第4章开关量信号的输入输出
输入输出模块,4 路开关量信号采集
输入输出模块，4 路开关量信号采集
输入输出模块众山科技输入输出模块，又名控制模块。
型号：
ZSR2184，提供4 路开关量信号采集(4路DI/DO），提供8 路模拟量（0~20mA）信号采集。
可以接续各种现场传感器的模拟信号及开关量信号，支持阈值判别预警、状态触发报警等功能，4 路继电器输出通道，可用于外部设备的开关控制。
众山输入输出模块-ZSR2184，提供一路RS232 串口，用于参数配置；还提供一路RS485接口，可连接各种用户设备如PLC,单片机，智能仪表等，通信协议采用modbus RTU 协议，兼容性更强，简单易用。
输入输出模块有什幺作用火灾报警时，报警控制器通过输出模块启动需要联动的外控设备，如防排烟阀、送风阀、防火卷帘门、风机、警铃等，并可接受设备的动作回答。
输出模块连接在控制器的回路总线上，可以安装在所控设备的附近，也可安装在楼层端子模块箱内。
采用电子写码，可以现场编码。
输出模块的输出控制逻缉可以根据工程情况编程完成。
当控制器接收到探测器的报警信号后，根据预先编入的程序，控制器通过总线将联动控制信号输送到输出模块，输出模块启动需要联动的消防设备；设备动作后会接受一个信号回答.
输入输出模块网络类型众山输入输出模块一共有4种网络类型，分别是GPRS、4G、LoRa、NB-IOT，另外4G、LoRa、NB-IOT3种网络类型的产品。
第4章 控制器
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20世纪80年代以来，又发展了数字调节器：可编程调节器、智 能调节器，基于集散控制系统或者现场总线的控制器等。以微处理 器为基础，功能完善，性能优越，能够解决模拟式仪表难以解决的 问题。近二十年来数字式控制仪表不断涌现新品种应用于过程控制 中，以提高控制质量，对整个控制系统产生革命性变革。 电动模拟式、数字式调节器，具有反应快,信号易远传,容易与 其他仪表相配套,功能丰富，符合当今仪表的发展趋势。基于集散控 制系统或者现场总线的控制器，它们除了控制功能外，还具有网络 通信等功能，适应信息社会大规模生产需要。
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想一想，为什 么不从0开始？
特点——
1）采用统一信号标准：4~20mA DC和1～5V DC。 这种信号制的主要优点是电气零点不是从零开始， 容易识别断电、断线等故障。同样，因为最小信号 电流不为零，可以使现场变送器实现两线制。 2）广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、 可靠性提高、维修工作量减少。 3）可构成安全火花型防爆系统，用于危险现场。
手/自动双向切换 手动操作 无扰动切换 Kp/Ti/Td的设置 Kp/Ti/Td的设置
一般在刚刚开车时采用手动控制，待系统正常时切换到自动控制。 可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输出 手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动，即调节器的输出信号 不发生突变（即必须要求无扰动切换） 改变控制器的特性
DV
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比例积分微分调节规律（PID）： 同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为比例积分 微分控制器。 微分控制器 1 dDv Mv Kp Dv Dvdt T D T dt I 对阶跃偏差：微分先起主导作用，使输出 大幅度变化，产生强烈的调节作用之后微 分作用消失，积分逐渐占主导地位，直到 余差完全消失，积分作用才停止。 若将TD=0，微分作用消失——PI调节器 TI=无穷大，积分作用消失——PD调节器 TD=0，TI=无穷大——P调节器。
第4章 控制系统及接口设计(4接口设计)
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控制系统及接口设计-接口设计
（地址总线驱动）8212 8位并行I/O接口 8212用于数据传输，具有8位并行数据寄 存器和缓冲器，有供产生中断用的服务请 求触发器，输入负载电流小，最大为 0.25mA，三态输出，最大输出电流15mA， 输出高电平为3.65V，能直接与080A， 8085ACPU相连接，寄存器异步清零，+5V 电源，电源和输出电压-0.5-+7V，输入电 压-0.5-+5.5V，工作电流130mA。
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控制系统及接口设计-接口设计
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控制系统及接口设计-接口设计
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控制系统及接口设计-接口设计
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控制系统及接口设计-接口设计
z80CPU的存储器及I／O口扩展举例
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控制系统及接口设计-接口设计
二、I/O接口扩展
1.地址译码器的扩展
扩展I/O接口必然要解决I/O接口的端口 （寄存器）的编址和选址问题。每个通用接口 部件都包含一组寄存器，一般称这些寄存器为 I/O端口。
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控制系统及接口设计-接口设计
z80-接口设计
三、模拟量的采样与处理
模拟量输入通道可完成模拟量的采集并将它转换 成数字量送入计算机的任务。依据被控参量和控制要 求的不同，模拟量输入通道的结构形式不完全相同。 目前普遍采用的是公用运算放大器和A/D转换器的结构 形式，其组成方框图如图5-32所示。
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控制系统及接口设计-接口设计
由于与CPU一起使用的存储器不只一个，这就产生选 片问题。一般采用译码器来选片。图4-14为3-8译码器 74LSl38的引脚配置。该芯片有三个片选端G1、G2A、G2B。 当G1＝1，G2A＝0，G2B＝0时，芯片才被选通，否则输出 均为高电平。A、B、C为三位输入端。输出端的逻辑功能 如表4-6所示。
开关量信号的输入输出
§4.2 开关量信号的输出
一、开关量信号输出的通 道结构 4、注意： P1口可直接输出（锁存 器和地址译码电路可省 略）最多8个开关量信号。 P0口经锁存电路隔离可 接多组8个开关量输出。 当驱动小负载时，输出 驱动电路可省略。
§4.2 开关量信号的输出
二、开关量输出接口的简单设计 1、P1口开关量的输出 练习：通过P1口直接控制8个LED发光二 极管，画出硬件电路图，并写出控制发光 二极管点亮的指令。
§4.2 开关量信号的输出
一、开关量信号输出的通道 结构 3、各部分作用 锁存器：当开关量信号从 P0口输出时，锁存器起到ห้องสมุดไป่ตู้隔离数据总线的作用。常 用锁存器如74LS373、 74LS273、74LS377等 地址译码控制：锁存器的 锁存地址控制 输出驱动电路：提高输出 开关量信号的输出功率。
三、开关量输出的功率接口电路设计
2、中功率达林顿管驱动接 口电路 在驱动功率较大的继电 器和电磁开关等控制对 象，要求提供50~500 mA的电流时，可使 用MC1413 （ULN2003）、 MC1416（ULN2004） 等达林顿管集成电路。
三、开关量输出的功率接口电路设计
2、中功率达林顿管驱动接口 电路 若图中继电器需要100mA 吸合电流，则（V+—0.3） /（r+R2）=I=100，其中r 是继电器的线圈内阻，当已 知V+时，可求R2 取 MC1413的放大倍数 β=100，P1.0输出电流 =100mA/β=1mA， 1*R1+0.7+0.7+100*R2 =5, 可求R1
§4.2 开关量信号的输出
三、开关量输出的功率接口电路设计 1、小功率驱动接口：
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③反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装 一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为 反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况 下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到； 一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开 关就动作，输出一个开关控制信号。
④扩散反射型光电开关 它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但
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7.2.3 常用传感器简介
1、红外光电传感器 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变 化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部 分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半 导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射 二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。 接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在 接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。 检测电路能滤出有效信号和应用该信号。
7.2.1传感器的分类
１、按传感器的物理量： 可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等
传感器； ２、按传感器工作原理：
可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光 栅、热电偶等传感器。 ３、按传感器输出信号的性质：
可分为：输出为开关量（“１”和"０”或“开” 和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器； 输出为脉冲或代码的数字型传感器。
结构型传感器，如电感、电容、磁电等传感器，由于 受到结构特性的影响机械系统惯性质量的限制，其固 有频率低，工作频率范围窄。
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3、线性范围
任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围 内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传 感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是 保证测量精度的基本条件。例如，机械式传感器中的 测力弹性元件，其材料的弹性极限是决定测力量程的 基本因素，当超出测力元件允许的弹性范围时，将产 生非线性误差。
第四章 开关量梯形图的设计方法
一、梯形图经验设计法
经验设计方法也叫试凑法，经验设计方法需要 设计者掌握大量的典型电路，在掌握这些典型 电路的基础上，充分理解实际的控制问题，将 实际控制问题分解成典型控制电路，然后用典 型电路或修改的典型电路进行拼凑梯形图。
2、常用基本环节梯形图程序
△ 起动、保持和停止电路 △ 三相异步电动机正反转控
KM1
KM1
FR
KM2
Y1 X2 X0 X3 Y0
Y0 X1 X0 X3 Y1
注意事项
• 设计梯形图的基本原则 • 分离交织在一起的电路 • 中间单元的设置 • 复杂电路的等效 • 尽量减少PLC的输入和输出信号 • 软件互锁与硬件互锁 • 梯形图电路的优化设计 • 热继电器触点的处理
顺序控制设计法与顺序功能图
（1）具有试探性和随意性 （2）最后的结果不是唯一的 （3）设计所用的时间和质量因设计者的经验而异
4、设计实例（根据电动机正反转控制）
送料小车在限位开关X3处装料，10S后结束然后右行，碰到X4后停 下来卸料，15S后左行，碰到X3后，又停下来装料，这样不停地循环 工作，直到按下停机按钮。
Y1左行
（2）电动机正反转控制
（3）多继电器线圈控制电路
下图是可以自锁的同时控制4个继电器线圈的电路图。其中X0是起动 按钮，X1是停止按钮。
（4）多地控制电路
下图是两个地方控制一个继电器线圈的程序。其中X0和X1是 一个地方的起动和停止控制按钮，X2和X3是另一个地方的 起动和停止控制按钮。
（5）互锁控制电路
（2）转换条件的确定
转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常 见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数 器的触点的动作（通/断）等。
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。
单片机抗干扰技术开关量输入输出通道隔离
周围空间中的电磁场对信号线 的电磁感应干扰。
接地系统干扰
由于接地不良或地线配置不当 导致的地线噪声干扰。
信号传输线干扰
信号传输线上的外部干扰信号 通过电感和电容耦合引入。
开关量输入通道隔离技术
01
光耦隔离
利用光耦器件将输入和输出电路隔 离，以减小干扰信号的影响。
变压器隔离
利用变压器原理实现输入和输出电 路的隔离，降低共模干扰。
单片机在工作过程中，其电路板 和元件会受到周围空间电磁辐射 的影响，导致信号失真和噪声干 扰。
接地系统干扰
接地系统不良或不合理，会导致 信号接地电位不均，产生电位差， 从而引入干扰信号。
开关量输出通道隔离技术
光耦隔离
光耦隔离是利用光耦合器的工作原理，将单片机开关量输出信号通过光耦隔离器进行隔离，以减小外界干扰对输出信 号的影响。
03
02
继电器隔离
通过继电器触点实现输入信号的电 气隔离，提高抗干扰能力。
运算放大器隔离
通过运算放大器将输入信号进行放 大和隔离，提高信号质量。
04
开关量输入通道隔离的实现方法
选择合适的隔离器件
根据应用需求选择适合的光耦、继电器、变 压器或运算放大器等器件。
正确连接隔离器件
按照隔离器件的连接方式，正确接入输入和 输出电路。
单片机抗干扰技术开关量输入输出 通道隔离
contents
目录
• 单片机抗干扰技术概述 • 单片机开关量输入通道隔离 • 单片机开关量输出通道隔离 • 单片机抗干扰技术的实际应用
01 单片机抗干扰技术概述
干扰的定义与影响
定义
干扰是指对系统正常信号的扰动 或破坏，导致信号失真、畸变或 阻塞。
开关量模块工作原理
开关量模块工作原理
开关量模块是一种常见的电子模块，其工作原理是通过检测输入信号的高低电平来控制输出信号的开关状态。
具体来说，开关量模块通常具有一个或多个输入引脚和一个或多个输出引脚。
输入引脚用于接收外部的开关信号，而输出引脚用于控制外部设备的开关状态。
当外部开关信号为高电平时，输入引脚上的电压高于一定的阈值，开关量模块会将对应的输出引脚置为高电平，从而控制外部设备的开关状态为打开。
反之，当外部开关信号为低电平时，输入引脚上的电压低于一定的阈值，开关量模块会将对应的输出引脚置为低电平，从而控制外部设备的开关状态为关闭。
开关量模块具有快速响应、高可靠性、简化电路设计等特点，广泛应用于各种自动控制系统中。
例如，它可以用于检测和控制按钮、开关、传感器信号等，并通过控制继电器或其他开关设备来实现自动化控制。
总的来说，开关量模块的工作原理就是根据输入信号的高低电平来控制输出信号的开关状态，以实现对外部设备的控制。
第4章开关量信号的输入输出
3 磁性开关与单片机的接口电路
图4-4ａ 霍尔元件差动放大电路
磁性开关一般由霍尔元 件型、干簧管型等，常用于 监测门窗是否打开及各种脉 冲式水表气表。此时，需在 普通转盘计数的仪表中加装 霍尔元件和磁铁，即可构成 基于磁电转换技术的传感器。
图4-4ａ所示的电路中，若有磁场作用，则霍尔元件会输 出120mV电压信号，经过约40倍的差动放大器放大整形后，在 Vout上输出高电平；否则输出低电平。霍尔元件和运放电路一 起，构成了开关型霍尔传感器，将这个信号输送到单片机的I／ O口或外部中断引脚，即可实现霍尔检测开关控制 ．
2．开关量信号的特点是什么？
只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状 态的信号叫开关量信号，在智能仪器的电子电路中， 通常用二进制数0和1来表示。
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
3．开关量信号的作用？ 开关量输入、输出部分是智能仪器与外部设备的联系部件，
智能仪器通过接受来自外部设备的开关量输入号和向外部设备 发送开关量信号，实现对外部设备状态的检测、识别和对外部 执行元器件的驱动和控制。 4．常见电子开关都有哪些？
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
4.1.2 开关量输入接口
1 扳键开关与单片机的接口电路
图4-2 扳键开关与单片机的接口电路
图中， 扳键开关将高电平
或低电平经单片机的I／O引脚 输入缓冲器74LS244，74LS244 的数据输入端与单片机89C51 的P0口相连接，用于8位数据 的传送，89C51的P1.7和/RD作 为74LS244的选通信号 。当扳 键开关合上时，将向P0口的相
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
开关量输入
开关量输入学院：物理与电子工程学院班级：11.4 学号：1109040433 姓名：陈刘佩摘要：在计算机控制系统中，计算机是信息处理的核心，它不断地从外部获取关于被控对象或过程的状态信息，按照某种策略加工、处理，再向外发出控制信息，从而达到调节、控制的目的。
而我们为了获取系统的运行状态或设定信息，则经常需要进行开关量信号的输入。
关键词：开关量、光耦合器KEY WORDS: switching value、optical coupler一、引言：“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。
开关量，指控制继电器的接通或者断开所对应的值，即“1”和“0”。
开关量是指非连续性信号的采集和输出，包括遥信采集和遥控输出。
开关量主要指开入量和开出量，开关量输入是PLC与现场的以开关量为输出形式的检测元件的连接通道，它把反映生产过程的有关信号转换成CPU单元所能接收的数字信号。
二、开关量1、开关量：该物理量只有两种状态，如开关的导通和断开的状态，继电器的闭合和打开，电磁阀的通和断，等等。
2、开关和开关量信号的区别:开关是一种有两个可选择的、有固定位置的装置，主要用于向单片机输入电平信号。
开关量信号就是通过拨动开关的位置，使单片机得到的一个固定不变的电平信号。
在智能仪器中用于向单片机输入控制命令或数据，开关信号可以通过机械式开关、电子式开关、温度开关等方式产生。
3、开关量信号的特点:只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状态的信号叫开关量信号，在智能仪器的电子电路中，通常用二进制数0和1来表示。
4、开关量信号的作用:开关量输入、输出部分是智能仪器与外部设备的联系部件，智能仪器通过接受来自外部设备的开关量输入号和向外部设备发送开关量信号，实现对外部设备状态的检测、识别和对外部执行元器件的驱动和控制。
5、常见电子开关:常见电子开关有：扳键开关、BCD码拔盘开关、磁性开关、光敏器件开关（光电开关、光纤开关等）、温度超限开关等。
两种最常用的PLC输入输出方式：开关量和模拟量
两种最常用的PCL输入输出方式：开关量和模拟量开关量和模拟量是大家学习PLC初期使用最多的两种输入输出方式。
什么是开关量？什么是模拟量？这个问题必须弄清楚。
图1是一个典型能输出开关量信号的器件。
压力高时C和B两个触点闭合接通，输出压力高信号，压力低时C和A两个触点闭合接通输出压力低信号。
有了这样的信号就实现把就地的压力信号，远传到远处的电气控制柜去参与自动远程控制了，其中C和B是一个开关量，C和A也是一个开关量。
所以一个开关触点就是一个开关量，它的特性是同一时刻要么接通要么断开。
接通就是1，代表有有信号，断开就是0，代表没有信号。
这就是所谓的开关量信号。
压力表虽然能把压力信号传到远处，但它传输的只是有无压力这样的信号，无法知道实时压力值到底是多少。
图2中的器件叫压力变送器。
压力变送器的内部就是一块电路板，电路板连接着一个压力传感器F。
它的工作原理是压力传感器F把检测到的压力传到电路板的C，检测信号进入电路板后，通过电路板的转换与计算，把这个压力信号转换成一个电流信号由A和B这两个点输出。
图中右边就是转换过程的示意图，它可以把一个0-10kpa的压力信号转换成一个4-20mA的电流信号，由A和B这两个点输出。
这时我们就说A和B这两个点输出的就是一个模拟量信号。
模拟量信号的特点是它的值是在一个数值范围内是连续可变的。
下面看一下模拟量信号是如何进行远距传输的。
我们管道上安装一块量程为0-10kpa的压力变送器，电源正极接压力变送器的B点，负极串联一块万用表到压力变送器的A点，并将万用表打到电流档。
当压力变送器C点的压力是5kpa时，万用表的的电流读数是12mA。
正好是4-20mA的电流信号的中间值，而5kpa也正好是0-10kpa压力值的中间值。
当压力变送器C点的压力是10kpa时，万用表的的电流读数正好是20mA。
这样0-10kpa压力值就对应了4-20mA的电流信号值，我们只要在远方通过一个接受设备把这个4-20mA的电流信号值提取出来，再通过一定的计算，就能知道就地的压力值是多少了。
开关量输入通道(测控系统)
U/I转换电路 转换电路
在工业控制中，常常以电流方式传 常常以电流方式传 输信号，因为电流信号适合于长距离传 因为电流信号适合于长距离传 输，传输中信号衰减小 传输中信号衰减小，抗干扰能力强。 因此，大量的常规工业仪表是以电流方 大量的常规工业仪表是以电流方 式相互配接的。按仪器仪表标准 按仪器仪表标准，DDZ 2系列仪表各单元之间的联络信号为 系列仪表各单元之间的联络信号为0 ~ 10 mA，而DDZ3系列仪表各单元之间 系列仪表各单元之间 的联络信号为4 ~ 20 mA 4 ~ 20 mA 。
补充知识： HTL的输出电平范围为 的输出电平范围为：11.5 1.5V 常用转换器件为：CH2016. CH2016. ECL的输出电平范围为 的输出电平范围为：0.9 1.75V 常用转换器件为：CE1025. CE1025. （ECL 速度快、扇出能力强 扇出能力强、噪声低、引 线串扰小） CMOS的输出电平范围为 的输出电平范围为：3 18V 常 用转换器件为：CH2016. CH2016. (CMOS功耗低、抗干扰能力强 抗干扰能力强、电压范 围宽、输入阻抗高)
程序查询式是CPU CPU主动，所有 I/O传送与程序的执行严格同步 传送与程序的执行严格同步，所 以便于协调CPU与I/O I/O的工作，数据 传输可靠，接口硬件电路和查询程 接口硬件电路和查询程 序设计简单。 不 足：CPU要循环等待 要循环等待，软件 开销大，CPU花大部分时间在循环 花大部分时间在循环 等待上，而真正为外设服务的时间 而真正为外设服务的时间 很少，一次CPU的效率较低 的效率较低。
小型测控系统组建与运行
开关量输入通道
开关量输入通道的任务是将 现场的开关信号或仪表中的各 种继电器接点信号有选择地送 入计算机，在控制系统中主要 在控制系统中主要 起以下作用： 1）定时记录生产过程中某些设 定时记录生产过程中某些设 备的状态，例如电机是否运转 例如电机是否运转、 阀门是否开启等。 。
开关量控制的基础知识
过程自动控制中，这种以开关量信息作为控制信
号的控制系统称为热工开关量控制系统。
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1 开关量变送器
能够输出标准开关量信号的控制仪表， 称为开关量变送器。如：行程开关、料位开 关、压力开关、温度开关等装置，称为相应 的开关量变送器。
当输入＜P1时，输出1—2通 当输入＞P1+ΔP时，输出1—3通；
B
1.1 概述
一 开关量信号和开关量变送器
在实际系统中，由于某种原因，被控参数 超过给定值并达到某一规定数值时，控制系统会 自动发出报警信号，这个信号不再是连续变化的 模拟量信号，而是以开关触点动作给出的开关量 信号。
开关量信号的输入输出一般只有两种状态，
即“有"和“无量信息。在热工
3 热继电器 对电动机和其他用电设备进行过载保护。
B
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2
2、主要技术要求
在火电厂中，开关量变送器的主要任务是，将
被测物理量或机械量按照一定的预期参考值转换成 标准的开关量电信号输出。
开关量变送器主要技术要求有下列几点：
1）动作的稳定性
在选择开关量变送器时，应该选择重复偏差值 小的产品，即要求其
动作值和返回值的稳
定性好，长期工作中
均能保持在原有的整
定值上。
B
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1.3 常用控制电器
一 手动电器 1 按钮
按钮开关是一种最简单的手动主令电器 ，由操作人员通过按钮对系统发出指令。
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2 万能转换开关
控制开关是一种具有多种操作位置、能 够换接多个电路的手动电器。一般用来控制 电动机的启停，电动门的开大或关小，联锁 回路的接通和断开等。
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二 自动电器
仪表输入输出信号
AI ：模拟量信号输入，通常为4—-20mA；1—5V；等连续变化的信号AO：模拟量信号输出，通常为4-—20mA；1—5V;等连续变化的信号DI：开关量信号输入DO:开关量信号输出前一个字母A:就是ANALOG D:忘了，后面的I:INPUT ；O:OUTPUT模拟量不止是电信号，还有气动信号（或许还有液压信号）如气动单元组合仪表使用的信号同样数字量也有气动信号.此处的有源信号是指使用电源作为供给形式的模拟量或数字量。
无源信号是指不使用电源的模拟量或数字量。
可对比有源干接点和无源干接点.模拟信号英文名称：analogue signal；analog signal定义1：信息参数在给定范围内表现为连续的信号。
模拟信号的采集这里的模拟信号是指电压和电流信号，对模拟信号的处理技术主要包括模拟量的选通、模拟量的放大、信号滤波、电流电压的转换、V/F转换、A/D 转换等。
1．模拟通道选通单片机测控系统有时需要进行多路和多参数的采集和控制，如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每一路都采用放大、滤波、采样/保持,A/D 等环节，不仅成本比单路成倍增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难;并且对于多路巡检如128路信号采集情况,每路单独采用一个回路几乎是不可能的。
因此，除特殊情况下采用多路独立的放大、A/D外，通常采用公共的采样／保持及A／D转换电路(有时甚至可将某些放大电路共用)，利用多路模拟开关，可以方便实现共用。
在选择多路模拟开关时，需要考虑以下几点：（1）通道数量通道数量对切换开关传输被测信号的精度和切换速度有直接的影响,因为通道数目越多，寄生电容和泄漏电流通常也越大.平常使用的模拟开关，在选通其中一路时,其它各路并没有真正断开，只是处于高阻状态，仍存在漏电流，对导通的信号产生影响;通道越多，漏电流越大，通道间的干扰也越多。
(2）泄漏电流在设计电路时，泄漏电流越小越好。
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智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出第四章开关信号的输入/输出1．开关和开关量信号的区别？开关是一种有二个可选择的、有固定位置的装置，主要用于向单片机输入电平信号。
开关量信号就是通过拨动开关的位置，使单片机得到的一个固定不变的电平信号。
在智能仪器中用于向单片机输入控制命令或数据，开关信号可以通过机械式开关、电子式开关、温度开关等方式产生。
2．开关量信号的特点是什么？只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状态的信号叫开关量信号，在智能仪器的电子电路中，通常用二进制数0和1来表示。
1智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出3．开关量信号的作用？开关量输入、输出部分是智能仪器与外部设备的联系部件，智能仪器通过接受来自外部设备的开关量输入号和向外部设备发送开关量信号，实现对外部设备状态的检测、识别和对外部执行元器件的驱动和控制。
4．常见电子开关都有哪些？常见电子开关有：扳键开关、BCD码拔盘开关、磁性开关、光敏器件开关（光电开关、光纤开关等）、温度超限开关。
5.电子开关的缺点是什么？如何解决该缺点？由于外部装置输入的开关量信号的形式一般是电压、电流和开关的触点，这些信号经常会产生瞬时高压、过电流或接触抖动等现象。
因此为使信号安全可靠，在输入到单片机之前必须接入信号输人电气接口电路，对外部的输入信号进行滤波、电平转换和隔离保护等。
2智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出外界的开关量信号在一般情况下可直接连入以单片机为核心的智能仪器中。
但当外界的开关量信号的电平幅度与单片机I／O端口的信号电平不相符时（由于这些电平信号功率有限，加上外界还存在各种干扰和影响），应在电平转换后(采用各种缓冲、放大、隔离和驱动电路等措施），再输入到单片机的I／O端口上。
34.1开关量信号的输入开关量信号和单片机的电气接口有TTL电平、CMOS 电平、非标准电平、开关或继电器的触点等，请说明TTL电平和CMOS电平的特征？4TTL电平（晶体管-晶体管逻辑电平）,通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。
TTL输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V。
TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。
CMOS电平：CMOS电平+12V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，COMS电路速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。
5V的电平不能触发CMOS电路，12V的电平会损坏TTL电路，因此不能互相兼容匹配。
574系列芯片的特征，类别功能和区别在外设接口电路中，经常需要对传输过程中的信息进行放大、隔离以及锁存，能实现上述功能的接口芯片最简单的就是缓冲器、数据收发器和锁存器。
74系列器件是一种中小规模TTL集成电路芯片，这是一种低成本、工业和民用产品。
（1）74 X X X——标准TTL；（2）74LX X X——低功耗TTL；（3）74SX X X——肖特基型TTL；（4）74LSX X X——低功耗肖特基型TTL；（5）74ALSX X X——高性能型TTL；（6）74FX X X——高速型TTL。
674LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。
74LS244没有锁存的功能。
L表示低电平H表示高电平X表示不定状态Z表示高阻态774LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。
89问：有74LS244和74LS245芯片各一块，现要用于一单片机的总线驱动和数据驱动，如何分配？单向驱动器74LS244用于地址总线驱动双向驱动器74LS245用于数据总线驱动10驱动器。
74LS06：六高压输出反相缓冲器/111274LS273:带公共时钟复位八路触发器74LS373是三态同相八路锁存器273与373的引脚排列是相同的,唯一的差别是两者1、11脚的功能不同。
74LS273:带公共时钟复位八路触发器11174LS2731脚是低电平时,输出脚全部输出0，即全部复位；当1脚为高电平时，11脚是锁存控制端，并且是上升沿触发锁存。
74LS373 当1脚是低电平时,只要11脚上出现一个下降沿,输出立即呈现输入脚的状态;当1脚是高电平时, 输出全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态)。
13所以，对273来说,1(CLR)脚必须接高电平，ALE信号经过反相后接11脚(因为单片机的ALE信号是以下降沿方式出现)；对373来说，1脚接低电平，保证使能，11脚直接接单片机的ALE信号。
14154.1.1 开关量信号输入通道结构开关量输入通道通常由单片机（接受和处理开关信号）、信号输入调理电气接口（信号滤波电平转换、隔离保护等）、信号输入缓冲器（缓冲和选通外部输入信号）、输入／输出地址译码器（将外部开关信号转换为0，1信号）和读／写控制电路（外部输入信号的读写控制）组成。
图4-1 开关量信号输入通道结构输入接口电路缓冲电路单片机控制电路4.1.2 开关量输入接口图4-2 扳键开关与单片机的接口电路扳键开关将高电平或低电平经单片机的I／O引脚输入缓冲器74LS244，74LS244的数据输入端与单片机89C51的P0口相连接，用于8位数据的传送89C51的P1.7和/RD作为74LS244的选通信号。
1 扳键开关与单片机的接口电路162 BCD码拔盘开关与单片机的接口电路图4-3 BCD码拔开关与单片机的接口电路在仪器应用中，经常需要输入少量的控制参数和数据，有时可采用BCD码拨盘开作为输入设备。
BCD码拨盘开关0-9十个位置，设置时可以通过拨动表面的齿轮圆盘调到所需位置，每个位置对应一个数字指示。
1718智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出图4-3中，拨盘开关的控制引脚A接+5V，4位数据线分别通过电阻接地，再与4位并行输入线相连，BCD码拨盘开关处于某个位置时，就是拨盘开关所指示的BCD 码。
当89C51单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。
1974LS245当片选端/G低电平有效时，DIR=“0”，接收信号；DIR=“1”，发送信号；当/G为高电平时，A、B均为高阻态。
21一个机器周期ALEPSEN P2P0地址A8~A15A0~A7三态数据D0~D7入读外部数据RAM 时序图MOVX A, @RiMOVX A, @DPTRRD智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出3 磁性开关与单片机的接口电路磁性开关一般由霍尔元件型、干簧管型等，常用于监测门窗是否打开及各种脉冲式水表气表。
此时，需在普通转盘计数的仪表中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器。
图4-4ａ霍尔元件差动放大电路图4-4ａ所示的电路中，若有磁场作用，则霍尔元件会输出120mV电压信号，经过约40倍的差动放大器放大整形后，在Vout上输出高电平；否则输出低电平。
霍尔元件和运放电路一起，构成了开关型霍尔传感器，将这个信号输送到单片机的I／O口或外部中断引脚，即可实现霍尔检测开关控制．2223智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出当有一个金属物体或带磁钢的物体通过或接近开关型霍尔传感器时，会引起输出电平的变化,霍尔传感器的输出端与单片机的P1.0端口相连接，单片机就会接收到一个开关信号.24４光敏器件开关与单片机的接口电路图4-5a中采用光敏二极管将电度表铝盘的转数转换成脉冲数，光敏管产生的电脉冲输入到光电耦合隔离器01，经光电耦合隔离器送至89C2051单片机的外部中断中进行计数处理。
图4-５ａ脉冲电表计数电路26思考：非门的作用？工业上应用很广泛的是光电传感器，比如光电计数开关、光电位置检测开关。
图4-５b 光电开关和单片机的接口电路D为红外发光二极管，R1为限流电阻，T是光电接收三极管，R2为取样电阻。
D在+5V的作用下，产生红外光线，当红外光线没有被挡住时，T导通饱和向单片机输入一个O电平信号，当红外光线被挡住时，T截止向CPU输入一个1电平信号。
27图4-5C中，红外发光二极管和红外接收三极管分别安装在产品流水线传送带的二边，每当传送带上有一个产品经过，就会遮挡红外光线一次，使红外接收三极管的输出一个脉冲电平信号。
单片机对输入的脉冲信号进行计数，就可以对产品的产量进行统计。
图4-5C生产线上的产品计数模型28图4-5D 光电传感器位置检测图4-5B中当移动的物体一旦挡住红外光线，红外接收三极管就会输出一个脉冲信号。
此装置可以用来检测物体的有或无，可以作为运动物体的限位检测电路，可以作为外人侵入的报警检测电路，也可以作为自动门的控制电路。
295．温度超限检测开关与单片机的接口热敏电阻或集成温度传感器测量得到设备的温度后，与某一设定的临界值相比较，根据比较的结果输出高电平或输出低电平，从而实现温度电子开关的方法。
图4-6 温度超限开关电路30问题：为什么选择LM339图4-6中，LM339是集成温度传感器可提供正比于温度的电流，这样在R1两端可以产生约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。
31324.2 开关量信号的输出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。
锁存器功率驱动器地址译码器输出控制侧开关量数据总线控制状态一般需要保持到下一个新状态值给出为止334.2.1 输出驱动接口的隔离单片机应用系统中，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。
34354.2.2 小功率直流负载驱动接口电路图4-9 三极管驱动接口电路小功率直流负载类型:发光二极管、LED 数码显示器、小功率继电器和晶闸管等,驱动电流为5-40 mA,通常采用小功率三极管、集成电路作驱动电路。
图4-9中，9013三极管做开关用，驱动电流100mA ，可驱动负载电流不大元器件。
36·集电极电流Ic ：Max 500mA ·集电极-基极电压Vcbo ：40V ·工作温度：-55℃to +150℃·功率(W):0.625 ·和9012（PNP ）相对智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出图4-10中，P1.0和P1.1 低电平有效,LED亮。