受，截止时能承受100V电压，其输入输出端电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管均有箝位二极管，输出箝位二极管D2抑制高电位上发生的正抑制高电位上发生的正向过冲，向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负向过冲。可抑制低电平上的负向过冲。图图 8 8为达林顿阵列驱动中的一路驱动电为
29、达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当路，当CPUCPU数据线数据线D Di i 输出数字输出数字“0 0”即低电即低电平时，经平时，经74067406反相锁存器变为高电平，使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管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时产生的反向电动势的泄流回路。产生的反向电动势的泄流回路。n3.继电器驱动电路继电器驱动电路 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、衔铁和触点等部件组成，简称为继电
30、器，它分为电压继点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。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种最常用的输出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流或直流的高电压、方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。大电流设备。n 继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸继电器驱动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器可靠地工作。电流才能使继电器可靠地工作。常常用用的的继继电电器器有有电电
31、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。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流才才能能动动作作，所所以以必必须须采采取取措措施施加加以以驱动。驱动。继电器的驱动电路继电器的驱动电路n驱驱动动电电路路的的设设计计要要根根据据所所用用继继电电器器线线圈圈的的吸吸合合电电压压和和电电流流而而定定，一一定定要要大大于于继继电电器器的的吸吸合电流才能使继电器可靠地工作。合电流才能使继电器可靠地工作。图图9为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线数据线Di输出数字输出数字“1”即高电平时，经即高电平
32、时，经7406反相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，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，继电器线圈使光敏三极管导通，继电器线圈KA得电，动合触点闭合，得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。从而驱动大型负荷设备。由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，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。个电流泄放回路。4晶闸
33、管驱动电路晶闸管驱动电路n 晶晶闸闸管管又又称称可可控控硅硅（SCR），是是一一种种大大功功率率的的半半导导体体器器件件，具具有有用用小小功功率率控控制制大大功功率率、开开关关无无触触点点等等特特点点，在在交交直直流流电电机机调调速速系系统统、调功系统、随动系统中应用广泛。调功系统、随动系统中应用广泛。n 晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图4-104-10所示，所示，（a a）为单向晶闸管，有阳极）为单向晶闸管，有阳极A A、阴极、阴极K K、控制极（门极）、控制极（门极）G G三三个极。当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加个极。当阳、阴极之间加
34、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，也可在交流系统中用于大功率整流回路。交流系统中用于大功率整流回路。n双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当
35、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（向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图（b b）所）所示。当两个电极示。当两个电极T1T1、T2T2之间的电压大于之间的电压大于1.5V1.5V时，不论极性如何，时，不论极性如何，便可利用控制极便可利用控制极G G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向触发电流控制其导通。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。导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。n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
36、措施。图 4-114-11为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当CPUCPU数据数据线线DiDi 输出数字输出数字“1 1”时，经时，经74067406反相变为低电平，光耦反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双向二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备RLRL。n5.固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 固态继电器固态继电器SSR Solid State Relay是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电是一种新型的无触点开关的电子继电器，它
37、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，故称为固态继电器。它具有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、无抖动和回跳、体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控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制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器之势势。n 固态继电器固态继电器SSRSSR是一个四端组件，有两
38、个是一个四端组件，有两个输入端、两个输出端，其内部结构类似于图输入端、两个输出端，其内部结构类似于图1111中中的晶闸管输出驱动电路。图的晶闸管输出驱动电路。图1212所示为其结构原理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图，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，同时使两端在输入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供一电气上完全隔离；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）能个触发信号，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可靠地导通；电子开关电
39、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或交流负载电源；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干扰造成开止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作或损害，一般由关的误动作或损害，一般由RCRC串联网络和压敏电串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路是为交流型阻组成；零压检测电路是为交流型SSRSSR过零触发过零触发而设置的。而设置的。u SSRSSR 的输入端与晶体管、的输入端与晶体管、TTLTTL、CMOSCMOS 电路兼容，输出端电路兼容，输出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要在利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要
40、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。载的通断。SSRSSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型为直流型 SSRSSR 和交流型和交流型 SSRSSR。直流型。直流型 SSRSSR 内部的开关组件内部的开关组件为功率三极管，交流型为功率三极管，交流型 SSRSSR内部的开关组件为双向晶闸管。内部的开关组件为双向晶闸管。而交流型而交流型 SSRSSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相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。型两种，其中应用最
41、广泛的是过零型。u 过零型交流过零型交流 SSRSSR是指当输入端加入控制信号后，需等待是指当输入端加入控制信号后，需等待负载电源电压过零时，负载电源电压过零时，SSRSSR才为导通状态；而断开控制信才为导通状态；而断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，号后，也要等待交流电压过零时，SSRSSR才为断开状态。移才为断开状态。移相型交流相型交流 SSRSSR的断开条件同过零型交流的断开条件同过零型交流 SSRSSR，但其导通条，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。即导通。直流型直流型SSRSSR的输入控制信号与输
42、出完全同步。直的输入控制信号与输出完全同步。直流型流型 SSRSSR 主要用于直流大功率控制。一般取输入电压为主要用于直流大功率控制。一般取输入电压为 4 4-3232 V V，输入电流，输入电流5-105-10 mAmA。它的输出端为晶体管输出，。它的输出端为晶体管输出，输出工作电压为输出工作电压为 3030-180 V180 V。n 交流型交流型 SSRSSR 主要用于交流大功率控制。一主要用于交流大功率控制。一般取输入电压为般取输入电压为4-32V4-32V，输入电流小于，输入电流小于 500500 mAmA。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在1
43、A1A-1010A A范围内，电压多为范围内，电压多为 380380 V V 或或 220220 V V。图。图 1313 为为一种常用的固态继电器驱动电路，当数据线一种常用的固态继电器驱动电路，当数据线DiDi 输输出数字出数字“0 0”时，经时，经74067406反相变为高电平，使反相变为高电平，使NPNNPN型三极管导通型三极管导通,SSRSSR输入端得电则输出端接通大输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备型交流负荷设备RLRL。n 当然，在实际使用中，要特别注意固态当然，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
44、问题，在选用固态继电器的额的承受等工程问题，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，而且输出驱动电于实际负载的电流与电压，而且输出驱动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路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。6.DI/DO模板 把上述数字量输入通道或数字量输出把上述数字量输入通道或数字量输出通道设计在一块模板上通道设计在一块模板上,就称为就称为DIDI模板或模板或DODO模板，也可统称为数字量模板，也可统称为数字量I/OI/O模板。图模板。图1414为
45、含有为含有DIDI通道和通道和DODO通道的通道的PCPC总线数字量总线数字量I/OI/O模板的结构框图，由模板的结构框图，由PCPC总线接口逻辑、总线接口逻辑、I/OI/O功能逻辑、功能逻辑、I/OI/O电气接口等三部分组成。如电气接口等三部分组成。如图图1414所示。所示。n PCPC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/OI/O功能逻辑部分只有简单的输入缓冲器和输出锁存功能逻辑部分只有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、加强和选器。其
46、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；输出锁存器锁存通作用；输出锁存器锁存CPU CPU 输出的数据或控制信号，供外部输出的数据或控制信号，供外部设备使用。设备使用。I/OI/O缓冲功能可以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，构成，也可以用也可以用74LS24074LS240、244244、373373、273273等芯片实现。等芯片实现。I/OI/O电气接口部分的功能主要是：电平转换、滤波、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。保护、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
47、同的主模板的前两部分大同小异，不同的主要在于要在于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。动，这是由生产过程的不同需求所决定的。本章小结本章小结 本本章章首首先先介介绍绍了了硬硬件件抗抗干干扰扰技技术术光光电电耦耦合合隔隔离离技技术术，并并着着重重分分析析光光电电耦耦合合隔隔离离器器的的结结构构原原理理及及其其在在数数字字信信号号中中的的隔隔离离电电路路。介介绍绍分分析析了了数数字字量量输输入入通通道道中中的的3 3种种典典型型电电路路：信信号号调调理理电电路路、脉脉冲冲计计数数电电路路与与拨拨盘
48、盘开开关关电电路路。还还介介绍绍分分析析了了数数字字量量输输出出通通道道中中的的4 4种种典典型型驱驱动动电电路路：三三极极管管驱驱动动电电路路、继继电电器器驱驱动动电电路路、晶晶闸闸管管驱驱动电路与固态继电器驱动电路动电路与固态继电器驱动电路。习题与思考习题与思考 1.1.画画图图分分析析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,并并分分析析说说明明光光耦耦隔隔离离器器的的主主要要功功用用。(P97 1)(P97 1)2.对对比比分分析析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动与固态继电器输出驱动电路的特点。驱动与固态继电器输出驱动电路的特点。(P97-5,6)