微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第二章改詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)優(yōu)選微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第二章改當(dāng)前第2頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)2.8.1光電耦合隔離技術(shù)在開關(guān)量控制中，最常用的器件是光電耦合隔離器（簡(jiǎn)稱“光電耦合器”或“光耦”）。光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收輸出端（二次側(cè)）是電絕緣的，從而對(duì)地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾的能力，且速度高、價(jià)格低、接口簡(jiǎn)單，因而得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前第3頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)（a）二極管型（b）三極管型（c）雙向晶閘管型圖2-48光電耦合器的幾種類型圖2-49光電耦合器應(yīng)用電路當(dāng)前第4頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)典型的光電耦合隔離電路有數(shù)字量同相傳遞與數(shù)字量反相傳遞兩種，如圖2-50所示。（a）數(shù)字量同相傳輸（b）數(shù)字量反相傳輸圖2-50光電耦合隔離電路當(dāng)前第5頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)2.8.2數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道的任務(wù)是把外界生產(chǎn)過程的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)或數(shù)字信號(hào)送至計(jì)算機(jī)或微處理器，簡(jiǎn)稱DI（DigitalInput）通道。當(dāng)前第6頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)一、數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)輸入數(shù)字信號(hào)的類型不同，數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)也不同。一般由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路等組成。圖2-51數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)當(dāng)前第7頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)

（1）TTL電平編碼數(shù)字（二進(jìn)制、十進(jìn)制）。可將編碼數(shù)字直接接到并行接口電路的輸入端口上。對(duì)于可靠性要求很高的場(chǎng)合，輸入數(shù)字信號(hào)可經(jīng)光電隔離后再接到接口上。

（2）脈沖列。若脈沖頻率不高，則可采用軟件計(jì)數(shù)的方法，將脈沖信號(hào)加到并行接口的一個(gè)輸入端，用查詢方式或中斷方式對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)；若脈沖頻率高，軟件計(jì)數(shù)來不及處理，則需外加硬件計(jì)數(shù)器，比如使用可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253就很方便。（3）若輸入的是來自操作臺(tái)的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、繼電器或來自現(xiàn)場(chǎng)的行程開關(guān)等觸點(diǎn)接通或斷開的開關(guān)量信號(hào)，則需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路，將觸點(diǎn)的通斷轉(zhuǎn)換成高電平或低電平，同時(shí)考慮濾波、防觸點(diǎn)抖動(dòng)以及采用光電隔離等措施。當(dāng)前第8頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)+5V80C51P0.0P0.7A84125.1K×8AA84218421當(dāng)前第9頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)光電脈沖編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出。可用于速度測(cè)量和定位。當(dāng)前第10頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)●接近開關(guān)原理與用途：

利用電渦流原理制作，用于金屬的無接觸檢測(cè)，具有無磨損、響應(yīng)速度高、檢測(cè)精度高等特點(diǎn)。

用于數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)控制及工件的位置檢測(cè)。

響應(yīng)速度快，定位精度高。

無接觸，防護(hù)等級(jí)高。當(dāng)前第11頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)當(dāng)前第12頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)在開關(guān)量輸入電路中，常用的信號(hào)調(diào)理技術(shù)有電平轉(zhuǎn)換、RC濾波、過電壓保護(hù)、反電壓保護(hù)、光電隔離等。（1）電平轉(zhuǎn)換是用電阻分壓法把現(xiàn)場(chǎng)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。（2）RC濾波是用RC濾波器濾除高頻干擾。（3）過電壓保護(hù)是用穩(wěn)壓管和限流電阻作過電壓保護(hù)；用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬態(tài)尖峰電壓箝位在安全電平上。（4）反電壓保護(hù)是串聯(lián)一個(gè)二極管防止反極性電壓輸入。（5）光電隔離用光耦隔離器實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外部的完全電隔離。當(dāng)前第13頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)二、觸點(diǎn)抖動(dòng)處理在機(jī)械式開關(guān)觸點(diǎn)開始接觸或脫離接觸的瞬間，由于存在彈性使觸點(diǎn)產(chǎn)生彈跳，輸出的電信號(hào)會(huì)有抖動(dòng)現(xiàn)象。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間在10～20ms之間。為了消除由于觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)而產(chǎn)生的信號(hào)振蕩，一般可采取軟件法或硬件法來消除這種抖動(dòng)。當(dāng)前第14頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)按鈕閉合和斷開過程示意圖當(dāng)前第15頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)軟件法即通過軟件延時(shí)，多次查詢?nèi)ザ秳?dòng)。當(dāng)連續(xù)幾次檢測(cè)為同一電平時(shí)，才記入。硬件法一般都采取電容濾波來消除抖動(dòng)。圖2-52防抖動(dòng)調(diào)理電路當(dāng)前第16頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)三、典型的開關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理電路（a）直流輸入電路當(dāng)前第17頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)（b）交流輸入電路圖2-53開關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理電路當(dāng)前第18頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)2.8.3數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道簡(jiǎn)稱DO（DigitalOutput），它的任務(wù)是輸出數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。圖2-54數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)當(dāng)前第19頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)一、晶體管輸出驅(qū)動(dòng)電路1.普通三極管驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流只有十幾mA時(shí)，只要一個(gè)普通的功率三極管就能構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。圖2-55小功率三極管驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)前第20頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)2.達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流需要達(dá)到幾百毫安時(shí)，如驅(qū)動(dòng)中等功率繼電器，輸出電路必須采取多級(jí)放大或提高三極管增益的辦法。達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)器是由多對(duì)兩個(gè)三極管組成的達(dá)林頓復(fù)合管構(gòu)成，具有高輸入阻抗、高增益、輸出功率大及保護(hù)措施完善的特點(diǎn)，同時(shí)多對(duì)復(fù)合管也非常適用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的多路負(fù)荷。

當(dāng)前第21頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)ULN2003是高耐壓、大電流驅(qū)動(dòng)陣列芯片，內(nèi)部由7個(gè)NPN型達(dá)林頓管組成。ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7kΩ的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，可用于驅(qū)動(dòng)常見的小功率負(fù)載（如繼電器、電磁閥、小直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等）。若實(shí)際應(yīng)用電路需要更大的驅(qū)動(dòng)電流，可將多組單元驅(qū)動(dòng)電路并聯(lián)。當(dāng)前第22頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)（a）ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖（b）一組驅(qū)動(dòng)電路的原理圖圖2-56ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)ULN2003芯片內(nèi)部集成有一個(gè)續(xù)流二極管，9腳（COM端）便是內(nèi)部續(xù)流二極管的共陰極。當(dāng)用2003驅(qū)動(dòng)繼電器時(shí)，可以省略掉保護(hù)繼電器線圈的二極管。使用時(shí)只需將COM接到繼電器電源端。如果負(fù)載是阻性的，9腳可以懸空。ULN2003第8腳是共地引腳，直接接地。當(dāng)前第23頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)圖2-57ULN2003常用驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)前第24頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)二、繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路電磁繼電器主要由線圈、鐵心、銜鐵和觸點(diǎn)等部件組成，簡(jiǎn)稱為繼電器。繼電器方式的開關(guān)量輸出是一種最常用輸出方式。圖2-58繼電器原理當(dāng)前第25頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)當(dāng)前第26頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)由于繼電器線圈是電感性負(fù)載，當(dāng)電路突然關(guān)斷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較高的電感性浪涌電壓，為了保護(hù)驅(qū)動(dòng)器件，應(yīng)在繼電器線圈兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，為電感線圈提供一個(gè)電流泄放回路。

圖2-59繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)前第27頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)接觸器和繼電器的原理是一樣的，本質(zhì)區(qū)別就是承受的載荷不同，電流容量大的是接觸器，小的是繼電器；繼電器工作的電流比較小，主要使用在控制回路（二次回路），繼電器的觸點(diǎn)較多，種類也很多，有時(shí)間繼電器，交流繼電器，中間繼電器等；接觸器工作的電流比較大、電壓比較高，一般用于主回路（一次回路）控制。增加了滅弧裝置。分為交流接觸器和直流接觸器。當(dāng)前第28頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)低壓接觸器真空接觸器當(dāng)前第29頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)三、固態(tài)繼電器（SSR）驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器（SolidStateRelay，SSR）是一種新型的無觸點(diǎn)開關(guān)電子繼電器，它利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制回路與負(fù)載回路之間的電隔離和信號(hào)耦合，而且沒有任何可動(dòng)部件或觸點(diǎn)，卻能實(shí)現(xiàn)電磁繼電器的功能，故稱為固態(tài)繼電器。它具有體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械噪聲、無抖動(dòng)和回跳、壽命長(zhǎng)等傳統(tǒng)繼電器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前第30頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)當(dāng)前第31頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)圖2-60固態(tài)繼電器結(jié)構(gòu)原理圖SSR的輸入端與晶體管、TTL、CMOS電路兼容，輸出端利用器件內(nèi)的電子開關(guān)來接通和斷開負(fù)載。工作時(shí)只要在輸入端施加一定的弱電信號(hào)，就可以控制輸出側(cè)大電流負(fù)載的通斷。當(dāng)前第32頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)SSR的輸出端可以是直流也可以是交流，分別稱為直流型SSR和交流型SSR。直流型SSR內(nèi)部的開關(guān)組件為功率三極管，交流型SSR內(nèi)部的開關(guān)組件為雙向晶閘管。交流型SSR按控制觸發(fā)方式不同又可分為過零型和移相型（非過零型）兩種，

當(dāng)前第33頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)（a）過零型（b）非過零型圖2-61交流型SSR類型當(dāng)前第34頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)圖2-62固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)前第35頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)五、晶閘管驅(qū)動(dòng)電路晶閘管又稱可控硅（SCR），是一種大功率的半導(dǎo)體器件，具有用小功率控制大功率、開關(guān)無觸點(diǎn)等特點(diǎn)，在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。當(dāng)前第36頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)晶閘管是一個(gè)三端器件，其符號(hào)表示如圖2-63所示，（a）為單向晶閘管，有陽極A、陰極K、控制極（門極）G三個(gè)極。當(dāng)陽、陰極之間加正壓時(shí)，控制極與陰極兩端也施加正壓使控制極電流增大到觸發(fā)電流值時(shí)，晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通；只有在陽、陰極間施加反向電壓或陽極電流減小到維持電流以下，晶閘管才由導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂＃╝）單向晶閘管（b）雙向晶閘管圖2-63晶閘管的結(jié)構(gòu)符號(hào)當(dāng)前第37頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)圖2-64雙向晶閘管輸出驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)前第38頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)2.9I/O通道的抗干擾技術(shù)（掌握）微機(jī)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境往往比較復(fù)雜、惡劣，存在大量的電磁信號(hào)，如電網(wǎng)的波動(dòng)、強(qiáng)電設(shè)備的啟停、高壓設(shè)備和開關(guān)的電磁輻射等，當(dāng)它們?cè)谙到y(tǒng)中產(chǎn)生電磁感應(yīng)和干擾沖擊時(shí)，往往就會(huì)擾亂系統(tǒng)的正常運(yùn)行，輕者造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，降低了系統(tǒng)的精度；重者會(huì)引起控制系統(tǒng)死機(jī)或誤動(dòng)作，造成設(shè)備損壞或人身傷亡。這對(duì)系統(tǒng)的可靠性與安全性構(gòu)成了極大的威脅。當(dāng)前第39頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)影響計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要因素是來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種干擾。進(jìn)入I/O通道的干擾按照其對(duì)電路的作用形式，通常分為有串模干擾和共模干擾。下面分別說明其性質(zhì)及其抑制方法。當(dāng)前第40頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)2.9.1串模干擾及抑制方法串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)，也稱橫向干擾或正態(tài)干擾。產(chǎn)生串模干擾的原因有分布電容的靜電耦合，長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ校臻g電磁場(chǎng)引起的磁場(chǎng)耦合，以及50Hz的工頻干擾等。當(dāng)前第41頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)圖2-65串模干擾示意圖當(dāng)前第42頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)串模干擾的抑制方法：（1）加入輸入濾波器。（2）對(duì)被測(cè)信號(hào)盡可能早地進(jìn)行信號(hào)放大，以提高電路中的信號(hào)噪聲比；或者盡可能早地完成A/D轉(zhuǎn)換再進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸；或者采用隔離和屏蔽等措施。（3）從選擇元器件人手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。（4）可采用屏蔽雙絞線或同軸電纜連接一次儀表和轉(zhuǎn)換設(shè)備減少電磁感應(yīng)。（5）利用數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)已進(jìn)入計(jì)算機(jī)的串模干擾進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如可采用平均值法、中值法、一階滯后濾波算法等濾除干擾信號(hào)。當(dāng)前第43頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)2.9.2共模干擾及抑制方法共模干擾是指A/D轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，被控制和被測(cè)試的參量可能很多，并且分散在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)地方，計(jì)算機(jī)接收的信號(hào)或發(fā)出的控制信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或?qū)ο笾g一般用很長(zhǎng)的導(dǎo)線連接，而導(dǎo)線上存在阻抗。因此，被測(cè)信號(hào)的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)控制信號(hào)的接地點(diǎn)之間往往存在一定的電位差。當(dāng)前第44頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)圖2-67共模干擾示意圖圖2-68輸入隔離當(dāng)前第45頁\共有47頁\編于星期二\7點(diǎn)共模