光電隔離技術在單片機測控系統(tǒng)中的應用

1、 光電隔離技術在單片機測控系統(tǒng)中的應用 摘要：光電隔離技術是以光為煤介傳送信號，對輸入和輸出電路進行隔離，因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，特別是在單片機測控系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應用。文章通過實例闡述單片機測控系統(tǒng)中光電隔離式I/O接口電路的設計方法。關鍵詞：電氣隔離技術光電耦合器單片機控制系統(tǒng)一、引言在工業(yè)測控系統(tǒng)中，通常引出一些開關量從系統(tǒng)輸出到被控制電路中，而控制電路也有一些受控的被測量要受到系統(tǒng)的隨時監(jiān)測并輸入到系統(tǒng)中。一般來說，控制電路都是由一些大電流、高電壓的電氣設備組成的。電網(wǎng)情況十分惡劣復雜，非常容易對測控系統(tǒng)造成嚴重的干擾，以致使測控系統(tǒng)不能正常工作。因

2、此，在這種領域中使用的自動化測控系統(tǒng)輸入輸出接口一定要采取電氣隔離措施，從而有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。光電隔離技術是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中最常用的隔離方式之一，下面以51單片機作為主控制器，介紹光電隔離式I/O接口電路的設計方法。二、光電隔離器件簡介光電隔離器件又稱光電耦合器件，它是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極管）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光實現(xiàn)耦合構成電光和光電的轉換器件。圖1所示為常用的三極管型光電耦合器器件。當電信號送入光電耦合器的輸入端時，發(fā)光二極管通電而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流并導通；當輸入端無信號，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止。光電耦合器的輸入端配置發(fā)光源，輸出

3、端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。由于光電耦合器不是將輸入側和輸出側的電信號進行直接耦合，而是以光為媒介進行耦合，在電電氣上是真空絕緣的，具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。若光敏三極管的基極有引出線則可滿足溫度補償、檢測調制要求。目前，大多數(shù)光電耦合器件的隔離電壓都在2.5kV以上，有些器件達到了8kV，既有高壓大電流大功率光電耦合器件，又有高速高頻光電耦合器件（頻率高達10MHz）。常用的器件如4N25，其隔離電壓為5.3kV；6N137，其隔離電壓為3kV，頻率在10MHz以上。三、光電隔離式輸入接口電路的設計開關量輸入電路接入光電耦合器后，由于光電耦合器的隔離作用，使夾雜在

4、輸入開關量中的各種干擾脈沖都被擋在輸入回路的一側。圖2中采用光電隔離器件實現(xiàn)輸入回路中開關量（K0）經(jīng)隔離后輸入到單片機測控系統(tǒng)，圖中P2.7作為該電路的地址編碼信號，74LS240是8位反相三態(tài)驅動器。對如圖2所示的電路，要實現(xiàn)對開關量K0輸入到單片機中，則程序段如下：MOV DPTR，#0EFFFH；數(shù)據(jù)指針指向輸入電路的I/O地址MOVX A，DPTR；將開關量K0讀入到單片機中。四、光電隔離式輸出接口電路的設計圖3中，通過光電耦合實現(xiàn)輸出電路與單片機控制系統(tǒng)的電氣隔離。電路中用了一個觸發(fā)器D來鎖存單片機輸出的控制信號。當對D觸發(fā)器寫入1時，它的Q端為1，端為0，三極管V截止，使發(fā)光二極

5、管導通，經(jīng)光耦合使光敏三極管也導通，繼電器J通電，從而實現(xiàn)了對外部電氣設備的實際控制。當給D觸發(fā)器寫0時，Q端為0，端為1，發(fā)光二極管、三極管均截止，繼電器阻斷，外部電器工作就被禁止。單片機控制系統(tǒng)輸出控制第0路設備的驅動程序如下：MOV DPTR，#0EFFFH；數(shù)據(jù)指針指向輸出電路的I/O地址SETB ACC.0；將指定對外起控制作的位置1MOVX DPTR,A；啟動對0路通道的輸出若要求禁止對外控制，只需將上述SETB ACC.0改成CLR ACC.0即可。如果將D觸發(fā)器改成74LS373，就可經(jīng)鎖存8路對外輸出的控制信號。五、注意事項（1）在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨立的電源，若兩端共用一個電源，則光電耦合器的隔離作用將失去意義。（2）當用光電耦合器來隔離輸入輸出通道時，必須對所有的信號（包括數(shù)字量信號、控制量信號、狀態(tài)信號）全部隔離，使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的聯(lián)系，否則這種隔離是沒有意義的。（3）光電耦合器在工作過程中有光電轉換過程，這種轉換是需要時間的，在實際應用中，應考慮器件本身的延遲性。Reference：1洪煥鳳，李傳偉電