数字io的多方法设计(附件)【字数：10718】
摘 要近些年来，随着计算机和电子科学的不断进步，现如今强电与弱电相结合，而且数字量信号种类繁多，在各个应用领域中使用广泛。本课题的研究的内容就是对数字IO的多场合多方法的设计。本文整体上来说主要分为普通型和高速型，其中每项又分输入电路和输出电路，本文第二章就主要讨论了普通带隔离数字量输入电路，同时也讨论了异向传递输入电路和干湿接点输入电路，本章选用TLP521普通光耦。第三章讨论普通带隔离数字量输出电路，其中主要描述了电平输出驱动电路、MC1416达林顿阵列驱动电路、继电器输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路。第四章讨论高速带隔离数字量输入和输出电路，本章中高速输入电路选用6N137高速光耦，高速输出选用TLP350高速光耦。另外还提到了小功率三极管输出的电路。结论表示，当用于单片机或PLC与其他数字信号的之间的传递、控制或处理时，本文具有一定意义上的参考价值。
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景与现状 1
1.2典型应用 2
第二章 普通带隔离数字量输入电路 4
2.1典型电路及其功能描述 4
2.2元器件选择及其参数 5
2.3使用说明与其运用场合 7
2.3.1异相传递电路 7
2.3.2干接点输入电路 8
2.3.3湿接点输入电路 9
2.3.4小结 9
第三章 普通带隔离数字量输出电路 10
3.1电平输出驱动电路 10
3.2达林顿阵列驱动电路 11
3.3继电器输出驱动电路 12
3.4固态继电器输出驱动电路 14
3.5晶闸管输出驱动电路 15
3.6其他IO电路设计 16
第四章 高速带隔离数字量输入、输出电路 17
4.1电路及其功能描述 17
4.2元器件选择及其参数 17
4.2.1光耦6N137结构及其参数旋转 18
4.2.2光耦6N137典型应用电路 18
4.3高速带隔离数字量输出电路 19
4.3.1元器件选择及其参数 20
4.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.2典型电路及注意事项 20
第五章 结论及展望 22
5.1结论 22
5.2展望 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1背景与现状
数字IO的多方法控制主要通过光电隔离输入输出电路来完成，光耦隔离电路具有工作稳定、单向传输信号、IO端完全电气隔离、传输效率高、抗干扰能力强、使用寿命长等等的优点。它作为信号隔离的接口器件使用在长线的传输信号中，计算机在工作状态下的可靠性可以得到显著地提升。
随着半导体科学与光电子类科学长久的发展，直到1966年光电耦合器出现了，它是一种全新的可以有效地隔离电平信号和抑制干扰的半导体器件。
光电耦合器（optical coupler，英语简写为OC），通常简称光耦，可称为光耦合器，或者也可称光电隔离器。具有隔离信号、体积小、无触点、单向传输信号、寿命长的优点。最主要光电耦合器有可以很好地隔离输入、输出的电信号，所以它在各种电路中得到广泛的应用，光耦也逐渐成为如今用途最广、型号最多的光电子器件之一。
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图11 内部结构示意图
/
图12 光耦一般原理图
光电耦合器一般由发射光器件、接收光器件以及放大信号器件这三部分器件组成。从输入端输入的电信号点亮LED发光二极管，光敏感测器(一般为光敏三极管)接收光而产生光电流，再经过放大之后输出至电路中。通常光电耦合器有多达数十几种型号，在日常工作中经常遇到的有通用型、高速型、施密特型和达林顿型等。而通用型光耦又进一步分有基极引线和无基极引线这两种。
光耦在日本虽然没有特别大的市场，但最近几年却也以每年40%的增长率持续增长，主要是因为每个程序控制器中都需要使用20个或30个光耦甚至更多。美国、日本两国主要生产的是以发光二极管和光敏感测器所组成的光电耦合器为主。主要因为这类光电耦合器不仅拥有非常理想的响应速度，而且电流传输效率也非常高，完全能够适应大多数应用电路的要求，故这种类型的光耦占美国、日本两国制造的所有光电耦合器的6%上下。目前光耦已显现出朝着高速度甚至超速度和大容量方向发展。
近年来，国内也有相关单位投入大量科研人员并且拨放大量款项研发了各种的光电耦合器元件，比如上海无线电十七厂、上海半导体器件八厂等单位。为满足市场需求重庆光电技术研究所研发出了一种厚膜集成的双路高速增益光电耦合器，这种类型的光电耦合器是由高速响应的发光元器件和逻辑输出型的光接收放大器件组成的。
1.2典型应用
随着计算机科学和微电子科学的持续发展，原本以强电和电气结合、功能简单的电子器件设备为主，经多年发展到现如今成为弱电和强电相结合的，具有数字化的特色、新型功能全备的微机设备。传统的控制元器件输出的各种各样的数字控制信号，通过光电耦合器转化成与单片机或PLC输入与输出接口可处理的数字信号。
光耦隔离电路是指使用光电耦合器实现隔离、驱动的输入输出电路。隔离或驱动电路最主要可分为以下3类：
1、数字总线隔离。如使用6N137实现SPI、UART等隔离。
2、普通IO数字信号隔离。比如使用TLP521实现各种控制元器件与单片机或PLC之间普通输入输出信号的隔离作用。
3、隔离&驱动。例如在电路中驱动和隔离继电器动作，主要分为普通型和达林顿型，普通输出型电路就例如TLP521隔离数字IO信号的电路；达林顿输出型电路主要应用于需要大型驱动电流的电路。
光电耦合器简称为光耦，就因为光耦的特点及其设计方式，设计上位于输入端与输出端之间用来元器件之间隔离并消除电路中干扰信号的器件。在串行数字总线隔离电路中主要使用的电子元器件为光耦、如有需要可另外增加晶体管。而对普通IO数字信号隔离电路只需采用光耦即可。在隔离电路和驱动电路之中通常采用光电耦合器和被驱动元器件。
目 录
第一章 绪论 1
1.1背景与现状 1
1.2典型应用 2
第二章 普通带隔离数字量输入电路 4
2.1典型电路及其功能描述 4
2.2元器件选择及其参数 5
2.3使用说明与其运用场合 7
2.3.1异相传递电路 7
2.3.2干接点输入电路 8
2.3.3湿接点输入电路 9
2.3.4小结 9
第三章 普通带隔离数字量输出电路 10
3.1电平输出驱动电路 10
3.2达林顿阵列驱动电路 11
3.3继电器输出驱动电路 12
3.4固态继电器输出驱动电路 14
3.5晶闸管输出驱动电路 15
3.6其他IO电路设计 16
第四章 高速带隔离数字量输入、输出电路 17
4.1电路及其功能描述 17
4.2元器件选择及其参数 17
4.2.1光耦6N137结构及其参数旋转 18
4.2.2光耦6N137典型应用电路 18
4.3高速带隔离数字量输出电路 19
4.3.1元器件选择及其参数 20
4.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.2典型电路及注意事项 20
第五章 结论及展望 22
5.1结论 22
5.2展望 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1背景与现状
数字IO的多方法控制主要通过光电隔离输入输出电路来完成，光耦隔离电路具有工作稳定、单向传输信号、IO端完全电气隔离、传输效率高、抗干扰能力强、使用寿命长等等的优点。它作为信号隔离的接口器件使用在长线的传输信号中，计算机在工作状态下的可靠性可以得到显著地提升。
随着半导体科学与光电子类科学长久的发展，直到1966年光电耦合器出现了，它是一种全新的可以有效地隔离电平信号和抑制干扰的半导体器件。
光电耦合器（optical coupler，英语简写为OC），通常简称光耦，可称为光耦合器，或者也可称光电隔离器。具有隔离信号、体积小、无触点、单向传输信号、寿命长的优点。最主要光电耦合器有可以很好地隔离输入、输出的电信号，所以它在各种电路中得到广泛的应用，光耦也逐渐成为如今用途最广、型号最多的光电子器件之一。
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图11 内部结构示意图
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图12 光耦一般原理图
光电耦合器一般由发射光器件、接收光器件以及放大信号器件这三部分器件组成。从输入端输入的电信号点亮LED发光二极管，光敏感测器(一般为光敏三极管)接收光而产生光电流，再经过放大之后输出至电路中。通常光电耦合器有多达数十几种型号，在日常工作中经常遇到的有通用型、高速型、施密特型和达林顿型等。而通用型光耦又进一步分有基极引线和无基极引线这两种。
光耦在日本虽然没有特别大的市场，但最近几年却也以每年40%的增长率持续增长，主要是因为每个程序控制器中都需要使用20个或30个光耦甚至更多。美国、日本两国主要生产的是以发光二极管和光敏感测器所组成的光电耦合器为主。主要因为这类光电耦合器不仅拥有非常理想的响应速度，而且电流传输效率也非常高，完全能够适应大多数应用电路的要求，故这种类型的光耦占美国、日本两国制造的所有光电耦合器的6%上下。目前光耦已显现出朝着高速度甚至超速度和大容量方向发展。
近年来，国内也有相关单位投入大量科研人员并且拨放大量款项研发了各种的光电耦合器元件，比如上海无线电十七厂、上海半导体器件八厂等单位。为满足市场需求重庆光电技术研究所研发出了一种厚膜集成的双路高速增益光电耦合器，这种类型的光电耦合器是由高速响应的发光元器件和逻辑输出型的光接收放大器件组成的。
1.2典型应用
随着计算机科学和微电子科学的持续发展，原本以强电和电气结合、功能简单的电子器件设备为主，经多年发展到现如今成为弱电和强电相结合的，具有数字化的特色、新型功能全备的微机设备。传统的控制元器件输出的各种各样的数字控制信号，通过光电耦合器转化成与单片机或PLC输入与输出接口可处理的数字信号。
光耦隔离电路是指使用光电耦合器实现隔离、驱动的输入输出电路。隔离或驱动电路最主要可分为以下3类：
1、数字总线隔离。如使用6N137实现SPI、UART等隔离。
2、普通IO数字信号隔离。比如使用TLP521实现各种控制元器件与单片机或PLC之间普通输入输出信号的隔离作用。
3、隔离&驱动。例如在电路中驱动和隔离继电器动作，主要分为普通型和达林顿型，普通输出型电路就例如TLP521隔离数字IO信号的电路；达林顿输出型电路主要应用于需要大型驱动电流的电路。
光电耦合器简称为光耦，就因为光耦的特点及其设计方式，设计上位于输入端与输出端之间用来元器件之间隔离并消除电路中干扰信号的器件。在串行数字总线隔离电路中主要使用的电子元器件为光耦、如有需要可另外增加晶体管。而对普通IO数字信号隔离电路只需采用光耦即可。在隔离电路和驱动电路之中通常采用光电耦合器和被驱动元器件。
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