某些CPU模块上有集成的数字量I/O，有的还有集成的模拟量I/O。图1-7为集成了数字量/模拟量I/O的CPU模块。
输入/输出模块统称为信号模块，包括数字量（或称开关量）输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，主要有数字量输入模块SM321、数字量输出模块SM 322、模拟量输入模块SM 331和模拟量输出模块SM332。S7-300的输入/输出模块的外部接线接在插入式的前连接器的端子上，前连接器插在前盖后面的凹槽内，不需断开前连接器上的外部连线，就可以迅速地更换模块。
信号模块面板上的LED灯用来显示各数字量输入/输出模块电的信号状态。输入/输出模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器与相邻的模块连接，默认地址由模块所在的位置决定，也可以用STEP7指定模块的地址。
输入模块用来接收和采集输入信号。数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字传感器，接收如按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关及压力继电器等的开关量输入信号，将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号。输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输入电流一般为数毫安。模拟量输入模块用来接收热电阻、热电偶、电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。
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数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。SM322数字量输出模块将S7-300的内部信号电平转换为控制过程所需的外部信号电平，有隔离和率放大的作用。模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。
CPU模块内部的工作电压一般是DC 5V，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，例如DC 24V或AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。信号模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用，其用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC内部电路和外部的输入、输出电路。
1.数字量输入模块
数字量输入模块分为直流输入模块和交流输入模块。S7-300的数字量输入模块主要有6ES7 321系列和6ES7131系列，后者主要用于ET200（分布式I/O）。图1-8和图1-9分别为直流数字量输入模块和交流数字量输入模块内部电路和外部接线图。
流输入模块内部电路和外部接线图中只画出了单条输入电路，M是同一输入组内各输入信号的公共点。当外接触点接通时，光耦合器中的发光二极管点亮，光敏三极管饱和导通；外接触点断开时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经背板总线接口传送给CPU模块。
交流数字量输入模块的额定输入电压为AC 120V或AC230V，其用电容隔离输入信号中的直流成分，利用电阻限流，交流成分经桥式整流电路转换为直流电流。外接触点接通时，光耦合器中的发光二极管和显示用的发光二极管点亮，光敏三极管饱和导通；外接触点断开时，光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，信号经背板总线接口传送给CPU模块。
直流输入电路的延迟时间短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。如果信号线不是很长，PLC所处的物理环境较好，电磁干扰较轻，应考虑优先选用DC24V的直流输入模块。交流输入方式适于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。数字量输出模块将PLC的内部信号电平转换为控制过程所需的外部信号电平，有隔离和率放大的作用。S7-300的数字量输出模块主要有6ES7322系列和6ES7 132系列，后者主要用于ET200（分布式I/O）。数字量输出模块的率放大元件有驱动直流负载的大率晶体管或场效应管（见图1-10）、驱动交流负载的双向晶闸管或固态继电器以及既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器在选择数字量输出模块时，应注意负载电压的种类和大小、工作频率和负载的类型（电阻性负载、电感性负载、机械负载或白炽灯）。除了每一点的输出电流外，还应注意每一组的大输出电流。
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双向晶闸管输出模块内部电路和外部接线图，输出信号经光耦合器使容量较大的双向晶闸管导通，模块外部的负载得电工作。图中的RC电路用来抑制晶闸管的关断过电压和外部的浪涌电压。这类模块只能用于交流负载，因为是无触点开关输出，开关速度快，工作寿命长。
模拟量输入模块
生产过程中有大量连续变化的模拟量需要PLC来测量或控制，有的是非电量，例如温度、压力、流量、液位、物体的成分（例如气体中的含氧量）和频率等；有的是强电电量，例如发电机组的电流、电压、有率、无率和率因数等。模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成部分是A/D（Analog/Digit）转换器。模拟量输入模块的输入信号一般是模拟量变送器输出的标准量程的直流电压、电流信号。S7-300的模拟量输入模块可以直接连接电压/电流传感器、热电偶、热电阻和电阻式温度计。
S7-300的模拟量输入/输出模块包括模拟量输入模块SM 331和模拟量输出模块SM 332。