发表于：2009/1/4 10:28:00
#0楼
在晶闸管双闭环直流调速系统中，输入量有速度、电流等模拟量，有启停指令、转向给定等开关量信号。输出量有触发脉冲、故障信号等开关量信号。
1.开关量输入、输出电路
考虑单片机控制电路的抗干扰性能，开关量输入、输出电路均应采用光电耦合器。
1.1开关量输入电路
带光电耦合器的开关量输入电路如图1所示。外电路电源为+15v，单片机电源为+5v，两个电源是隔离的。当开关k断开时，光耦的发光二极管熄灭，光敏管呈高阻特性，a点为低电平，经与门后输出电压为低电平。当开关k闭合时，光耦的发光二极管发光，光敏管呈低阻特性，a点为高电平，经与门电路后输出电压为高电平。
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图1 带光电耦合器的开关量输入电路
1.2 开关量输出电路
采用光电耦合器的开关量输出电路如图2所示。+5v电源为单片机电源，+24v电源为开关量输出电源，两个电源是隔离的。当单片机p0.1端输出高电平时，经与非门电路，a点为低电平，经光耦器件使驱动晶体管v导通，出口继电器j得电吸合。当p0.1端输出低电平时，经与非门电路，a点输出高电平，经光耦器件使v截止，j释放。
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图2 带光耦的开关量输出电路
2.模拟量输入、输出电路
对于双闭环直流调速系统，速度检测通常采用测速发电机将速度信号变成电压信号un，un=αn（α为速度反馈系数）。电流检测通常采用电流互感器或霍尔效应电流检测器实现，将电流信号变成电压信号ui，ui=βid（β为电流反馈系数）。
若使用96系列单片机实现数字调速系统，因96系列单片机内含4路10位a/d转换电路，可直接将模拟电压信号接到单片机的模入端，如图3所示。模入信号为测速发电机的输出电压，分压后将模入电压un限制为0～5v信号。
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图3 单片机直接联接测速反馈电路
这种模拟输入电路的特点是结构简单，但存在不安全因素，测速发电机电枢电压高达100多伏，直接与单片机的模入引脚相连，一方面会给单片机电路带来干扰，另一方面瞬时过电压会损坏单片机芯片。
考虑数字调速系统的抗干扰能力及可靠性，需要将检测的模拟量un、ui与单片机电路之间经过隔离。
模拟量隔离电路的方式有变压器隔离及光耦隔离两种。
2.1 变压器隔离
采用变压器隔离的典型电路是隔离放大器，ad289隔离放大器的结构如图4（a）所示。
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图4 ad289隔离放大器的结构
隔离放大器所需电源是直流15v，15v电源经振荡器加到变压器t1初级绕组n1，t1的次级绕组n2、n3提供脉冲电源，经整流滤波生成的控制电源分别供a2、a1放大器。t1的次级绕组n5、n4分别为调制器和解调器提供脉冲电源。很小的输入信号（毫伏级）经放大器a1放大，再经调制器调制成交流信号。经变压器t2，再经解调器还原成a1的输出电压，经a2放大，在9、10两端输出被放大的电压。
图4（b）给出ad289的图形符号，控制电源端6、7与信号输入端5、1及信号输出端9、10三个回路之间的相互隔离的，隔离耐压达2500v。如果检测电枢电流，电枢回路的分流器（额定电压为75mv）两端的电压接信号输入端5、1，信号输出端10、9接单片机的模入端，可实现电枢回路的高压（约1000v）与单片机的低压回路隔离。
2.2 光耦隔离
光耦隔离的方法分以下3种。
（1）线性光耦隔离
精密线性光耦合器til300及应用电路如图5所示。til300是由红外光二极管led照射分叉配置的隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成。该器件的特殊技术可补偿led时间和温度特性的非线性，使输出信号与led发出的伺服光通量成线性化。
令伺服电流增益k1=ip1/if，正向增益k2=ip2/if，传输增益k3=ip2/ip1=k2/k1。那么，图5所示电路的输出电压u0为：
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图5 til300精密线性光耦及应用电路
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（1）
式中：ui为输入的模拟量。
显然，传输电路的输出电压u0与输入电压ui的关系取决于传输增益k3，由于k3=k2/k1，即使k2、k3在if变化时不是线性的，但其比值k3可以做成线性。也就是说图5所示电路的传输比是线性的。同时也达到了u1与u0之间的电气隔离的目的。
（2）a/d转换后光耦隔离
a/d转换后光耦隔离方案也可以实现模拟量输入信号与计算机的隔离。典型的产品如cke公司的g-01ad模块，电路结构如图6所示，为8通道模拟量输入通道。
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图6 a/d转换后光耦隔离结构图
图6中，输入的模拟量经切换回路选通，进入放大器，经a/d转换后变成12位的二进制数字信号，再经12只光耦合器后进入cpu的数据总线。a/d转换电路与cpu之间的控制信号及输入切换电路的控制信号共8倍，也是经8只光耦合器与cpu相连接。显然8路模拟量输入信号与cpu之间的经20只光耦合器相连接，模入信号与cpu之间没有任何电气连接。
（3）v/f变换后光耦隔离
这种方案是将被检测的模拟量u1经v/f变换电路转换成频率f，经光耦合器隔离后连接到单片机的输入端。cpu通过检测频率的大小计算出对应的模拟量ui。电路结构如图7所示。
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图7 v/f变换后光耦隔离结构
对于一路模拟量输入电路，仅用一只光耦即可实现电气隔离。因此，这种方案具有体积小、造价低的特点。西门子公司的siemadyd全数字控制系统就采用这种方案。
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此篇文章从博客转发
原文地址： Http://blog.gkong.com/more.asp?id=73641&Name=mahuaqiang
1.开关量输入、输出电路
考虑单片机控制电路的抗干扰性能，开关量输入、输出电路均应采用光电耦合器。
1.1开关量输入电路
带光电耦合器的开关量输入电路如图1所示。外电路电源为+15v，单片机电源为+5v，两个电源是隔离的。当开关k断开时，光耦的发光二极管熄灭，光敏管呈高阻特性，a点为低电平，经与门后输出电压为低电平。当开关k闭合时，光耦的发光二极管发光，光敏管呈低阻特性，a点为高电平，经与门电路后输出电压为高电平。
图1 带光电耦合器的开关量输入电路
1.2 开关量输出电路
采用光电耦合器的开关量输出电路如图2所示。+5v电源为单片机电源，+24v电源为开关量输出电源，两个电源是隔离的。当单片机p0.1端输出高电平时，经与非门电路，a点为低电平，经光耦器件使驱动晶体管v导通，出口继电器j得电吸合。当p0.1端输出低电平时，经与非门电路，a点输出高电平，经光耦器件使v截止，j释放。
图2 带光耦的开关量输出电路
2.模拟量输入、输出电路
对于双闭环直流调速系统，速度检测通常采用测速发电机将速度信号变成电压信号un，un=αn（α为速度反馈系数）。电流检测通常采用电流互感器或霍尔效应电流检测器实现，将电流信号变成电压信号ui，ui=βid（β为电流反馈系数）。
若使用96系列单片机实现数字调速系统，因96系列单片机内含4路10位a/d转换电路，可直接将模拟电压信号接到单片机的模入端，如图3所示。模入信号为测速发电机的输出电压，分压后将模入电压un限制为0～5v信号。
图3 单片机直接联接测速反馈电路
这种模拟输入电路的特点是结构简单，但存在不安全因素，测速发电机电枢电压高达100多伏，直接与单片机的模入引脚相连，一方面会给单片机电路带来干扰，另一方面瞬时过电压会损坏单片机芯片。
考虑数字调速系统的抗干扰能力及可靠性，需要将检测的模拟量un、ui与单片机电路之间经过隔离。
模拟量隔离电路的方式有变压器隔离及光耦隔离两种。
2.1 变压器隔离
采用变压器隔离的典型电路是隔离放大器，ad289隔离放大器的结构如图4（a）所示。
图4 ad289隔离放大器的结构
隔离放大器所需电源是直流15v，15v电源经振荡器加到变压器t1初级绕组n1，t1的次级绕组n2、n3提供脉冲电源，经整流滤波生成的控制电源分别供a2、a1放大器。t1的次级绕组n5、n4分别为调制器和解调器提供脉冲电源。很小的输入信号（毫伏级）经放大器a1放大，再经调制器调制成交流信号。经变压器t2，再经解调器还原成a1的输出电压，经a2放大，在9、10两端输出被放大的电压。
图4（b）给出ad289的图形符号，控制电源端6、7与信号输入端5、1及信号输出端9、10三个回路之间的相互隔离的，隔离耐压达2500v。如果检测电枢电流，电枢回路的分流器（额定电压为75mv）两端的电压接信号输入端5、1，信号输出端10、9接单片机的模入端，可实现电枢回路的高压（约1000v）与单片机的低压回路隔离。
2.2 光耦隔离
光耦隔离的方法分以下3种。
（1）线性光耦隔离
精密线性光耦合器til300及应用电路如图5所示。til300是由红外光二极管led照射分叉配置的隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成。该器件的特殊技术可补偿led时间和温度特性的非线性，使输出信号与led发出的伺服光通量成线性化。
令伺服电流增益k1=ip1/if，正向增益k2=ip2/if，传输增益k3=ip2/ip1=k2/k1。那么，图5所示电路的输出电压u0为：
图5 til300精密线性光耦及应用电路
（1）
式中：ui为输入的模拟量。
显然，传输电路的输出电压u0与输入电压ui的关系取决于传输增益k3，由于k3=k2/k1，即使k2、k3在if变化时不是线性的，但其比值k3可以做成线性。也就是说图5所示电路的传输比是线性的。同时也达到了u1与u0之间的电气隔离的目的。
（2）a/d转换后光耦隔离
a/d转换后光耦隔离方案也可以实现模拟量输入信号与计算机的隔离。典型的产品如cke公司的g-01ad模块，电路结构如图6所示，为8通道模拟量输入通道。
图6 a/d转换后光耦隔离结构图
图6中，输入的模拟量经切换回路选通，进入放大器，经a/d转换后变成12位的二进制数字信号，再经12只光耦合器后进入cpu的数据总线。a/d转换电路与cpu之间的控制信号及输入切换电路的控制信号共8倍，也是经8只光耦合器与cpu相连接。显然8路模拟量输入信号与cpu之间的经20只光耦合器相连接，模入信号与cpu之间没有任何电气连接。
（3）v/f变换后光耦隔离
这种方案是将被检测的模拟量u1经v/f变换电路转换成频率f，经光耦合器隔离后连接到单片机的输入端。cpu通过检测频率的大小计算出对应的模拟量ui。电路结构如图7所示。
图7 v/f变换后光耦隔离结构
对于一路模拟量输入电路，仅用一只光耦即可实现电气隔离。因此，这种方案具有体积小、造价低的特点。西门子公司的siemadyd全数字控制系统就采用这种方案。
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