第8章 输入输出通道及接口技术

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1、第8章输入输出通道及接口技术8.1输入输出通道概述8.2当电隔离接口8.3常用人机交互设备接口8.4D/A、A/D转换器及其接口8.5步进电机及其接口8.1输入输出通道概述8.1.1输入通道将单片机用作测控系统时，系统都会有一个被测信号的输入通道，单片机通过输入通道拾取必要的输入信号。对于测量系统而言，如何准确获取被测信号是核心任务;而对于测控系统来讲，对被测对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。下一页返回8.1输入输出通道概述输入通道是设置在单片机和被测对象之间的信息传送和转换的连接通道，单片机对被测对象状态的拾取，一般离不开传感

2、器或敏感元件。这是因为被测信号的状态参数通常是一种非电量的物理量(如温度、压力、载荷、位移等)，而单片机只能识别处理电信号的数字量，因此利用传感器将非电量的物理量转换成电信号才能实现测量和控制的任务。输入通道的结构，如图8-1所示。下一页返回上一页8.1输入输出通道概述输入通道的特点:(1)输入通道的类型取决于从传感器送入信号的类型，由于不同的信号需要不同的转换电路，这也就决定了输入通道的类型。(2)输入通道对于传感器输出的微弱信号必须加以放大。(3)输入通道的主要技术指标是信号的转换精度和速度，它们是选择转换器件的依据。(4)对于被测现场环境较

3、差的情况，为防止干扰信号进入单片机控制系统，需要在输入通道中加入抗干扰措施。下一页返回上一页8.1输入输出通道概述8.1.2输出通道输出通道是单片机用以连接各种被控装置的信号通道。单片机完成对输入通道所输入的数据处理后，总是以数字信号送往输出通道的。根据被控装置控制信号的要求，在输出通道中将送入的信号进行变化，以达到控制被控装置的目的输出通道的结构，如图8-2所示。下一页返回上一页8.1输入输出通道概述输出通道的特点:(1)小信号输入，大功率控制。在目前的集成电路制造工艺下，单片机还不能输出直接控制装置所要求的功率信号，因此在输出后必须进行功率放

4、大。(2)输出通道直接与控制装置的执行机构连接，而控制装置多为大功率的伺服驱动机构，各类电磁干扰会经输出通道窜入微机系统，因此必须在输出通道中采取抗干扰措施。返回上一页8.2光电隔离接口8.2.1光电藕合器概述在单片机控制系统中，往往要求将单片机部分和强电回路的信号进行隔离，以防止强电磁场或工频干扰电压通过输出通道影响到单片机控制系统。信号的隔离，最常用的是光电藕合器，因为光信号的传送不受电场、磁场的干扰，可以有效地隔离电信号。下一页返回8.2光电隔离接口光电藕合器是以“光-电-光”转换的过程进行工作的。内部包括发光部分和受光部分，组装在一个密封

5、管壳内。发光部分为发光二极管，作为输入端;受光部分为光敏元件，作为输出端。图8-3为常用的三极管型光电藕合器原理图。当输入端加上电信号，发光二极管导通发光，光敏三极管受到光照后产生光电流，光敏三极管导通。这样就以光为媒介，实现了电信号的传输。下一页返回上一页8.2光电隔离接口光电藕合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种噪声干扰，使通道上的信号噪声比大为提高，主要有以下几方面的原因:(1)光电藕合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105~106Ω。即使干扰电压的幅度较大，到光电藕合器输入端的噪声电压也会很小，只能

6、形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极管发光，从而被抑制掉了。下一页返回上一页8.2光电隔离接口(2)光电藕合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地，之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰噪声都很难通过光电藕合器馈送到另一边去，避免了共阻抗藕合的干扰信号的产生。(3)光电藕合器可起到很好的安全保障作用，当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光藕合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。下一页返回上一页8.2光电隔离接口(4)光电藕合器的响应速度极快，其响应延迟时间只有1

7、0μs左右，适于对响应速度要求很高的场合。光电藕合器的发光部分一般采用砷化镓发光二极管，受光部分的结构不同可分为晶体管型、晶闸管型和集成电路型3种类型。下一页返回上一页8.2光电隔离接口8.2.2常用的光电藕合器件光电藕合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强、无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点。因而在各种电子设备上得到广泛的应用。光电藕合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中。常见的光电藕合器件有以下几种。(1)二极管-晶体管藕合的4N25、TLP541;(2)二极管-达林顿管藕合的4N38、TPL570;(3)

8、二极管-TTL藕合的6N137。下一页返回上一页8.2光电隔离接口8.2.3光电藕合器接口电路1.微机中的光电隔离接口电路微机接口电路中