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数字量输入输出通道

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21节数字量输入输出通道-文档资料

21节数字量输入输出通道-文档资料

地址译码器

开关量输入通道的典型结构示意图
12
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路
2. 信号调理电路
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接受生产过程 的状态信号。这些状态信号的形式可能是电压、电流、开 关的触点，瞬时高压，过电压、接触抖动等现象。这些状 态信号必须经过转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计 算机能够接受的逻辑信号，比如电平匹配，这些过程称为 信号调理。 对于开关量来说，主要是将开关、继电器等触点的接
0 0
D1

D6 D7
74LS273

Q1
当执行 CS OUT指令周期时，产生 写信号，进行数据锁存，并输 IOW 出。
10
输出 Q6 接口 Q7
CS IOW
数字量输出接口
RESET
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.1 数字量输入输出接口技术--数字量输出接口
通和断开的动作转换成TTL电平信号与计算机相连，并且要 消除由于触点抖动和反跳形成的振荡信号。
13 Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路（小功率）
（1）消除机械抖动影响 操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在接通或断 开时均要产生机械抖动，体现在计算机的输入上就是输入信号在 变化瞬间在0和1之间多次振荡，对其如不进行适当处理就会导致 计算机的误动作。下图所示为消除由于接点的机械抖动而产生的 振荡信号，并转换成TTL电平信号与计算机相连。 如图所示为一种简单的采用积分电路消除开 关抖动的方法。电阻R和电容C组成一个积分 电路，输出跃变发生在积分器积分到门的转 折电压时刻，只要积分电路的时间常数足够

数字量输入输出

数字量输入输出

port2 RD
图2-31查询式输入程序流图
图2-30 查询式输入接口电路
数字量的输入输出控制方式
outport 输 出 设 备 数据 锁 存 器 WD DB 数据总线 inport RD
busy？
译 码 器
PO
地址 总线 AB
准备输出数据 AWAIT 读状态端口 D7 D0 busy
busy
三 态 缓 冲 器
并行输入输出接口
通用并行I/O接口芯片具有以下特点： 每个芯片集成了多个独立的并行数据传输通道， 且每个通道均可编程设置工作方式。 每个通道都提供状态查询功能，芯片有一定 的中断管理功能。
二 状态信息 反应当前外设的工作状态，是外设通过接口往CPU传送的。 三 控制信息 是CPU通过接口传送给外设的，CPU通过发送控制信息 控制外设的工作。
I/O接口
在计算机中，介于CPUO接口的作用
对信息的传输形式进行变换。（模数转换和数模转换） 电平转换和放大 I/O定向 串并转换及并串转换 锁存和缓冲
DMA方式 1. 优点 外设与内存间直接进行数据交换，不通过CPU。DMA方式 由硬件请求信号启动，又由DMAC电路完成数据传送， 整个过程完全由硬件实现，所以传送速率非常高。 2. DMA控制器的功能 能向CPU发出HOLD信号 当CPU发出HLDA信号后，接管总线控制权，进入DMA方式 发出地址信息，能对存储器寻址及能修改地址指针 能发出读写等控制信号 能决定传送字节数及判断DMA传送是否结束 发出DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。
二、 I/O接口的构成
DB 数据端口 AB CPU CB
译 码
状态端口 控制端口
I/O 设备

第五章(8259)

第五章(8259)

采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用 IO/M来区分：

IO/M=1 时为I/O地址

I/O操作只使用20根地址线中的16根： A15 ～ A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0～FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
符号 ’0’ ’1’ ’2’ ’3’ ’4’ ’5’ ’6’ ’7’

应用例子：发光二极管接口
+5V
D0 ｜ D7 Q0
D0～D7
A0～A15 M/IO
译 码 器
. . .
Q7
=1 . . . =1
R
. . .
. . .
R
CP
WR
74LS373
I/O接口综合应用例

根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号 设输出接口的地址为F0H


设输入接口地址为F1H
当开关的状态分别为0000～1111时，在7段数 码管上对应显示’0’和内存地址空间相互独立。 优点：内存地址空间不受I/O编址的影响 缺点：I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制 信号
内存地址空间 I/O地址空间 0000H FFFFH
内存空间 (1MB)
00000H
I/O空间 (64KB)
FFFFFH

8088/8086 CPU的I/O编址方式
第5章 数字量输入输出

5.1 概述 1.I/O信号形式 通常有以下4种类型： (1) 数字量: 二进制形式的数据，最小单位为 “位”(bit)，8位称为一个字节(BYTE)。 (2) 模拟量: (3) 开关量: 用一位二进制数表示。 (4) 脉冲量:

第3章 过程输入输出通道

第3章 过程输入输出通道

；读转换值低4位地址
；读A/D转换低4位 ； 送R2 ；读转换值高8位地址 ；读A/D转换高8 位 ；送R3 ；结束
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3.3 模拟量输出通道
一、模拟量输出通道的结构
1. 共用D/A 转换器形式结构图
保持器
放大变换
通道1
微型 计算 机
D/A 接口 电路 转 换 器
多 路 开 关
保持器
放大变换
线编址，从而有过程通道与存储器独立编址、过程
通道与存储器统一编址等常用方法。
2. 间接编址方式
通过接口对过程通道进行编址，此时的通道地址 不与地址总线相连。
3.2 模拟量输入通道
模入通道的功能是对过程量（即模拟量）进行 变换、放大、采样和模/数转换，使其变为二进制数 字信号并送入计算机 。
一、模拟量输入通道的结构
(2) 器件主要结构特性和应用特性
数字量输入特性
包括码制、数据格式以及逻辑电平。
模拟输出特性
目前D/A芯片多为电流输出型
锁存特性及转换控制
有些 D/A芯片内部不带锁存器，必须外加。
参考电源
参考电压源是唯一影响输出结果的模拟参量。
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三、D/A转换器与单片机的接口 1. DAC0832与8051的接口 （1） 直通方式
INC DPTR MOVX @DPTR , A DJNZ R7,LOOP CLR EX0
； 修改RAM区地址
； 修改通道号 ；启动A/D转换 ；8路未采集完，返回 ；采集完，关中断
LOOP: RETI
；中断返回
AD574（12位）与8051单片机的硬件接口电路。
8051
八、A/D转换器软件编程
CPU获取A/D转换的结果有两种办法：一是用查询、一 是用中断。

计算机控制系统数字量输入输出接口与过程通道

计算机控制系统数字量输入输出接口与过程通道

2.4模拟量输入接口与过程通道
2.4.1 模拟量输入通道的组成
2.4.2 信号调理和I/V变换
1.信号调理电路 信号调理电路主要通过非电量的转换、信号 的变换、放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离 等方法，将非电量和非标准的电信号转换成标准 的电信号。信号调理电路是传感器和A/D之间以 及D/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中 重要的组成部分。 （1）非电信号的检测-不平衡电桥 （2）信号放大电路 1)基于ILC7650的前臵放大电路
VOUT 2
D n 2
R3 R3 D ( VREF VOUT1 ) VREF ( n1 1) R1 R2 2
2.5.4 V/I变换
1.集成V/I转换器ZF2B20
2.集成V/I转换器AD694
2.5.5 模拟量输出通道模板举例
图2-47 PCL-726板卡组成框图
2. D/A 转换程序流程 D/A 转换程序流程如下（以通道1为例）： （1）选择通道地址n=1（n=1～6）。 （2）确定D/A高4位数据地址（基地址+00）。 （3）臵 D/A高4位数据(D3～DO 有效 )。 （4）确定D/A低8位数据地址（基地址+01）。 （5）臵 D/A低8位数据并启动转换。 3. 程序设计举例 PCL-726 的D/A 输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为12位， 000H～0FFFH分别对应输出0%～100%，若输出50%，则对应的输出数字量为7FFH， 设基地址为220H，D/A通道l输出50%的程序如下： C语言参考程序段如下： outportb ( 0x220 , 0x07 ) // D/A 通道l 输出50% outportb ( 0x221 , 0xff ) 汇编语言参考程序如下：（基地址为220H ）： MOV AL， 07H ；D/A 通道l 输出50% MOV DX， 0220H OUT DX， AL MOV DX， 0221H MOV AL， 0FFH

计算机控制输入输出接口与过程通道

计算机控制输入输出接口与过程通道

②达林顿阵列输出驱动继电器电路。 MC1416是达林顿阵列驱动器. 达林顿晶体管DT（Dar1ington Transistor）亦称复合晶体管。 它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一 起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基 极，依次级连而成，最后引出E、B、C三个电极。

采用积分电路的小功率输入调理电路
目的：把开关K的状态转化成二进制状态。 原理：闭和K时，电容C放电，反相器反相 为1； 断开K时，电容C充电，反相器反相 为0。
问题：利用什么原理消除了抖动？

R—S触发器消除开关两次反跳电路
K
R3 +5V R45
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。
当K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产 生瞬间不闭合，造成R-S触发器输入为双1，故状态不改变。
2.1.2 数字量输入通道
•数字量输入通道结构 P C 总 线 生 产 过 程
输入 缓冲 器
输入 调理 电路
地址译码器
2.3.1数字量输入通道

开关量：开关、电流、开关的触点等等 通道结构
输入
PC 总 线
输入 调理 电路
缓
冲器
来 自 生 产 过 程
地址译码器

输入缓冲器：三态门缓冲器74LS244（较为常见）
1 2
R3
C
当K断开时，光电二极管不 导通，晶体管不导通，经反相 器反相输出为0。 其中，用R1、R2进行分压， C进行滤波，要合理选择参数。
•大功率输入调理电路
－采用光电隔离
2.3
2.3.1
数字量输入输出接口与过程通道
数字量输入输出接口技术
1.数字量输入接口 2.数字量输出接口

(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道


03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。

第四章数字量输入输出通道


（2）输出驱动电路——继电器驱动电路
图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平， 光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通， 继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设 备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出 现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电 器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电 流泄放回路。
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流电源
交流SSR输出波形如下图所示。
波形
过零型导 通时间
控制信号
SSR两端的 电压在导通
时为0。
非过零型 导通时间 立即导通
非过零型SSR，加上控制信号便导通
过关零断型时导间 相通同时，间在
过零时
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与 过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选 用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时， 一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱 动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路与 参数请参考生产厂家有关手册。
Vc
Di 7406
RL
交
流
电
+ _
～ SSR ～
源
图 4-13固 态 继 电 器 输 出 驱 动 电 路
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两 种，其中应用最广泛的是过零型。
过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载 电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后， 也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。 移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件 简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导 通。

数字量输入输出

通用并行I/O接口芯片具有以下特点： 每个芯片集成了多个独立的并行数据传输通道， 且每个通道均可编程设置工作方式。 每个通道都提供状态查询功能，芯片有一定 的中断管理功能。
北京化工大学微机原理课件
可编程输入输出接口芯片8255
一 8255A的件
可编程输入输出接口芯片8255
北京化工大学微机原理课件
三、 中断传送方式 1. 优点 可以使CPU和外设同步工作，提高了CPU的工作效率。
2. 中断传送原理 中断传送方式的接口电路
北京化工大学微机原理课件
四、 DMA方式
1. 优点 外设与内存间直接进行数据交换，不通过CPU。DMA方式 由硬件请求信号启动，又由DMAC电路完成数据传送， 整个过程完全由硬件实现，所以传送速率非常高。
A1
A0
RD
操作 WR CS
0
0
0
1
0
读A口
0
1
0
1
0
读B口
1
0
0
1
0
读C口
0
0
1
0
二 状态信息 ➢ 反应当前外设的工作状态，是外设通过接口往CPU传送的。
三 控制信息 ➢ 是CPU通过接口传送给外设的，CPU通过发送控制信息
控制外设的工作。
5.1.2 I/O接口
在计算机中，介于CPU与外设间，实现硬件连接和软件通讯 的装置。
一、 I/O接口的作用
➢对信息的传输形式进行变换。（模数转换和数模转换） ➢ 电平转换和放大 ➢ I/O定向 ➢ 串并转换及并串转换 ➢ 锁存和缓冲
第五章 数字量输入输出
❖ 概述 ❖ 系统总线及接口 ❖ 中断控制系统 ❖ 计数定时接口 ❖ 并行输入输出接口

第2章 IO通道基本知识


查询方式、中断控制方式和直接存储器存取(DMA)
方式。
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
（1）程序查询方式
是
CPU向过程通道发启动命令
过程通道准备就绪？
过程通道服务程序
继续原来程序的运行
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
一、I/O接口电路
I/O接口电路也简称接口电路。它是主机和外围设备之间交换
信息的连接部件。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和 纽带作用。为什么要设置接口电路？其必要性可归纳成如下几点。
5. 数字量输入输出通道（DI、DO）
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
2.1
几个常见概念：
I/O通道简介
1. 模拟信号的常用规格： 1~5v电压信号：易受干扰，常用于仪表中 4~20mA电流信号：抗干扰性好，常用于信号传输 2. 阻抗匹配： 信号源输出最大功率的条件：输出阻抗=输入阻抗，即阻抗匹配 高阻抗匹配：电压信号 低阻抗匹配：电流信号 3. 理想的压流源的特点： 理想电压源：内阻为0 理想电流源：内阻无穷大
第2章输入输出过程通道河南机电高等专科学校henanmechanicalandelectricalengineeringcollege信息种类输入信息来源或输出信息的用途模拟量输入数字量输入脉冲计数器模拟量输出数字量输出温度压力物位转速成分等接点的通断状态电平高低状态数字装置的输出数码等流量积算电功率计算转速及脉冲形式的输入信号等控制执行装置显示记录等对执行器进行控制报警显示等表1生产过程输入输出信息来源与用途
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-
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
因此，利用光耦隔离器可用来传递信号而有效地 隔离电磁场的电干扰。
为了适应计算机控制系统的需求，目前已生产出 各种集成的多路光耦隔离器，如TLP系列就是常用 的一种。
-
5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
下面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为 例说明光电耦合隔离电路。典型的光电耦合隔离电 路有数字量同相传递与数字量反相传递两种，如下 图所示。
5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、 开关，其端子引出均统称为开关信号。在开关输入 电路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换， RC滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。
（1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信 号转换为电压信号。
（2）RC滤波是用RC滤波器滤出高频干扰。
-
5.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 1 光电耦合隔离器 ❖ 2 光电耦合隔离电路
-
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、 单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如下图所示。 它们的原理是相同的，即都是通过电 光 电这种 信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而 完成隔离功能的。
-
5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
-
5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
（3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电 压保护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位 在安全电平上。
（4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性 电压输入。
（5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部 的完全电隔离。
-
5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
-
引言
在微机控制系统中，除了要处理模拟量信 号以外，还要处理另一类数字信号，包括开关 信号、脉冲信号。它们是以二进制的逻辑 “1”和“0”或电平的高和低出现的。如开 关触点的闭合和断开，指示灯的亮和灭，继电 器或接触器的吸合和释放，马达的启动和停止 ，晶闸管的通和断，阀门的打开和关闭，仪器 仪表的 BCD 码，以及脉冲信号的计数和定时 等等 。
计算机控制技术
吴国辉
-
第五章 数字量输入输出通道
• 1.光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路 • 2.数字量输入通道中几种典型电路； • 3.数字量输出通道几种典型驱动电路；
-
第五章 数字量输入输出通道
• 引言 • 5.1 光电耦合隔离技术 • 5.2 数字量输入通道 • 5.3 数字量输出通道 • 5.4 DI/DO模板 • 本章小结 • 思考题
数字量同相传递如图（a）所示，光耦的输入正 端接正电源，输入负端接到与数据总线相连的数据 缓冲器上，光耦的集电极c端通过电阻接另一个正 电源，发射极e端直接接地，光耦输出端即从集
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
电极c端引出。当数据线为低电平“0”时，发光管 导通且发光，使得光敏管导通，输出c端接地而获 得低电平“0”；当数据线为高电平“1”时，发光 管截止不发光，则光敏管也截止使输出c端从电源 处获得高电平“1”。如此，完成了数字信号的同 相传递。
-
5.2 数字量输入通道
1 引言
➢ 数字量输入通道（ DI 通道）的任务--是把生产 过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式。 ➢信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进行 A/D 转换，但对通道中可能引入的各种干扰必须采 取相应的技术措施，即在外部信号与单片机之间要 设置输入信号调理电路。
-
-
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
现以最简单的三极管型光电耦合隔离器为例来说 明它的结构原理，如下所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
-
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
光电耦合隔离器的输入输出类似普通三极管的 输入输出特性，即存在着截止区、饱和区与线性区 三部分。利用光耦隔离器的开关特性（即光敏三极 管工作在截止区、饱和区），可传送数字信号而隔 离电磁干扰，简称对数字信号进行隔离。例如在数 字量输入输出通道中，以及在模拟量输入输出通道 中的A/D转换器与CPU或CPU与D/A转换器之间的 数字信号的耦合传送，都可用光耦的这种开关特性 对数字信号进行隔离。 -
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
例如在现场传感器与A/D转换器或D/A转换器 与现场执行器之间的模拟信号的线性传送，可用光 耦的这种线性区对模拟信号进行隔离。
光耦的这两种隔离方法各有优缺点。模拟信号隔 离方法的优点是使用少量的光耦，成本低；缺点是 调试困难，如果光耦挑选得不合适，会影响A/D或 D/A转换的精度和线性度。数字信号隔离方法的优 点是调试简单，不影响系统的精度和线性度；
-
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
缺点是使用较多的光耦器件，成本较高。但因光 耦越来越价廉，数字信号隔离方法的优势凸现出来， 因而在工程中使用的最多。
要注意的是，用于驱动发光管的电源与驱动光敏 管的电源不应是共地的同一个电源，必须分开单独 供电，才能有效避免输出端与输入端相互间的反馈 和干扰；另外，发光二极管的动态电阻很小，也可 以抑制系统内外的噪声干扰。
-
5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(a 数字量同相传递
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(b 数字量反相传递
-
5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
数字量反相传递如图（b）所示，与（a）不同 的是光耦的集电极 c端直接接另一个正电源，而发 射极 e 端通过电阻接地，则光耦输出端从发射极e 端引出。从而完成了数字信号的反相传递。
典型的开关量输入信号调理电路如下图所示。 点划线右边是由开关S与电源组成的外部电路，（a） 是直流输入电路，（b）是交流输入电路。交流输 入电路比直流输入电路多一个降压电容和整流桥块， 可把高压交流(如380VAC)变换为低压直流(如 5VDC)。开关S的状态经RC滤波、稳压管D1箝位 保护、电阻R2限流、二极管D2防止反极性电压输 入以