《开关量输出》课件

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1、智能仪器与系统19-20学时第2章智能仪器的输入/输出通道及接口技术（八）开关量输出通道主要讲解内容：1）开关量输出的一般结构2)数字隔离器件3)输出驱动接口电路将CPU输出的控制量转换为对被控对象的控制操作。对于只有二种工作状态的执行机构或器件，用智能仪器输出开关量来控制它们，例如控制马达的启动和停止，指示灯的亮和灭，电磁阀的开和关等。这些执行机构或器件所要求的控制电压和电流千差万别，有的是直流驱动的，有的是交流驱动的，都必须根据对象采用合适的电气接口。一.开关量输出的一般结构1.开关量输出通道的用途CP

2、U输出锁存数字隔离输出驱动被控对象2.开关量输出通道的一般结构典型的开关量输出通道结构1)输出锁存:当对生产过程进行控制时，控制量往往需要保持，直到输出新的控制量，所以，每次输出的控制量就需要保存（锁存）。输出锁存器可用可编程接口电路8255，也可用简单接口电路如244，273，373等来实现。2)数字隔离:在输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到CPU系统中，一般需要采用通道隔离技术。（光-电隔离技术）使用光电隔离器时，要注意以下4点：①当光电隔离器导通时，必须输入足够大的导通电流，

3、使发光二极管发出的光使输出端动作。光电隔离器的发光二极管正常发光电流为毫安级.②光电隔离器只能通过一定频率以下的脉冲信号。因此，在高频信号传输中要考虑其频率特性，选择通过频率比较高的光电隔离器③光电隔离器输出端的灌电流不能太大，否则可能使输出端击穿，导致光电隔离器的损坏，因而在光电隔离器与被控对象之间要加驱动电路。④利用光电隔离器实现控制通道的隔离时，用于驱动发光二极管的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的电源，否则外部干扰可能通过地线串到CPU中去，这样就失去了隔离作用。解决的方法有两个：即在光电隔离的两侧

4、分别使用不同的电源，也可用DC-DC变换的方法往输出端提供一个与光隔输入端隔离的电源。3)输出驱动:①要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驱动信号，关键在于输出通道中的功率驱动电路。②根据现场开关器件功率的不同，可有多种数字量驱动电路的构成方式。二.数字隔离器件1.光耦合器件电路原理光耦合器件是一种常用的以光为媒介传输信号的电路，如下图所示：图中发光二极管和光敏三极管封装在同一个管壳内，发光二极管的作用是将电信号变为光信号，光敏三极管接收光信号，再将它转变为电信号。1)光耦合器件有如下特

5、点：①输出信号与输入信号没有公共地,在电气上完全隔离.②无触点，寿命长，可靠性高。③响应速度快，易与TTL电路配合使用。2)光耦合电路的工作原理：当Vi为低电平时，流过发光二极管的电流为零，发光二极管截止,则光敏三极管截止，VO输出高电平+VO；当Vi为高电平时，电流I1经R1流经发光二极管使其导通发光，光信号作用于光敏三极管使其饱和导通，VO输出为低电平。所以光电耦合器件兼有反相及电平转换作用。R1为限流电阻，其阻值决定了发光二极管的导通电流I1，I1一般选为几毫安。R2的取值要保证VO输出的高，低电平的

6、要求。2.继电器隔离器件的电路原理继电器隔离器件主要是采用电磁式继电器组成的电路来完成。它是由小电流的通断控制大电流的通断的常用的开关控制器件。电磁式继电器电路的符号如下图所示：当它的电磁线圈Y通过一定数值的电流时，产生的电磁吸引力大于弹簧的反作用力，衔铁动作使输出回路中的常开触点闭合，常闭触点打开。当通过线圈的电流小于释放电流时，弹簧将衔铁弹回，输出回路各触点恢复原态。电磁式继电器的线圈的驱动电源可能是直流的，也可能是交流的.三.输出驱动接口电路1.小功率驱动接口电路①TTL三态门缓冲器这类电路的驱动能力

7、要高于一般的TTL电路。例75451,74LS244，74LS245等，可用来驱动光电耦合器件，LED，中功率晶体管等。下图就为采用75451作为驱动指示灯的电路.当单片机P1.7口输出低电平时,2A,2B为00,则2Y有信号输出,指示灯L2发光.②集电极开路门（OC门）OC门电路的输出是一个集电极开路的晶体三极管，如下图所示：组成电路时，OC门的输出端必须外接一个接至正电源的负载才能正常工作，负载正电源+V可以比TTL电路的VCC高很多。例7406，7407OC门输出极截止时耐压可高达30V。输出低电平时

8、吸收电流的能力也高达40mA，因此，OC门是一种即有电流放大功能，又有电压放大功能的开关量驱动电路。在智能仪器的实际应用中常用来驱动LED显示。①晶体管输出驱动电路门电路外加晶体管可以为直流执行器件提供更大的驱动电流。如下图所示：图中的晶体管是小功率管，其驱动能力大约为10-50mA。对于中功率管，驱动能力可达50-500mA。如果采用大功率管驱动能力会更强。使用时应注意门电路为高电平时，必须保证能提供给晶体管足