[工学]WX_微型计算机控制技术_第二章5.ppt

[工学]WX_微型计算机控制技术_第二章5

数字输出驱动电路 三极管驱动电路 继电器驱动电路 晶闸管驱动电路 固态继电器驱动电路 达林顿驱动电路 微型计算机控制技术 第2章 输入/输出接口和过程通道 2.8数字输入和输出通道 在微机控制系统中，除了要处理模拟信号以外，还要处理另一类信号，即数字信号，包括编码数字、脉冲信号和开关信号等。它们以二进制逻辑1和0或高、低电平出现。 如仪器仪表 BCD 代码、脉冲信号的计数、开关接触点的关闭和断开、指示灯的亮度和熄灭、继电器或接触器的吸入和释放、电机的启动和停止、晶闸管的阀门的开关等。 2.8.1光电耦合隔离技术 光电耦合隔离器(简称光电耦合器或光耦合器)是开关量控制中最常用的设备。光电耦合器以光电转换原理传输信息，不仅使信息发出端（一侧）和信息接收输出端（二侧）电绝缘，对地电位差干扰具有较强的抑制能力，具有较强的抑制电磁干扰能力，速度高、价格低、接口简单，应用广泛。 (a)二极管型 (b)三极管型 (c)双向可控硅型 图2-48光电耦合器的几种类型 图2-49光电耦合器应用电路 如图2-50所示，典型的光电耦合隔离电路有两种类型：数字量同相传递和数字量反相传递。 (a)同相传输数字量 (b)反相传输数字量 图2-50 光电耦合隔离电路 2.8.2数字输入通道 数字输入通道的任务是将开关状态信号或数字信号发送到计算机或微处理器，以下简称DI(Digital Input)通道。 1、数字输入通道的结构 输入数字信号的类型不同，数字输入通道的结构也不同。一般由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路等组成 。 图2-51 数字输入通道结构 (1)TTL电平编码数字(二进制、十进制)。编码数字可以直接连接到并行接口电路的输入端口。对于可靠性要求高的场合，在接口前可以输入数字信号进行光电隔离。 (2)脉冲列。假设脉冲频率不高，可以通过软件计数将脉冲信号添加到并行接口的输入端，通过查询或中断输入脉冲计数。假设脉冲频率高，软件计数来不及处理，则需要添加硬件计数器，如可编程计数器/定时器8253。 (3)输入来自操作台按钮、转换开关、继电器或现场行程开关的开关量信号。首先，必须通过电平转换电路将接触点的开关转换为高电平或低电平，并考虑过滤、防止接触抖动和光电隔离。 在开关量输入电路中，常用的信号调节技术有电平转换，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将现场电流信号转换为电压信号。 (2)RC滤波是用RC滤波器过滤高频干扰。 (3)过电压保护是以稳压管和限流电阻为过电压保护；瞬态尖峰电压用稳压管或压敏电阻夹在安全电平上。 (4)反电压保护是串联二极管，防止反电压输入。 (5)用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。 二、触点抖动处理 当机械开关触点开始接触或脱离接触时，由于弹性，触点弹跳，输出的电信号会抖动。抖动持续10~20ms之间。 为了消除触点机械抖动引起的信号振荡，软件法或硬件法通常可以消除。 软件法是通过软件延迟，多次查询抖动。只有在连续几次检测为同一电平时，才能记录下来。 电容滤波通常用于消除硬件方法的抖动。 图2-52防抖动调节电路 三、典型的开关量输入信号调节电路 (a)直流输入电路 (b)交流输入电路 图?2-53开关输入信号调节电路 2.8.3数字输出通道 简称数字输出通道 DO(Digital Output)，其任务是输出数字信号驱动生产现场的设备。 图2-54 数字输出通道结构 1.晶体管输出驱动电路 1.普通三极管驱动电路 只有十几个驱动电流mA驱动电路只需要一个普通的功率三极管。 图2-55小功率三极管驱动电路 2.达林顿驱动电路 当驱动电流需要达到数百毫安时，如果驱动中等功率继电器，输出电路必须采用多级放大或增加三极管增益。达林顿阵列驱动器由多对两个三极管组成，具有输入阻抗高、增益高、输出功率大、保护措施完善的特点。同时，多对复合管也非常适合计算机控制系统中的多路负载。 ULN2003 它是由7个高耐压和大电流驱动的阵列芯片NPN由型达林顿管组成。ULN2003 达林顿的每一对都串联着2.7kΩ 5的基极电阻V 它可以在工作电压下与TTL 和CMOS 电路直接连接，可以直接处理需要标准逻辑缓冲器处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌溉电流可达500mA，可用于驱动常见的小功率负载(如继电器、电磁阀、小