16路隔離數(shù)字量輸入輸出的研究與設計.pdf

1、工業(yè)環(huán)境中，因電機開關、靜電放電或者鄰近電弧閃擊，常常會產生高達上百甚至上千伏特的沖擊電壓。如果不采取任何隔離措施，此電壓可能會破壞信號的正常傳輸或導致系統(tǒng)的崩潰，甚至造成硬件上不可恢復的毀壞。在工業(yè)生產過程當中會使用各類的儀器和儀表及其他精密探測設備，它們之間的信號傳輸，既有數(shù)千伏、數(shù)百安培的大信號，還有毫伏級、微安級的小信號;既有低頻直流信號，還有高頻脈沖信號，組成系統(tǒng)后，在設備之間信號傳輸往往相互干擾，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至導致誤

2、操作。因此需要解決電磁干擾和相互的兼容問題。此外“接地環(huán)路”引起信號在傳輸過程中失真，在各個過程環(huán)路中可以采用信號隔離的方法，將過程環(huán)路斷開，而不影響信號的正常傳輸，因此能夠徹底解決接地環(huán)路問題。
　　本文設計的輸入輸出模塊就是針對工業(yè)應用中普遍存在的干擾問題，切實可靠的完成信號的傳輸任務，本模塊采用了多種隔離技術，包括光耦隔離，電源隔離，iCoupler技術數(shù)字隔離，從而實現(xiàn)信號的單向傳輸，輸出信號對輸入端信號無影響，輸出端和輸

3、入端實現(xiàn)了完全的電氣隔離，因此本模塊具有很強的抗干擾能力，工作穩(wěn)定，使用壽命長，且傳輸效率高。
　　本論文在參閱了豐富的技術文獻的基礎上，先從總體設計上把握，確定了需求分析，然后從硬件和軟件兩個層面上詳細的講述了設計過程，首先確保了基礎功能的實現(xiàn)——數(shù)據(jù)傳輸和采集，然后從原理上采用三大隔離技術，再從PCB(Printed Circuit Board)的布局和布線上確保硬件的穩(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

4、狗確保程序的可靠運行。
　　現(xiàn)從每章簡要介紹本論文的內容。第一章首先分析了此項目研究背景及意義，然后介紹了工業(yè)環(huán)境里的單片機應用系統(tǒng)中的干擾及抗干擾技術，重點介紹了電磁抗干擾技術，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上，提出了16路隔離數(shù)字量輸入輸出模塊的總體設計方案。第三章結合電路原理圖，詳細介紹了模塊主要部分的硬件設計以及硬件抗干擾技術的設計。第四章結合軟件流程圖，詳細介紹了模塊的軟件設計以及軟

5、件抗干擾技術的設計。第五章，首先講述了項目調試，包括模塊的使用介紹、硬件調試、軟件調試，然后對項目進行了總結與展望。
　　本文設計的模塊支持16路數(shù)字量隔離通道，每個通道能夠通過軟件獨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)等構成。針對工業(yè)應用設計，模塊中各個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，保護系統(tǒng)免遭瞬態(tài)高電壓損壞，而且降低了信號失真，也