第4章开关量信号的输入输出

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。

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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

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。

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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

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。

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4.1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？

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TTL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。

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74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。

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74LS244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

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74LS245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。

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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

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驱动器。

74LS06：六高压输出反相缓冲器/

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74LS273: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

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74LS2731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)。

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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。

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4.1.1 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