测控系统原理与设计3-输出.ppt

1、第三章 输出通道及接口技术本章主要内容模拟量输出通道1D/A转换器与微处理器接口2DAC的应用3开关量输出通道4电压电流变换451. 模拟量输出通道l 重点：2. 输出通道的结构、组成、工作原理及应用重点：智能仪器输出信号智能仪器输出信号 模拟量输出信号开关量输出信号 数字量输出信号直流电流信号a. 4mA20mA(负载电阻250-750) b. 0mA10mA(负载电阻0-3000)适用于传输距离较远的场合1V5V电压信号适用于传输距离较近的场合模拟量输出信号模拟量输出信号开关量输出信号开关量输出信号指只有开和关、通和断、高和低两种状态的信号，可以用二指只有开和关、通和断、高和低两种状态的信

2、号，可以用二进制数进制数0 0和和1 1表示这种运行状态。如继电器或接触器的闭合和表示这种运行状态。如继电器或接触器的闭合和释放、电动机的启动和停止、超限声光报警等释放、电动机的启动和停止、超限声光报警等。数字量输出信号数字量输出信号串行用于较远距离的数据传输和信息交换，如智能仪器与串行用于较远距离的数据传输和信息交换，如智能仪器与上位机之间通信；上位机之间通信；并行用于较近距离的数据传输和信息交换，如智能仪器与并行用于较近距离的数据传输和信息交换，如智能仪器与其他智能仪器之间通信，速度较快；其他智能仪器之间通信，速度较快；寄存器D/A调理电路显示器记录器1.模拟量输出通道的任务？2.模拟量输

3、出通道的基本形式？ 模拟量输出通道一般有单路模拟量输出通道和多路模拟量输模拟量输出通道一般有单路模拟量输出通道和多路模拟量输出通道。出通道。 把把CPUCPU处理后的数字量转换成模拟量（即连续变化电流或电压）处理后的数字量转换成模拟量（即连续变化电流或电压）单路模拟量输出通道的一般结构单路模拟量输出通道的一般结构 寄存器用于保存计算机输出的数字量；D/A转换器用于将计算机输出的数字量转换为模拟量；而D/A转换器输出的模拟量信号往往无法直接驱动执行机构，需要放大/变换电路进行适当地放大或变换。 微型计算机 寄存器 D/A转换器 放大变换电路 执行机构 微型计算机 接口 D/A转换器 保持器 执行

4、机构 多路开关 保持器 执行机构 保持器 执行机构 微型计算机接口缓冲器D/AD/A1通道1通道2多路模拟量输出通道的一般结构多路模拟量输出通道的一般结构 一、零阶保持与平滑滤波一、零阶保持与平滑滤波从模拟信号转换成数字信号： “采样”“A/D”从数字信号恢复出模拟信号： “D/A”“保持”“采样”将连续信号离散化。“保持”将离散信号连续化： （a）一阶保持不容易用电路实现(b)零阶保持容易用电路实现 零阶保持的实现电路 图222 零阶保持的两种实现电路零阶保持器作用消去TS, 突出基带频谱X() 平滑滤波器作用滤掉零阶保持器漏过的调制频谱X() 。计算机数 据寄存器R1调理电路执行机构控制逻

5、辑D/A数 据寄存器R1数 据寄存器R1D/AD/A调理电路调理电路执行机构执行机构不适合于要求多个执行机构同步动作的系统每通道都有独立的寄存器和D/A转换器计算机数 据寄存器R1调理电路执行机构控制逻辑D/A数 据寄存器R1数 据寄存器R1D/AD/A调理电路调理电路执行机构执行机构数 据寄存器R2数 据寄存器R2数 据寄存器R2每通道都有独立的两个寄存器和D/A转换器各执行机构同步动作寄存器调理电路执行机构控制逻辑D/A转换器调理电路调理电路执行机构执行机构采样保持器采样保持器采样保持器不适合于要求多个执行机构同步动作的系统各通道都共用一个寄存器和一个D/A转换器寄存器调理电路执行机构控制

6、逻辑D/A转换器调理电路调理电路执行机构执行机构跟随保持放大器跟随保持放大器跟随保持放大器模拟多路开关各通道都共用一个寄存器和一个D/A转换器不适合于要求多个执行机构同步动作的系统n 2THnVVmax2 D/AD/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以电压（或电流）的形式输出。因此，电压（或电流）的形式输出。因此，D/AD/A转换器可以看作是转换器可以看作是一个译码器。一般常用的线性一个译码器。一般常用的线性D/AD/A转换器，其输出的模拟电转换器，其输出的模拟电压压V V和数字量和数字量D D成正比关系。成正比关系。V=KD,KV

7、=KD,K为常数。为常数。（1 1）. .基本原理基本原理输入是输入是n n位二位二进制数进制数D/AD/AiniiOODkiv2)(10D D0 0D D1 1D Dn-1n-1k:k:转换比例系数转换比例系数输出模拟电压（或模拟电流）与输入数字量成正比关系。输出模拟电压（或模拟电流）与输入数字量成正比关系。假设：转换比例系数假设：转换比例系数K=1,K=1,输入数字量输入数字量n=3n=3210210( )222OOv iDDD输出模拟电压（或模拟电流）为：输出模拟电压（或模拟电流）为：) 13 , 2 , 1 , 0(niiD0 0 1 1位权值位权值D2D1D0VO/V00000011

8、010201131004101511061117001122222)(DDDivOO从转换特性表中看出：从转换特性表中看出： 每一个二进制代码的数字信号，通过位数（位权值）的计算，都可以对应一个相应的十进制数。 相邻两个数字信号转换出来的数值是不连续的，说明转换电路存在转换误差。这个误差也就是D/A转换电路所能分解的最小量，通常称为量化级。D/A转换特性7654321000 001 010 011 100 101 110 111 000VO/VDD3D D2 2D D1 1D D0 0V VREFREFS S3 3S S2 2S S1 1S S0 02 23 3R R2 22 2R R2 21

9、 1R R2 20 0R RRF+ +- -+ + 电路构成：（以电路构成：（以4 4位位D/AD/A为例）为例）模拟电子开关模拟电子开关S S：D i = 0, S i = GNDD i = 0, S i = GNDD i =1, S i = VD i =1, S i = VREFREF权电阻网络：是一个加权求和电路，通权电阻网络：是一个加权求和电路，通过它可以把输入数字量过它可以把输入数字量D D中的各位中的各位1 1按位权按位权变化为相应的电流，再经过运放求和，最变化为相应的电流，再经过运放求和，最终得到与终得到与D D成正比的模拟电压成正比的模拟电压V VO O。 位权电阻分别为：位权

10、电阻分别为：2 20 0R R、2 21 1R R、2 22 2R R、2 23 3R R基准电压：基准电压：V VREFREF通过模拟开关，按权关系加到电阻解码网络。通过模拟开关，按权关系加到电阻解码网络。求和放大器求和放大器: :由运放构成的反向放大器组成。作为求和权电阻网络由运放构成的反向放大器组成。作为求和权电阻网络的缓冲器，使输出模拟电压的缓冲器，使输出模拟电压V VO O不受负载变化的影响。并且可以通过不受负载变化的影响。并且可以通过改变反馈电阻改变反馈电阻R Rf f的大小来调节转换比例系数。的大小来调节转换比例系数。 模拟开关受二进制数码模拟开关受二进制数码 DiDi的控制。的

11、控制。D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0控制相应的模拟电控制相应的模拟电子开关子开关S S3 3S S2 2S S1 1S S0 0。D3D2D1D0=1000时：S3接VREF,其余接地I3I2I1I0302REFVIRD3D2D1D0=0100时：S2接VREF,其余接地212REFVIRD3D2D1D0=0010时：S1接VREF,其余接地RVIREF212RVIREF302D3D2D1D0=0001时：S0接VREF,其余接地D3D2D1D0=1111时：D3D2D1D0全部接VREF根据叠加原理求和放大器总输入电流为：3210iIIII031221302222DRVDR

12、VDRVDRVREFREFREFREF)2222(2001122333DDDDRVREFiiiREFDRV22303i) 3 , 2 , 1 , 0(i1 0 0 00 1 0 00 0 1 00 0 0 11 1 1 1D3D2D1D0VREFS3S2S1S023R22R21R20RRF+-+iniinREFDRVi22101求和放大器输出电压为：iniinfREFfoDRRViRv22101iniinREFfDVRR22210输出模拟电压VO的大小与输入的二进制数码的数值大小成正比，102niiiD 输入二进制数码位数越多，量化级越小，D/A输出电压越接近模拟电压。同时还与量化级有关。2R

13、EFnV在单片集成在单片集成DAC中，中，DAC0806、DAC0807、DAC0808等采等采用权电流型用权电流型D/A转换电路。转换电路。 T型网络中只有两种电阻R、2R 从任何一个接点向左、右、下看进去的等效电阻均为2R。0123开关支路接点流进的电流等分为二，从左、右支路流出。RVIREF3I2/I2/IS3S2S1S0D0D1D2D3+-R2R2R2R2R2R2RRRVREFRFVREF2R2R2RD3D2D1D0=0001时：S0接VREF,其余接地RVIREF30I0I1I2I3该电流每通过一个接点二等分一次，到求和电路输入端共通过0，1，2，3四个节点，所以:400213RVI

14、IREF311213RVIIREF222213RVIIREF133213RVIIREFD3D2D1D0=0010时：D3D2D1D0=0100时：D3D2D1D0=1000时：D3D2D1D0=1111时：3210IIIIi0123i0I1I2I 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1S3S2S1S0D0D1D2D3+-R2R2R2R2R2R2RRRVREFRF31221304213213213213DRVDRVDRVDRVREFREFREFREF3210IIIIi)21212121(331221304DDDDRVREF)2222(21300112233

15、4DDDDRVREFiiiREFDRV2213304求和放大器输出电压：iiifREFfODRRViRv232304iniifnREFfODRRViRv23210成正比和数字量iODv3.D/A3.D/A转换器输入输出形式转换器输入输出形式 D/A转换器的数字量输入端有3种情况：不含数据锁存器；含单个数据锁存器；含双数据锁存器。对于D/A转换器的输出，则又有单极性和双极性之分，以及某些场合下的偏置输出方式。 单极性和双极性输出、输入关系式分别用下式表示： REFnOUTVDU2REFOUTVUU12单极性 ：双极性 ： 电压输出型D/A转换器均为单极性输出方式。对于电流输出型D/A转换器，需要

16、外接一个运算放大器作为电流-电压变换电路，此时输出也为单极性输出。从图中可以看到，输出电压的极性是由参考电压VREF的极性决定的，当运算放大器为反相放大器时，输出电压的极性与参考电压的极性相反。 双极性输出方式是在单极性输出的基础上加上一个运算放大器所构成的。单极性输出的最低有效位1LSB= VREF28，双极性输出的最低有效位1LSB=VREF/27。可见双极性输出比单极性输出，在灵敏度上要低一倍。74LS74(1)的口地址为BFFFH，74LS74(2)和74LS377的口地址均为7FFFH。2、D/A转换子程序8031单片机先把高2位数据输出到74LS74(1)，接着把低8位数据输出到7

17、4LS377，与此同时，74LS377的片选信号也作为74LS74(2)的时钟脉冲，把74LS74(1)的高2位数据打入74LS74(2)中，从而使一个完整的10位数据同时到达AD7520的10位数据输入端转换成相应的模拟输出电压。 5、 MCS-51与8位DAC0832的接口（1）DAC0832芯片芯片 DAC0832是一种电流型D/A转换器，数字输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲、单缓冲或直通方式输入，它的内部结构如图。 与与与DI0DI7ILECSWR1WR2X F ER输入寄存器DAC寄存器D/A转换器LE1LE2VREFRfbIOUT1IOUT2AGNDVCCDGNDDAC0832（

18、2）DAC0832的引脚的引脚DAC0832有20引脚，采用双列直插式封装，如图所示。CSWR1AGNDDI3DI2DI2DI0VREF R F B DGNDVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT21234567891020191817161514131211其中：DI0DI7（DI0为最低位）：8位数字量输入端。ILE：数据允许控制输入线，高电平有效。：片选信号。 ：写信号线1。WR1 CS ：写信号线2。 WR2 ：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 XFER IOUT1：模拟电流输出线1。它是数字量输入为“1”的模拟电流输出端。IOUT2：模拟电流输出线2

19、，它是数字量输入为“0”的模拟电流输出端，采用单极性输出时，IOUT2常常接地。Rfb：片内反馈电阻引出线，反馈电阻制作在芯片内部，用作外接的运算放大器的反馈电阻。VREF：基准电压输入线。电压范围为10V10V。VCC：工作电源输入端，可接5V15V电源。AGND：模拟地。DGND：数字地。（3）DAC0832的工作方式的工作方式DAC0832有三种方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。1直通方式：直通方式： 、 、 、 直接接地，ILE接电源，DAC0832工作于直通方式，此时，8位输入寄存器和8位DAC寄存器都直接处于导通状态，8位数字量到达DI0DI7，就立即进行D/A转换，从输出端

20、得到转换的模拟量。 WR1 WR2 CS XFER 当引脚2单缓冲方式：单缓冲方式： WR1 WR2 CS XFER 当连接引脚 、 、 、 ，使得两个锁存器的一个处于直通状态，另一个处于受控制状态，或者两个被控制同时导通，DAC0832就工作于单缓冲方式，例如下图就是一种单缓冲方式的连接 对于下图的单缓冲连接，只要数据DAC0832写入8位输入锁存器，就立即开始转换，转换结果通过输出端输出。Vout-VCCILECSWR1DI0DI7WR2 XFERDGND AGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V-5V-A+ -P2.7WRP0.0P0.78051（4）双缓冲方式：）双缓冲方式：当

21、8位输入锁存器和8位DAC寄存器分开控制导通时，DAC0832工作于双缓冲方式，双缓冲方式时单片机对DAC0832的操作分两步，第一步，使8位输入锁存器导通，将8位数字量写入8位输入锁存器中；第二步，使8位DAC寄存器导通，8位数字量从8位输入锁存器送入8位DAC寄存器。第二步只使DAC寄存器导通，在数据输入端写入的数据无意义。下图就是一种双缓冲方式的连接。P2.7P2.6WRP0.0P0.7 8051 Vout-VCCILECSXFERWR1WR2DI0DI7DGND AGNDVREFRfbIOUT1IOUT2+5V-5V-A+ - 8031引脚 相连的 DAC0832引脚单缓冲方式接口（图

22、3210、图227）双缓冲方式接口（图3211、图228）WRWR1和和WR2P2.7(P2.70地址码7FFH)无DAC（1）和）和(2)的的XFERP2.6(P2.60地址码BFFH)DAC(2)的的cs和和XFERDAC(2)的的csP2.5(P2.50地址码DFFH)DAC(1)的的cs和和XFERDAC(1)的的cs工作过程分时锁存并转换先分时锁存，后同时转换转换程序MOV DPTR，#DFFFHMOV A,#DATA1MOVX DPTR,AMOV DPTR，#BFFFHMOV A,#DATA2MOVX DPTR,AMOV DPTR，#DFFFHMOV A,#DATA1MOVX DP

23、TR,AMOV DPTR，#BFFFHMOV A,#DATA2MOVX DPTR,AMOV DPTR，#D7FFFHMOVX DPTR,A MOV DPTR，#0FDFFH MOV A，#DATA1 MOVX DPTR, A ；输出高8位数据 DEC DPH ；（DPTR）#0FCEEH MOV A，#DATA+1 MOVX DPTR，A ；输出低4位数据 MOV DPTR，#7FFFH MOVX DPTR,A ；将12位数据同时送达DAC寄存器（5）DAC0832的应用的应用阶梯波发生器 如果送入DAC的数字由0不断增加，V0端将输出阶梯波。如下面的程序，DELAY为延时时间，每隔一个DEL

24、AY时间将输出一个阶梯，如图3.15所示。图3.15 用D/A实现的阶梯波 MOV DPTR , #7FFFH MOV A , #00H ；从0开始LOOP: MOVX DPTR , A ADD A , #N ACALL DELAY SJMP LOOP ；停止 调节延时时间DELAY可产生不同斜率的阶梯波；将参考电压变为正值可产生负阶梯波，改 变N的值可得到不同阶梯高度的阶梯波。锯齿波的合成锯齿波的合成 锯齿波的应用非常广泛，例如控制锯齿波的应用非常广泛，例如控制CRTCRT中电子束的扫描、中电子束的扫描、控制双坐记录仪中记录笔的移动等。可以用单片机控制控制双坐记录仪中记录笔的移动等。可以用单

25、片机控制DACDAC来实现。来实现。 MOV DPTR，#FEFFH ；DAC0832的口地址 MOV A，#00HLOOP1： MOVX DPTR， A INC A ；数码增1 MOV R0，#DATA ；延时参数LOOP2： DJNZ R0，LOOP2 ；延时 SJMP LOOP1 ；循环 END 正弦波的合成正弦波的合成 正弦波是最基本的波形之一。基于微处理器和正弦波是最基本的波形之一。基于微处理器和DACDAC利用利用软件控制的方法产生正弦波，具有灵活、方便、准确率软件控制的方法产生正弦波，具有灵活、方便、准确率高，稳定性好等优点。而且可产生多个具有准确相移的高，稳定性好等优点。而且可

26、产生多个具有准确相移的正弦波。正弦波。 如利用如利用8 8位位DACDAC输出幅值为输出幅值为-5V-5V+5V+5V的正弦波的正弦波, ,由于输出由于输出的正弦波为双极性，所以将的正弦波为双极性，所以将DAC0832DAC0832输出接成双极性输出输出接成双极性输出形式，如图所示。形式，如图所示。 输出双极性正弦波接口电路输出双极性正弦波接口电路 将一个周期（将一个周期（360360）的正弦波的幅值（）的正弦波的幅值（-5V-5V+5V+5V）分为）分为256256个点个点, ,每每2 2点间隔约为（点间隔约为（360360/256/256）=1.4=1.4。 计算每个点对应的电压幅值所对应

27、的数字量，放入表格计算每个点对应的电压幅值所对应的数字量，放入表格中。计算时可取波形的中。计算时可取波形的1/41/4计算好各个点对应的值，根据计算好各个点对应的值，根据对称关系，复制其他区域各值。对称关系，复制其他区域各值。 MOV R1，00H；计数器赋初值SIN： MOV A， R1 MOV DPTR，#TABH MOVC A， ADPTR；查表得输出值 MOV DPTR，7FFFH；指向 0832 MOVX DPTR， A；转换 INC R1 ；计数器加一 AJMP SINTAB：DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H DB 99H,9CH,9FH,A2H

28、,A5H,A8H,ABH,AEH DB B1H,B4H,B7H,BAH,BCH,BFH,C2H,C5H DB C7H,CAH,CCH,CFH,D1H,D4H,D6H,D8H DB DAH,DDH,DFH,E1H,E3H,E5H,E7H,E9H 此方法也适合输出任意波形的信号。 若要产生两个具有准确相移的双极性正弦波，硬件可采用两路DAC，软件可给两路输入不同的初始值，使两路出现相移。如采用N位DAC，相移值对应的数字量D可按下式计算：2360ND 若选用8位DAC，输出相移90的正弦波时，硬件电路在图3.17的基础上再增加一路，如图3.19所示。可将一路DAC的初始值送00H，另一路DAC的初

29、始值送 即可。 826440360DH图3.19 两路正弦波发生电路 相移的分辨力与步距有关，如采用8位DAC，一个正弦周期内最多可分256个点，步距为360/256=1.4，即相移的分辨率为1.4。 由于受单片机程序控制方法的限制，不能输出很高频率的信号。若要采用数字方法输出高频信号的波形，可采用数字频率合成（DDS）技术，即将一个周期的正弦波信号（或其他波形）离散取样后，把样点的幅度数字量存入ROM中，再按一定的地址间隔读出，经D/A转换后可输出对应的模拟信号波形，如图3.20所示。 Vout-VCCILECSWR1DI0DI7WR2 XFERDGND AGNDVREFRfbIOUT1IO

30、UT2+5V-5V-A+ -P2.7P0.0P0.7WR8051C语言编程：锯齿波：#include /定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid main()uchar i;while(1)for (i=0;i0 xff;i+)DAC0832=i;三角波：#include /定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid main()uchar i;while(1)for (i=0;i0;i-)DAC0832=i;

31、方波：#include /定义绝对地址访问#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0 x7FFFvoid delay(void);void main()uchar i;while(1)DAC0832=0; /输出低电平delay(); /延时DAC0832=0 xff; /输出高电平delay(); /延时void delay() /延时函数uchar i;for (i=0;i0 xff;i+) ; DAC1208系列是与12位微处理器相兼容的双缓冲乘法D/A转换器，带有两级缓冲器，第一级缓冲器由高8位输入寄存器和低4位输入寄存器构成；第

32、二级缓冲器即12位DAC寄存器。此外，还有一个12位的D/A转换器。 DAC1208控制信号与DAC0832极其相似，所不同的是增加了一个字节控制信号端。当此控制信号端的输入为高电平时，12位数字量同时送入输入寄存器；而当此端输入为低电平时，只将12位数字中的低4位送到对应的4位输入寄存器。其他控制信号与DAC0832的用法类似。DAC 1208与单片机的接口电路该片DAC1208的口地址为#FDFFH。对这12位数据的分时传送顺序是这样的：先将高8位和低4位的数据分别送入DAC1208的两个输入寄存器中，再将12位数据同时送入DAC寄存器。44. 45. 46. 47.void respon

33、s()/应答 相当于一个智能的延时函数48. 49. uchar i; 50. SCL=1; 51. delay(); 52. while(SDA=1)&(i250) 53. i+; 54. SCL=0; 55. delay(); 56. 57. 58.void init() /初始化59. 60. SDA=1; 61. delay(); 62. SCL=1; 63. delay(); 64. 65. 66.void write_byte(uchar date) /写一字节数据67. 68. uchar i,temp; 69. temp=date; 70. for(i=0;i8;i+) 71.

34、 72. temp=temp250) 115. a=0; 116. 117.void init() /初始化 SDA=1; delay(); SCL=1; delay(); uchar read_byte() uchar i,k; SCL=0; delay(); SDA=1; delay(); for(i=0;i8;i+) SCL=1; delay(); k=(k1)|SDA;/先左移一位，再在最低位接受当前位SCL=0; delay(); return k; void write_byte(uchar date) /写一字节数据 uchar i,temp; temp=date; for(i=

35、0;i8;i+) temp=temp1; /左移一位 移出的一位在CY中SCL=0; /只有在scl=0时sda能变化值delay(); SDA=CY; delay(); SCL=1; delay(); SCL=0; delay(); SDA=1; delay(); void write_add(uchar control,uchar date) start(); write_byte(PCF8591); /10010000 前四位固定 接下来三位全部被接地了 所以都是0 最后一位是写 所以为低电平respons(); write_byte(control); respons(); write

36、_byte(date); respons(); stop(); uchar read_add(uchar control) uchar date; start(); write_byte(PCF8591); respons(); write_byte(control); respons(); start(); write_byte(PCF8591+1); /把最后一位变成1，读respons(); date=read_byte(); stop(); return date; void display(uchar ge,uchar shi,uchar bai) P0=0 xff; LS138A=

37、1; /第一位LS138B=1; LS138C=1; P0=tablege; delay_1ms(5); P0=0 xff; LS138A=0; /第二位LS138B=1; LS138C=1; P0=tableshi; delay_1ms(5); P0=0 xff; LS138A=1; /第三位LS138B=0; LS138C=1; P0=tablebai; delay_1ms(5); void main() uchar num,ge,shi,bai; init(); while(1) display(ge,shi,bai); num=read_add(0 x40); ge=num; num/

38、=10; shi=num; num/=10; bai=num; 0V-5V电压/0mA-10mA电流转换77fioppVVIRRRR0V-10V电压/0mA-10mA电流转换fiffoRVRVI50V-5V电压/0mA-20mA电流转换)(1000250mAVIin集成电压电流转换器XTR110 XTR110XTR110是模拟信号传输设计的精密电压变电流转换器。是模拟信号传输设计的精密电压变电流转换器。它将它将0V-5V0V-5V或或0V-10V0V-10V的电压转换成的电压转换成4mA-20mA4mA-20mA、0mA-20mA0mA-20mA、5mA-25mA5mA-25mA电流输出或其他

39、常用电流范围。电流输出或其他常用电流范围。 智能仪器输出的开关量可用来控制只有两种工作状态的执行机构或器件。例如控制改变液体压力的电磁阀门的开和闭，控制马达的启动和停止，控制指示灯的亮和灭等。 这些执行机构或器件相当于人的手脚，直接推动被控对象，由于被控对象千差万别，所要求的控制电压或电流不同，而且有的需要直流驱动，有的需要交流驱动，应根据具体对象选择合适的执行机构或器件。 执行机构通常需较大电压（电流）来控制，而执行机构通常需较大电压（电流）来控制，而CPUCPU输出输出的开关量大都为的开关量大都为TTLTTL（或（或CMOSCMOS）电平，一般不能直接驱动执）电平，一般不能直接驱动执行机构

40、，需要经过锁存器并经过隔离和驱动电路才能与执行机构，需要经过锁存器并经过隔离和驱动电路才能与执行机构相连。行机构相连。 CPU隔离驱动地址译码DBWRAB锁存开关量输出通道的一般结构开关量输出通道的一般结构（1）.为什么设计隔离电路？（a）在工业现场，执行机构与智能仪器之间相距较远，两处的接地点之间往往存在较大的地电位差，直接加到智能仪器到执行机构之间电路上，会造成较大的电流回路，导致误动作或器件的损坏。（b）长距离的电气连线与大地之间造成面积很大的感应回路，这个回路对外界电磁场干扰很敏感，外界磁场变化会在回路中产生感生电路造成不利影响。开关量输出通道中常用的隔离器件有光电耦合器件和继电器（2

41、 2） 继电器隔离继电器隔离 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被入回路）和被控制系统控制系统（又称输出回路），通常应用于自（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种的一种“自动开关自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。护、转换电路等作用。继电器的分类： 电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器（SSR） 各类继电器图片 电磁式继电器一般由电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触

42、点簧片铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组等组成。成。 电磁式继电器是利用改变金属触点位置而使动触点与定触电磁式继电器是利用改变金属触点位置而使动触点与定触点闭合或分开的，所以具有接触电阻小，流过电流大，耐压点闭合或分开的，所以具有接触电阻小，流过电流大，耐压高等优点，适用于用小电流（小电压）控制大电流的场合。高等优点，适用于用小电流（小电压）控制大电流的场合。 只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的

43、动作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。 对于继电器的对于继电器的“常开、常闭常开、常闭”触点，可以这样来区分：触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，继电器线圈未通

44、电时处于断开状态的静触点，称为称为“常开常开触点触点”；处于接通状态的静触点，；处于接通状态的静触点，称为称为“常闭触点常闭触点”。工作原理：工作原理： 当输出回路包含有感性负载导通电流较大时，在触当输出回路包含有感性负载导通电流较大时，在触点断开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧，以至于点断开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧，以至于烧坏触点或降低触点寿命。为防止这种情况，如果负烧坏触点或降低触点寿命。为防止这种情况，如果负载电源是直流的，可以在触点间并联续流二极管；如载电源是直流的，可以在触点间并联续流二极管；如果负载电源是交流的，可以在触点间并联压敏电阻。果负载电源是交流的，可以在触点间并联

45、压敏电阻。继电器主要电气参数继电器主要电气参数u线圈电源和功率线圈电源和功率 继电器线圈电源是直流还是交流，以及线圈消耗的继电器线圈电源是直流还是交流，以及线圈消耗的额定功率。一般用于电子控制系统的继电器线圈常用直额定功率。一般用于电子控制系统的继电器线圈常用直流型的电源。流型的电源。u额定工作电压或电流额定工作电压或电流 指继电器正常工作时，线圈需要的电压或者电流值。指继电器正常工作时，线圈需要的电压或者电流值。同一类型的继电器通常有不同的额定工作电压和工作电流。同一类型的继电器通常有不同的额定工作电压和工作电流。u线圈电阻线圈电阻 线圈的电阻值，利用该值和额定工作电压就可以知道额线圈的电阻

46、值，利用该值和额定工作电压就可以知道额定工作电流，反之亦然。定工作电流，反之亦然。u吸合电压或电流吸合电压或电流 使继电器产生吸合动作的最小电压或电流，其值一般使继电器产生吸合动作的最小电压或电流，其值一般为额定电压或电流值的为额定电压或电流值的75%75%。u释放电压或电流释放电压或电流 继电器线圈两端的电压减小到一定数值时，继电器就从继电器线圈两端的电压减小到一定数值时，继电器就从吸合状态转到释放状态，释放电压或电流是指产生释放动作吸合状态转到释放状态，释放电压或电流是指产生释放动作的临界电压或电流，其值往往比吸合电压或者电流小得多，的临界电压或电流，其值往往比吸合电压或者电流小得多，因此

47、继电器类似于一种带很大回差的施密特触发器。因此继电器类似于一种带很大回差的施密特触发器。u接点负荷接点负荷 继电器接点的负载能力，即接点允许的最大承受电压和电继电器接点的负载能力，即接点允许的最大承受电压和电流，当继电器工作时，其负载电压和电流不应超过此指标。流，当继电器工作时，其负载电压和电流不应超过此指标。继电器的选用继电器的选用u继电器额定工作电压的选择继电器额定工作电压的选择 其值应到等于或小于继电器线圈控制电路的电压其值应到等于或小于继电器线圈控制电路的电压。在继电。在继电器驱动时还要考虑其额定电流是否在所设计的驱动电路输出电器驱动时还要考虑其额定电流是否在所设计的驱动电路输出电流的

48、范围之内，必要时可以增加一级驱动。流的范围之内，必要时可以增加一级驱动。u接点负荷的选择接点负荷的选择 根据根据电路所需驱动的外设选择适当的负荷电路所需驱动的外设选择适当的负荷，主要从被驱动，主要从被驱动设备的工作电压的类型、大小和工作电流的大小来考虑。设备的工作电压的类型、大小和工作电流的大小来考虑。u接点数量的选择接点数量的选择 继电器的接点类型有单刀单掷、单刀双掷、双刀单掷、双继电器的接点类型有单刀单掷、单刀双掷、双刀单掷、双刀双掷等，可根据需要选择，以充分利用各组节点，简化控制刀双掷等，可根据需要选择，以充分利用各组节点，简化控制线路。线路。（3 3） 光耦合器隔离光耦合器隔离 光耦合

49、器件是以光为媒介传输信号的集成化器件。 典型的光电耦合器是由封装在同一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成。 工作原理：为低电平时，流过发光二极管的电流为零，光敏三极管截止，iVoV输出高电平。为高电平时，流过发光二极管发光，光敏三极管因光信号作用而饱和导通，iVoV输出低电平。光耦合器兼有反相及电平转换作用光耦合器隔离特性参数光耦合器隔离特性参数u导通电流和截止电流导通电流和截止电流 当发光二极管通以一定电流时，光电隔离器输出端处当发光二极管通以一定电流时，光电隔离器输出端处于导通状态，该电流称为导通电流。档通过发光二极管的于导通状态，该电流称为导通电流。档通过发光二极管的电流小于某一电流值

50、时，光电隔离器输出端处于截止状态，电流小于某一电流值时，光电隔离器输出端处于截止状态，该电流称为截止电流。该电流称为截止电流。u数据传输速率数据传输速率 不失真地传输开关量信号的最高速率，通常以不失真地传输开关量信号的最高速率，通常以Kb/sKb/s或或Mb/sMb/s表示。表示。u电流传输比（电流传输比（CRTCRT） 输出电流与输入电流之比，常用百分比表示。输出电流与输入电流之比，常用百分比表示。u输出端工作电流输出端工作电流 当光电耦合器处于导通状态时，允许通过光敏三极管的当光电耦合器处于导通状态时，允许通过光敏三极管的最大电流。该值表示了光电隔离器的驱动能力。最大电流。该值表示了光电隔