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、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74LS244。

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2－2.5V，最大电
流为2－20mA，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。

8mA，则：R＝（5－2.2）/0.008=350(Ω)
因此R一般选取200Ω－500Ω。

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
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20mA－50mA。

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
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。

器。