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1、第五章 数字信号的输入与输出智能仪器的信息输入、输出，可以分为数字量与模拟量。数字量的输入输出相对较简单，对于模拟量的输入，一般信号都比较微弱，需要放大，A/D转换等。一、常见的数字信号数字量输入信号：开关、按钮，数字式传感器，方波信号，正弦波信号等。数字量输出：LED显示、指示灯、液压阀、继电器控制、步进电机控制等。二、数字量信号的输入特点：1、信号的放大与变换，对于许多数字信号，是信号很弱的周期性信号，如正弦信号，三角波信号。而输入单片机或微机中的信号一般有一定的电压幅值要求。如光栅输出的信号就很小的正弦波。常用的方法，先放大，然后处理。当电压较高时，也不能直接输入，需要进行分压。如图所示
2、：2、隔离，对于一些输入信号，由于波动等，很容易对系统产生影响，需要采取隔离输入，常见的是光电隔离。下图为光耦合器的结构与特性图4-16光耦合器结构与特性a)耦合器结构b)输入特性c)输出特性3、缓冲驱动，为了提高信号的驱动能力，改善信号性能，经常在输入单片机或微机前加一级缓冲，常用的是74HC244等。4、安全保护，当输入电压变大到一定量时，会对系统造成破坏，因此，对于输入信号变化较大的情况，需要考虑安全保护。常用稳压二极管等。5、开关信号输入单片机中的常见方法：按键信号TLP-521-4是4路光耦，光耦前要接限流电阻，不同的光耦由于允许电流不同，限流电阻也不同。进入单片机前，一般加驱动器7
3、4LS244。三、数字信号的输出1、输出信号的几个问题1）功率匹配问题，单片机或微机的输出信号功率较小，要驱动不同的负载，要求的功率不同，电压不同，所以在在输出驱动时，首先关心输出的电压与功率。如驱动发光二极管，正向电压为22.5V，最大电流为220mA，对于AT89C51，I/O口的最大灌电流10mA，因此可以直接驱动发光二极管。电阻的选取考虑电流的大小，设发光二极管上的电压为2.2V，电流8mA，则：R（52.2）/0.008=350()因此R一般选取200500。如果发光二极管的功率较大，可以采用右图所示方法，提高驱动功率。对于LED数码管显示，由于公共极电流较大，可以采用该电路驱动。如
4、果驱动电磁换向阀，以直流24V为例，驱动电流需要1.5A左右，显然要进行功率放大。2）隔离，为了减少输出对系统的影响，特别是驱动电感元件，需要采取隔离的方法，一般采取光电隔离。3）输出锁存，如果用一个端口要驱动多个执行元件，输出以后，信号要锁存。见后面的LED静态显示。2、常见的功率放大方法1）驱动器或三极管放大 小功率信号驱动时，经常用驱动器，如244，7406、7407反向器，因为TTL门电路的驱动能力不同类型能达到20mA50mA。2）功率管、达林顿管驱动功率较大时，一般采用功率管（场效应管）或达林顿管驱动。3）固态继电器驱动 固态继电器(SSR)是一种无触点通断功率型电子开关。固态继电
5、器分直流（DC-SSR）与交流(AC-SSR)。固态继电器驱动能力较大，驱动功率一般为十几毫瓦到几十毫瓦，动作快；触头允许电压一般为220V，允许电流为5A；但关断时有漏电流。4）电磁继电器 电磁继电器是由线圈驱动的，驱动功率较大，通过触点的电流较大，动作慢。电磁继电器的接口电路继电器动作时，对电源有一定的干扰，为了提高单片机系统的可靠性，在单片机和继电器、接触器之间都用光耦合器隔离。3、例子例1：用继电器的外部驱动电路采用单片机直接通过光耦驱动；由三极管驱动电磁继电器线圈；由于线圈断电时有自感电动势，采用续流二极管进行保护。例2：右图是单片机常用的一种输出方法，输出用74LS273锁存，然后由光耦驱动指示灯或者小型继电器。
第5章数字信号的输入与输出
