《开关量信号》PPT课件

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1、智能仪器通用硬件结构图第5章开关量信号的输入/输出5.1开关量信号5.2开关量信号的输入5.3开关量信号的输出5.1开关量信号智能仪器在检测和控制外部装置状态时，常常需要采用许多开关量作输入/输出信号。这些信号只有开和关、通和断或者高电平和低电平两种状态，相当于二进制数的0和1。如果要控制某个执行器的工作状态，只须输出0和1，即可接通发光二极管、继电器或无触点开关的通/断，以实现诸如阀门的开启与关闭、超限声光报警或电动机的启动与停止等。同时也可输入开关信号监测执行器的状态。单片机与开关信号接口对以单片机为核心的智能仪器而言，因其内部已具有并行I/0端口，可以直接检

2、测和接收外界的开关量信号。但外界的开关量信号的电平幅度必须与单片机I/0端口的信号电平相符，若不相符，必须对其进行电平转换后，再输入到单片机的I/0端口上。若要输出控制外部功率较大的开关设备，则在输出通道中应设计功率放大电路，以使单片机的输出信号能驱动这些设备。单片机I/O端口信号1—高电平0—低电平10单片机P1.0P1.75.2开关量信号的输入单片机处理开关量信号必须有信号输入接口。其电气接口形式比较多，常见的有TTL电平、CMOS电平、非标准电平、开关或继电器的触点等。5·2·1开关量信号输入通道结构开关量信号输入通道通常由单片机、信号输入调理电气接口电路、

3、信号输入缓冲器和译码电路等几部分组成。典型的结构如图4-1所示。单片机是接收和处理开关量信号的重要器件，一般由数据总线缓冲器、输入/输出端口、地址译码器和读/写控制信号组成。可完成信号输入通道的选通、关闭和控制，对信号进行滤波、电平转换和隔离保护。图例5.2.2开关量输入接口1、扳键开关与单片机的接口扳键开关可以将高电平或低电平经单片机的I/O引脚输入单片机，以实现各种人机操作或参数设置。图4-2是设计8个开关的接口电路图，各开关信号的输入通过74LS244作为输入缓冲通道送入单片机，单片机采用P0口数据总线读取外部开关信号。当开关合上时，向P0口的相应引脚送入低

4、电平；当开关打开时，向P0口送入高电平。图例读取扳键开关状态程序如下：KEYRD：CLRP1.7；选通读入外部开关信号MOVXA，@R；产生RD信号，从P0口读取数据RLCA；用左移的方法移出第一个开关量JCKP1；高电平表明未接通，转到第二个开关量LJMPKBS1；低电平接通，转入第一个开关处理程序KP1：RLCAJCKP2LJMPKBS2KP2：……┇KP7：RLCAJCESCLJMPKBS8ESC：RET；结束返回5.2.3光敏器件开关与单片机的接口光敏器件是一种将光信号转换成电信号的器件，主要有光敏二极管、光敏晶体管和光敏电阻等，具有亮阻低、暗阻高的特点。

5、在光的照射下，光敏器件吸收光子能量产生电流和电压。光敏器件广泛用于自动控制、广播电视等领域，也常用于亮、暗的检测，控制灯光开关。例如在航标灯或路灯中，用光敏器件检测是白天还是黑夜来控制航标灯或路灯的自动开启或关闭；在某些计数系统中可以用它来产生计数脉冲；如图4-5所示为脉冲电表计数电路。脉冲电表计数电路5.2.4温度超限检测开关接口温度是与人类的生活、工作关系最密切的物理量。从工业炉温、环境温度到人体温度；从空间、海洋到家用电器，处处都存在对温度的测量和控制。测量温度的器件种类很多，常用热敏电阻或集成温度传感器来测量温度，以确定是否高于或低于某一临界值，从而实现温

6、度电子开关的方法。如图4-6所示。图例原理：LM35是集成温度传感器，可提供正比于温度的电流，这样在R2两端可以产生约3.2V电压，该电压随温度的升、降而改变。调节R4电位器到某一特定值时。就可以检测到温度高于或低于对应于R4的临界温度信号。信号经过LM339比较器比较，即可输出TTL电平开关信号。将这个信号输送到单片机的I/O口或外部中断引脚处理，即可实现温度超限控制。5.3开关量信号的输出开关量输出是数字化驱动输出的一种方式，可通过控制外部对象处于“开”或“关”状态的时间来达到运行控制的目的。开关量输出通道主要由锁存器、输出驱动器和地址译码器等电路组成。如图4

7、-7所示。当对外部设备进行控制时，控制状态一般需要保持到下一个新状态值给出为止。可以采用集成电路器件作开关量信号的锁存器。由于被控设备需要一定的电压和电流，锁存器的驱动能力有限，不能直接驱动被控设备。因此，在锁存器后级必须配接有足够驱动能力的输出驱动电路。图例5.3.1输出驱动接口的隔离在单片机应用系统中，常常会遇到外界强电磁的干扰和工频电压信号的串扰，导致系统工作不稳定。为了消除干扰，使系统工作稳定可靠，一般需要采用通道隔离技术，把单片机系统与干扰源隔开。输出通道的这种隔离常用光电耦合器件来实现，电路如图4-8所示。图例光电耦合器光电耦合器是以光为媒介传输信号的

8、器件，内部