数字信号与脉冲序列调理（一）

数字信号与脉冲序列调理

数字IO接口

数字信号

采用数字信号进行通信是计算机和外设、仪器以及其他电子设备之间最常见的通信方式，因为这是计算机工作的基本元素。任何信号，都必须转换为数字信号之后，才能输入计算机，并进行处理。

数字信号流入或流出系统时，或是单个信号，或是一串脉冲，可以只经过单一端口，也可以经过多个并行端口，并行端口上每根信号线代表字符中的一个bit。计算机的数字输出信号线往往用于控制继电器，以间接控制其他设备的开关。类似地，数字输入信号线可以代表某个传感器或开关的两种状态之一，而一串脉冲序列可以指示某个设备的当前位置或瞬时速度。输入信号可能来自继电器或其他固态设备。

大电流、高电压数字IO

通过继电器，可控制超出计算机内部处理范围的电压或电流，但信号或状态的响应速度受限于线圈的频率响应和触点移动。同时，当电感负载由闭合切换至断开时，两端的反向自感电动势必须被抑制，可将续流二极管反接在负载两端，为脉冲电流提供通路，以释放能量。如果没有这个二极管，继电器两端的电弧会缩短自身使用寿命（见图11．01）。

TTL和CMOS设备通常用于连接高速低压信号，例如速度或位置传感器的输出信号。但是在需要用计算机去激励继电器线圈的应用中，TTL或CMOS设备也许无法满足电压和电流需求。因此需要在TTL信号和继电器之间接入一级缓冲，以提供30V，100mA的驱动能力。

这种系统的一个例子是用于数字IO仪器的板卡，板载放大／衰减单元，由一个PNP晶体管、一个续流二极管和一个电阻组成（见图11．02）。为了控制标准的24V继电器，需要从外部引入24V电源。内部TTL输出高电平时，三极管导通，输出低电平（约0．7V）；TTL输出低电平时，三极管进入截止区，输出被拉到24V。因为继电器线圈是感性负载，所以需要反接一个续流二极管，用于在开关切换时保护继电器。

图11．03演示了高压数字输入的降压电路。这使得TTL电路可以处理高达48V的电压。高压信号接入电阻分压电路，得到衰减。选取一个阻值适当的电阻R，用于处理不同程度的高压信号。图11．04中的表格提供一些常用方案。