工业环境中,因电机开关、静电放电或者邻近电弧闪击,常常会产生高达上百甚至上千伏特的冲击电压。如果不采取任何隔离措施,此电压可能会破坏信号的正常传输或导致系统的崩溃,甚至造成硬件上不可恢复的毁坏。在工业生产过程当中会使用各类的仪器和仪表及其他精密探测设备,它们之间的信号传输,既有数千伏、数百安培的大信号,还有毫伏级、微安级的小信号；既有低频直流信号,还有高频脉冲信号,组成系统后,在设备之间信号传输往往相互干扰,引起系统的不稳定,甚至导致误操作。因此需要解决电磁干扰和相互的兼容问题。此外“接地环路”引起信号在传输过程中失真,在各个过程环路中可以采用信号隔离的方法,将过程环路断开,而不影响信号的正常传输,因此能够彻底解决接地环路问题。本文设计的输入输出模块就是针对工业应用中普遍存在的干扰问题,切实可靠的完成信号的传输任务,本模块采用了多种隔离技术,包括光耦隔离,电源隔离,iCoupler技术数字隔离,从而实现信号的单向传输,输出信号对输入端信号无影响,输出端和输入端实现了完全的电气隔离,因此本模块具有很强的抗干扰能力,工作稳定,使用寿命长,且传输效率高。本论文在参阅了丰富的技术文献的基础上,先从总体设计上把握,确定了需求分析,然后从硬件和软件两个层面上详细的讲述了设计过程,首先确保了基础功能的实现——数据传输和采集,然后从原理上采用三大隔离技术,再从PCB(Printed Circuit Board)的布局和布线上确保硬件的稳定性和可靠性。最后在软件上采用了指令冗余、软件陷阱和看门狗确保程序的可靠运行。现从每章简要介绍本论文的内容。第一章首先分析了此项目研究背景及意义,然后介绍了工业环境里的单片机应用系统中的干扰及抗干扰技术,重点介绍了电磁抗干扰技术,最后研究了隔离数字量输入输出模块的发展现状。第二章中在需求分析的基础上,提出了16路隔离数字量输入输出模块的总体设计方案。第三章结合电路原理图,详细介绍了模块主要部分的硬件设计以及硬件抗干扰技术的设计。第四章结合软件流程图,详细介绍了模块的软件设计以及软件抗干扰技术的设计。第五章,首先讲述了项目调试,包括模块的使用介绍、硬件调试、软件调试,然后对项目进行了总结与展望。本文设计的模块支持16路数字量隔离通道,每个通道能够通过软件独立配置为输入或输出。模块主要由电源、数字量输入输出电路、RS485、MCU(Micro Control Unit)等构成。针对工业应用设计,模块中各个组成部分都有自己的电源,采用电流隔离不形成接地环路,保护系统免遭瞬态高电压损坏,而且降低了信号失真,也保护了人身安全。