16路隔離數(shù)字量輸入輸出的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、工業(yè)環(huán)境中，因電機(jī)開(kāi)關(guān)、靜電放電或者鄰近電弧閃擊，常常會(huì)產(chǎn)生高達(dá)上百甚至上千伏特的沖擊電壓。如果不采取任何隔離措施，此電壓可能會(huì)破壞信號(hào)的正常傳輸或?qū)е孪到y(tǒng)的崩潰，甚至造成硬件上不可恢復(fù)的毀壞。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中會(huì)使用各類(lèi)的儀器和儀表及其他精密探測(cè)設(shè)備，它們之間的信號(hào)傳輸，既有數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號(hào)，還有毫伏級(jí)、微安級(jí)的小信號(hào);既有低頻直流信號(hào)，還有高頻脈沖信號(hào)，組成系統(tǒng)后，在設(shè)備之間信號(hào)傳輸往往相互干擾，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致誤

2、操作。因此需要解決電磁干擾和相互的兼容問(wèn)題。此外“接地環(huán)路”引起信號(hào)在傳輸過(guò)程中失真，在各個(gè)過(guò)程環(huán)路中可以采用信號(hào)隔離的方法，將過(guò)程環(huán)路斷開(kāi)，而不影響信號(hào)的正常傳輸，因此能夠徹底解決接地環(huán)路問(wèn)題。
　　本文設(shè)計(jì)的輸入輸出模塊就是針對(duì)工業(yè)應(yīng)用中普遍存在的干擾問(wèn)題，切實(shí)可靠的完成信號(hào)的傳輸任務(wù)，本模塊采用了多種隔離技術(shù)，包括光耦隔離，電源隔離，iCoupler技術(shù)數(shù)字隔離，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單向傳輸，輸出信號(hào)對(duì)輸入端信號(hào)無(wú)影響，輸出端和輸

3、入端實(shí)現(xiàn)了完全的電氣隔離，因此本模塊具有很強(qiáng)的抗干擾能力，工作穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，且傳輸效率高。
　　本論文在參閱了豐富的技術(shù)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，先從總體設(shè)計(jì)上把握，確定了需求分析，然后從硬件和軟件兩個(gè)層面上詳細(xì)的講述了設(shè)計(jì)過(guò)程，首先確保了基礎(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)——數(shù)據(jù)傳輸和采集，然后從原理上采用三大隔離技術(shù)，再?gòu)腜CB(Printed Circuit Board)的布局和布線(xiàn)上確保硬件的穩(wěn)定性和可靠性。最后在軟件上采用了指令冗余、軟件陷阱和看門(mén)

4、狗確保程序的可靠運(yùn)行。
　　現(xiàn)從每章簡(jiǎn)要介紹本論文的內(nèi)容。第一章首先分析了此項(xiàng)目研究背景及意義，然后介紹了工業(yè)環(huán)境里的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的干擾及抗干擾技術(shù)，重點(diǎn)介紹了電磁抗干擾技術(shù)，最后研究了隔離數(shù)字量輸入輸出模塊的發(fā)展現(xiàn)狀。第二章中在需求分析的基礎(chǔ)上，提出了16路隔離數(shù)字量輸入輸出模塊的總體設(shè)計(jì)方案。第三章結(jié)合電路原理圖，詳細(xì)介紹了模塊主要部分的硬件設(shè)計(jì)以及硬件抗干擾技術(shù)的設(shè)計(jì)。第四章結(jié)合軟件流程圖，詳細(xì)介紹了模塊的軟件設(shè)計(jì)以及軟

5、件抗干擾技術(shù)的設(shè)計(jì)。第五章，首先講述了項(xiàng)目調(diào)試，包括模塊的使用介紹、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試，然后對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了總結(jié)與展望。
　　本文設(shè)計(jì)的模塊支持16路數(shù)字量隔離通道，每個(gè)通道能夠通過(guò)軟件獨(dú)立配置為輸入或輸出。模塊主要由電源、數(shù)字量輸入輸出電路、RS485、MCU(MicroControl Unit)等構(gòu)成。針對(duì)工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)，模塊中各個(gè)組成部分都有自己的電源，采用電流隔離不形成接地環(huán)路，保護(hù)系統(tǒng)免遭瞬態(tài)高電壓損壞，而且降低了信號(hào)失真，也