数字量输入输出课件

计算机先进控制技术第1部分：硬件设计技术（3）数字量输入输出通道计算机先进控制技术第1部分：硬件设计技术（3）数字量输2024/7/11 2:12计算机控制系统2数字量输入输出通道数字量输入输出通道光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路；数字量输入通道中几种典型电路；数字量输出通道几种典型驱动电路；2023/8/13 16:15计算机控制系统2数字量输入输出2024/7/11 2:12计算机控制系统3主要内容主要内容v引言v光电耦合隔离技术v数字量输入通道 v数字量输出通道 vDI/DO模板v小结2023/8/13 16:15计算机控制系统3主要内容引言2024/7/11 2:12计算机控制系统4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。2023/8/13 16:15计算机控制系统4在微机控制系统2024/7/11 2:12计算机控制系统51 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光电耦合隔离器光电耦合隔离器 v光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路 2023/8/13 16:15计算机控制系统51、光电耦合隔2024/7/11 2:12计算机控制系统6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同可分为三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如下图所示。它们的原理是相同的，即都是通过电光电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。2023/8/13 16:15计算机控制系统6光电耦合隔离器2024/7/11 2:12计算机控制系统7 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，如下图所示。2023/8/13 16:15计算机控制系统7 现以最2024/7/11 2:12计算机控制系统8光耦的特性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。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。2023/8/13 16:15计算机控制系统8光耦的特性光电2024/7/11 2:12计算机控制系统9线性区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。2023/8/13 16:15计算机控制系统9线性区例如在现2024/7/11 2:12计算机控制系统10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，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。比较2023/8/13 16:15计算机控制系统10光耦的这两种2024/7/11 2:12计算机控制系统11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，必必须分开单独供电须分开单独供电，才能有效避免输出端与输入端相互间的反馈和干扰；另外，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。2023/8/13 16:15计算机控制系统11要注意的是，2024/7/11 2:12计算机控制系统12n下面以控制系统中常用的数字信号的隔离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。字量反相传递两种。光电耦合隔离电路光电耦合隔离电路2023/8/13 16:15计算机控制系统12下面以控制系2024/7/11 2:12计算机控制系统13同相传递和反向传递2023/8/13 16:15计算机控制系统13同相传递和反2024/7/11 2:12计算机控制系统142 2、数字量输入通道数字量输入通道主要知识点v 引言引言v 开关输入电路开关输入电路 v 脉冲计数电路脉冲计数电路 2023/8/13 16:15计算机控制系统142、数字量输2024/7/11 2:12计算机控制系统15引言引言 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。2023/8/13 16:15计算机控制系统15引言 数字量2024/7/11 2:12计算机控制系统16l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，电平转换，RCRC滤波，过滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离电压保护，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滤波器滤除高频干扰。（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。开关输入电路开关输入电路 2023/8/13 16:15计算机控制系统16凡在电路中起2024/7/11 2:12计算机控制系统17开关量输入调理电路l典型的开关量输入信号调理电路如下图所示。点划线右边是由开关S与电源组成的外部电路，（a）是直流输入电路，（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压电容和整流桥块，可把高压交流(如380VAC)变换为低压直流(如5VDC)。开关S的状态经RC滤波、稳压管D1箝位保护、电阻R2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输入缓冲器，主机通过执行输入指令便可读取开关S的状态。比如,当开关S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，即输入信号为“0”对应外电路开关S的闭合；反之，开关S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“1”对应外电路开关S的断开。2023/8/13 16:15计算机控制系统17开关量输入调2024/7/11 2:12计算机控制系统18开关量输入信号调理电路2023/8/13 16:15计算机控制系统18开关量输入信2024/7/11 2:12计算机控制系统19脉冲计数电路脉冲计数电路有些用于检测流量、转速的传感器发出的是有些用于检测流量、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种定脉冲频率信号，对于大量程可以设计一种定时计数输入接口电路，即在一定的采样时间时计数输入接口电路，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。比例系数可换算出所检测的物理量。2023/8/13 16:15计算机控制系统19脉冲计数电路2024/7/11 2:12计算机控制系统20脉冲计数电路2023/8/13 16:15计算机控制系统20脉冲计数电路2024/7/11 2:12计算机控制系统21图图4-5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8254芯片的计数通道芯片的计数通道1的的CLK1口。口。8254是具有是具有3个个16位计数器通道的可编程位计数器通道的可编程计数器计数器/定时器。图中，计数通道定时器。图中，计数通道0工作于模式工作于模式3，CLK0用用于接收系统时钟脉冲，于接收系统时钟脉冲，OUT0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倍（倍（N为通道为通道0的计数初值）的连续方波脉冲，其高、低的计数初值）的连续方波脉冲，其高、低电平时段是计数通道电平时段是计数通道1的采样时间和采样间隔时间，分别记的采样时间和采样间隔时间，分别记为为TS、TW；计数通道；计数通道1和和2均选为工作模式均选为工作模式2，且，且OUT1串接到串接到CLK2，使两者构成一个计数长度为，使两者构成一个计数长度为232的脉冲计数的脉冲计数器，以对器，以对TS内的输入脉冲计数。内的输入脉冲计数。如果获得如果获得TS时间内的输入脉冲个数为时间内的输入脉冲个数为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/TS，从而可换算出介质的流，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传感器，它们的脉冲当量计或磁电式速度传感器，它们的脉冲当量(即一个脉冲相当即一个脉冲相当的流量或转数的流量或转数)为为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/TSK。2023/8/13 16:15计算机控制系统21图4-5为一2024/7/11 2:12计算机控制系统223、数字量输出通道主要知识点v 引言引言v 三极管驱动电路三极管驱动电路 v 继电器驱动电路继电器驱动电路 v 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路 v 固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 2023/8/13 16:15计算机控制系统223、数字量输2024/7/11 2:12计算机控制系统23引言 数字量输出通道简称数字量输出通道简称 DO 通道通道，它的任务是，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。根据现场负荷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、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。2023/8/13 16:15计算机控制系统23引言 2024/7/11 2:12计算机控制系统24对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开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。积。三极管驱动电路三极管驱动电路2023/8/13 16:15计算机控制系统24对于低压情况2024/7/11 2:12计算机控制系统25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，只要采用一个普通的时，只要采用一个普通的功率三极管就能构成驱动电路。功率三极管就能构成驱动电路。2023/8/13 16:15计算机控制系统25普通三极管驱2024/7/11 2:12计算机控制系统26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。2023/8/13 16:15计算机控制系统26达林顿驱动电2024/7/11 2:12计算机控制系统27下面给出达林顿阵列驱动器下面给出达林顿阵列驱动器MC1416的结构图与内部结构的结构图与内部结构MC1416内含内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达可达500mA，截止时能承受，截止时能承受100V电压，其输入输出端均电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管有箝位二极管，输出箝位二极管D2抑制高电位上发生的正向抑制高电位上发生的正向过冲，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。2023/8/13 16:15计算机控制系统27下面给出达林2024/7/11 2:12计算机控制系统28达林顿阵列驱动器2023/8/13 16:15计算机控制系统28达林顿阵列驱2024/7/11 2:12计算机控制系统29 下图下图为达林顿阵列驱动中的一路驱动电为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。2023/8/13 16:15计算机控制系统29 下图为达2024/7/11 2:12计算机控制系统30达林顿阵列驱动电路2023/8/13 16:15计算机控制系统30达林顿阵列驱2024/7/11 2:12计算机控制系统31 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。继电器驱动电路继电器驱动电路2023/8/13 16:15计算机控制系统31 2024/7/11 2:12计算机控制系统322023/8/13 16:15计算机控制系统322024/7/11 2:12计算机控制系统33继电器工作原理2023/8/13 16:15计算机控制系统33继电器工作原2024/7/11 2:12计算机控制系统34注意 继电器驱动电路的设计要根据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于继电器的吸合电流才能使继电器可靠的工作。电器可靠的工作。2023/8/13 16:15计算机控制系统34注意 继电2024/7/11 2:12计算机控制系统35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。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，所以必须采取措施加以驱动。所以必须采取措施加以驱动。2023/8/13 16:15计算机控制系统35常用的继电器2024/7/11 2:12计算机控制系统36 下图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当下图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPUCPU数据线数据线DiDi输出数字输出数字“1 1”即高电平时，经即高电平时，经74067406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，继电器线圈发光，使光敏三极管导通，继电器线圈KAKA得电，动合得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。触点闭合，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，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。圈提供一个电流泄放回路。2023/8/13 16:15计算机控制系统36 下图2024/7/11 2:12计算机控制系统37继电器输出驱动电路2023/8/13 16:15计算机控制系统37继电器输出驱2024/7/11 2:12计算机控制系统38晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路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、调调功功系统、随动系统中应用广泛。系统、随动系统中应用广泛。2023/8/13 16:15计算机控制系统38晶闸管驱动电2024/7/11 2:12计算机控制系统392023/8/13 16:15计算机控制系统392024/7/11 2:12计算机控制系统40晶闸管是一个三端器件，其符号表示如下图所示，晶闸管是一个三端器件，其符号表示如下图所示，（a）为单向晶闸管，有阳极）为单向晶闸管，有阳极A、阴极、阴极K、控制、控制极（门极）极（门极）G三个极。当阳、阴极之间加正压时，三个极。当阳、阴极之间加正压时，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，也可在交流系统中用于大功率整流大电流场合，也可在交流系统中用于大功率整流回路。流回路。2023/8/13 16:15计算机控制系统40晶闸管是一个2024/7/11 2:12计算机控制系统41晶闸管结构符号2023/8/13 16:15计算机控制系统41晶闸管结构符2024/7/11 2:12计算机控制系统42双向晶闸管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（控制极，结构如图（b）所示。当两个电极）所示。当两个电极T1、T2之间的电压大于之间的电压大于1.5V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触发电流控制其导通。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。流大电流场合。2023/8/13 16:15计算机控制系统42双向晶闸管双2024/7/11 2:12计算机控制系统43双向晶闸管输出驱动电路2023/8/13 16:15计算机控制系统43双向晶闸管输2024/7/11 2:12计算机控制系统44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。直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图图4-114-11为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当路，当CPUCPU数据线数据线DiDi输出数字输出数字“1 1”时，经时，经74067406反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双向晶闸管导通，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从而驱动大型交流负荷设备RLRL。2023/8/13 16:15计算机控制系统44晶闸管常用于2024/7/11 2:12计算机控制系统45 固态继电器固态继电器SSRSSR（Solid State RelaySolid State Relay）是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用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，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，故称为固态继电器。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、无抖它具有体积小、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，动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取代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电磁继电器之势。固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路2023/8/13 16:15计算机控制系统45 2024/7/11 2:12计算机控制系统46固态继电器固态继电器SSRSSR是一个四端组件，有两个输入端、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两个输出端，其内部结构类似于图4-114-11中的晶闸管中的晶闸管输出驱动电路。图输出驱动电路。图4-124-12所示为其结构原理图，共由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与输出五部分组成。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，同时使两端在电气上完全隔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个触发信号，使离；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）能可靠地导通；电子电子开关（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流负载电源；吸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源的尖峰和浪涌对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关的误动作或损害，一般开关电路产生干扰造成开关的误动作或损害，一般由由RCRC串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路是为串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路是为交流型交流型SSRSSR过零触发而设置的。过零触发而设置的。2023/8/13 16:15计算机控制系统46固态继电器S2024/7/11 2:12计算机控制系统47固态继电器SSR2023/8/13 16:15计算机控制系统47固态继电器S2024/7/11 2:12计算机控制系统48固态继电器原理及符号2023/8/13 16:15计算机控制系统48固态继电器原2024/7/11 2:12计算机控制系统49u SSRSSR的输入端与晶体管、的输入端与晶体管、TTLTTL、CMOSCMOS电路兼容，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。输出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要在输入端施加一定的弱电信号，就可工作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。以控制输出端大电流负载的通断。2023/8/13 16:15计算机控制系统49 SSR的输2024/7/11 2:12计算机控制系统50uSSRSSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型直流型SSRSSR和交流型和交流型SSRSSR。直流型。直流型SSRSSR内部的开关组内部的开关组件为件为功率三极管功率三极管，交流型，交流型SSRSSR内部的开关组件为内部的开关组件为双双向晶闸管向晶闸管。而交流型。而交流型SSRSSR按控制触发方式不同又可按控制触发方式不同又可分为分为过零型过零型和和移相型移相型两种，其中应用最广泛的是两种，其中应用最广泛的是过零型。过零型。2023/8/13 16:15计算机控制系统50SSR的输出2024/7/11 2:12计算机控制系统51u 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，等待负载电源电压过零时，SSRSSR才为导通状态；而才为导通状态；而断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，SSRSSR才为断开状态。才为断开状态。移相型交流移相型交流 SSRSSR的断开条件同过零的断开条件同过零型交流型交流 SSRSSR，但其导通条件简单，只要加入控制信，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。号，不管负载电流相位如何，立即导通。2023/8/13 16:15计算机控制系统51 过零型交流2024/7/11 2:12计算机控制系统52u直流型直流型SSRSSR的输入控制信号与输出完全同步。直流的输入控制信号与输出完全同步。直流型型SSRSSR主要用于直流大功率控制。一般取输入电压主要用于直流大功率控制。一般取输入电压为为4-32V4-32V，输入电流，输入电流5-10mA5-10mA。它的输出端为晶体管。它的输出端为晶体管输出，输出工作电压为输出，输出工作电压为30-80 V30-80 V。2023/8/13 16:15计算机控制系统52直流型SSR2024/7/11 2:12计算机控制系统53交流型交流型SSRSSR主要用于交流大功率控制。一般取输入主要用于交流大功率控制。一般取输入电压为电压为432V432V，输入电流小于，输入电流小于500mA500mA。它的输出端。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在为双向晶闸管，一般额定电流在1A10A1A10A范围内，范围内，电压多为电压多为380V380V或或220V220V。下图为一种常用的固态继。下图为一种常用的固态继电器驱动电路，当数据线电器驱动电路，当数据线DiDi输出数字输出数字“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,SSR,SSR输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备RLRL。2023/8/13 16:15计算机控制系统53交流型SSR2024/7/11 2:12计算机控制系统54固态继电器输出驱动电路2023/8/13 16:15计算机控制系统54固态继电器输2024/7/11 2:12计算机控制系统55 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，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，一般要远大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。具体电路与参数请参考生产吸收组件。具体电路与参数请参考生产厂家有关手册。厂家有关手册。2023/8/13 16:15计算机控制系统55 2024/7/11 2:12计算机控制系统564、DI/DO模板 把上述数字量输入通道或数字量输出通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道设计在一块模板上,就称为就称为DIDI模板或模板或DODO模模板，也可统称为数字量板，也可统称为数字量I/OI/O模板。图模板。图1414为含为含有有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模板模板的结构框图，由的结构框图，由PCPC总线接口逻辑、总线接口逻辑、I/OI/O功能功能逻辑、逻辑、I/OI/O电气接口等三部分组成。如图电气接口等三部分组成。如图4-4-1414所示。所示。2023/8/13 16:15计算机控制系统564、DI/D2024/7/11 2:12计算机控制系统572023/8/13 16:15计算机控制系统572024/7/11 2:12计算机控制系统58 PC总线接口逻辑部分由总线接口逻辑部分由8位数据总线缓冲器、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。基址译码器、输入和输出片址译码器组成。I/O功能逻辑部分只有简单的输入缓冲器和输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、加强和选通作用；输出锁存器锁信号的缓冲、加强和选通作用；输出锁存器锁存存CPU 输出的数据或控制信号，供外部设备使输出的数据或控制信号，供外部设备使用。用。I/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8255A构成，也可以用构成，也可以用74LS240、244、373、273等芯片实现。等芯片实现。2023/8/13 16:15计算机控制系统58 PC总线接2024/7/11 2:12计算机控制系统59I/O电气接口部分的功能主要是：电平转换、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。滤波、保护、隔离、功率驱动等。各种数字量各种数字量I/O模板的前两部分大同小异，不模板的前两部分大同小异，不同的主要在于同的主要在于I/O电气接口部分，即输入信号电气接口部分，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。不同需求所决定的。2023/8/13 16:15计算机控制系统59I/O电气接2024/7/11 2:12计算机控制系统60小结小结数数字字量量输输入入输输出出通通道道是是计计算算机机测测控控系系统统中的重要组成部分。中的重要组成部分。2023/8/13 16:15计算机控制系统60小结数字量输2024/7/11 2:12计算机控制系统61小结小结首首先先介介绍绍了了当当前前计计算算机机控控制制系系统统中中最最重重要要的的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动电电路路与与固固态态继电器驱动电路。继电器驱动电路。2023/8/13 16:15计算机控制系统61小结首先介绍2024/7/11 2:12计算机控制系统62小结小结通通过过对对各各种种输输入入输输出出通通道道接接口口电电路路的的分分析析，可可以以看看出出，光光电电耦耦合合隔隔离离器器的的抗抗干干扰作用是十分重要的。扰作用是十分重要的。2023/8/13 16:15计算机控制系统62小结通过对各