0.3.2 数字信号

1.数字信号的种类

有许多现场设备往往只对应于两种状态。例如，按钮、行程开关的闭合和断开，电动机的启动和停止，指示灯的亮和灭，仪器仪表的BCD码、继电器或接触器的释放和吸合、晶闸管的通和断、阀门的打开和关闭等，可以用数字（开关）输出信号去控制或对数字（开关）输入信号进行检测。

数字（开关）信号是指在有限的离散瞬时取值间断的信号。在二进制系统中，数字（开关）信号由有限字长的数字组成，其中每位数字不是0就是1。数字（开关）信号的特点是，它只代表某个瞬时的量值，是不连续的信号。数字（开关）信号的处理主要是监测开关器件的状态变化。

数字（开关）信号反映生产过程、设备运行的现行状态、逻辑关系和动作顺序。例如，行程开关可以指示出某个部件是否达到规定的位置，如果已经到位，则行程开关接通，并向工控机系统输入一个开关量信号；又如，工控机系统欲输出报警信号，则可以输出一个开关量信号，通过继电器或接触器驱动报警设备，发出声光报警。如果开关信号的幅值为TTL/CMOS电平，有时又将一组开关信号称为数字信号。

数字（开关）输入信号有触点输入和电平输入两种方式。触点又有常开和常闭之分，其逻辑关系正好相反，如数字电路中的正逻辑和负逻辑。工控机系统实际上是按电平进行逻辑运算和处理的，因此工控机系统必须为输入触点提供电源，将触点输入转换为电平输入。数字（开关）输出信号也有触点输出和电平输出两种方式。输出触点也有常开和常闭之分。

数字（开关）信号输入计算机后，常常需要进行码制转换的处理，如BCD码转换成ASCII码，以便显示数字信号。

对于数字（开关）输出信号，可以分为两种形式：一种是电压输出，另一种是继电器输出。电压输出一般通过晶体管的通断来直接对外部提供电压信号，继电器输出则通过继电器触点的通断来提供信号。电压输出方式的速度比较快且外部接线简单，但带负载能力弱；继电器输出方式则与之相反。对于电压输入，又可分为直流电压和交流电压，相应的电压幅值可以有5V、12V、24V和48V等。

2.测控系统中数字信号的处理

1）数字（开关）输入的实现方式

可以把数字（开关）信号直接接到输入模块上，也可通过继电器间接输入，如图0-5所示。图中电气开关直接接到了输入模块1通道上。电感、光电等接近开关控制电磁继电器，每个继电器都有2路常开和常闭开关。其中，继电器的一个常开开关KR21控制指示灯亮灭，另一常开开关KR22接数字量输入2通道。

然后通过编写程序读取数字（开关）输入通道的状态（0或1）。

2）数字（开关）输出的实现方式

如果是电压输出，可用图0-6实现控制：数字量输出端口接三极管基极，当计算机输出控制信号为高电平时，三极管导通，继电器常开开关KM闭合，指示灯亮；当输出信号为低电平时，三极管截止，继电器常开开关KM打开，指示灯灭。

如果是继电器输出，可用图0-7实现控制：当计算机输出控制信号为高电平时，串联电路开关闭合，指示灯亮；当输出信号为低电平时，串联电路开关打开，指示灯灭。