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 智能仪器原理与设计------第
开关信号的输入/ 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。
图4-4ａ所示的电路中，若有磁场作用，则霍尔元件会输 ａ所示的电路中，若有磁场作用， 电压信号， 倍的差动放大器放大整形后， 出120mV电压信号，经过约 倍的差动放大器放大整形后，在 电压信号 经过约40倍的差动放大器放大整形后 Vout上输出高电平；否则输出低电平。霍尔元件和运放电路一 上输出高电平； 上输出高电平 否则输出低电平。 构成了开关型霍尔传感器，将这个信号输送到单片机的I／ 起，构成了开关型霍尔传感器，将这个信号输送到单片机的 ／ O口或外部中断引脚，即可实现霍尔检测开关控制 ． 口或外部中断引脚， 口或外部中断引脚
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
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。
2．开关量信号的特点是什么？ ．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？ 电子开关的缺点是什么？ 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.
图4-2 扳键开关与单片机的接口电路
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
软件上，采用了JC指令逐个移位顺序判别方法编程和用 CJNE指令采取字节比较的判断方法编程。控制转移类指令的 本质是改变程序计数器PC的内容，从而改变程序的执行方向。 以下是本节用到的MS51汇编语言指令介绍： MOVX：外部数据传送指令；外部RAM只能通过累加器A进行 ： 数据传送。累加器A与外部RAM之间传送数据时只能间接寻址 DPTR R0 R1 方式，间接寻址寄存器为DPTR，R0，R1； RET：子程序返回指令 ： JC：有进位时转移指令 ： RLC：循环左移指令 CPL：按位取反指令 ： LJMP addr16：程序跳转到地址为addr16开始的地方执行 CJNE A,#data,rel：若A≠#data, 则PC←PC+rel，否则顺序执行； 若 A<#data，则CY=1，否则CY=0（以上指令结果影响程序状 态字寄存器PSW的CY标志）
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
4.1开关量信号的输入 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、 电平、 电平 CMOS电平 电平、非标准电平、开关或继电器的触点等，请说 电平 请说 电平和CMOS电平的特征？ 电平的特征？ 明TTL电平和 电平和 电平的特征
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
74系列芯片的特征， 74系列芯片的特征，类别功能和区别 系列芯片的特征
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，工作温度为0～70℃， 以功耗和速度分类有如下几类，对于相同编号（XXX）、 不同类型的芯片，其逻辑功能完全一样。 （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；
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 +5V 1” 0V 0” 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
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 外界的开关量信号的电平幅度与单片机I 外界的开关量信号的电平幅度与单片机 端口的信号电平不相符时（由于这些电 ／O端口的信号电平不相符时 端口的信号电平不相符时 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 电平转换后(采用各种缓 电平转换 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。
（5）74ALSX X X——高性能型TTL； （6）74FX X X——高速型TTL。
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
74LS244是一种三态输出的八位缓冲器，该缓冲器有8 个输入端，分为两路——1A1～1A4，2A1～2A4，同时8个输 出端，也分为两路——1Y1～1Y4，2Y1～2Y4，分别由2个门 控信号1G和2G控制，当记为低电平时，1Y1～1Y4的电平与 1A1～1A4的电平相同，即输出反映输入电平的高低；同样， 当2G为低电平时，2Y1～2Y4的电平与2A1～2A4的电平和同。 而当1G（或2G）为高电平时，输出1A1～1A4（或2A1～2A4） 为高阻态。经74LS244缓冲后，输入信号被驱动，输出信号 的驱动能力加大了。4LS244缓冲器主要用于三态输出的存储 地址驱动器、时钟驱动器和总线定向接收器和定向发送器等。 74LS245是一种三态输出的8总线收发器，该收发器有 16个双向传送的数据端，即A1～A8，B1～B8，另有两个控 制端——使能端G，方向控制端DIR，74LS245通常用于数据 的双向传送、缓冲和驱动。 74LS06：六高压输出反相缓冲器/驱动器。 ：
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
2 BCD码拔盘开关与单片机的接口电路 码拔盘开关与单片机的接口电路 在智能仪器应用中，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。一个BCD码拨盘开关可以 输入1位十进制数。如果需2位 十进制数据，则需要两个BCD 码拨盘开关。BCD码拨盘开关 与单片机的接口如左图所示
图4-1 开关量信号输入通道结构
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 应引脚送入低电平；反之，当 开关打开时，将向P0口送入高 电平。
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
74LS273是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 1脚是复位CLR,低电平有效,当1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(CLK)脚是锁存 控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立即锁存输 入脚的电平状态,并且立即呈现在在输出脚 上。 74LS373 1脚是输出使能(OE),是低电平有效,当1脚是高电平时, 不管输入如何,也不 管11脚(锁存控制端,G)如何,输出全部呈现高 阻状态(或者叫浮空状态)；当1脚是低电平时,只要11脚(锁存控制 端,G)上出现一个下降沿,输出立即呈现输入脚的状态 。 所以,如果分别用273和373来作为单片机的地址锁存器的话, 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 。
Biblioteka Baidu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
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， 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， 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， 霍尔元件和磁铁，即可构成 基于磁电转换技术的传感器。 基于磁电转换技术的传感器。
第三章复习
1.软件系统的上层模块主要有主程序和中断子 1.软件系统的上层模块主要有 软件系统的上层模块主要有主程序和中断子 程序组成 组成. 程序组成. 2.软件系统的10个主要功能模块? 2.软件系统的 个主要功能模块 软件系统的10个主要功能模块? 3.自检模块的主要功能?如何规划? 3.自检模块的主要功能 如何规划? 自检模块的主要功能? 4.初始化模块的主要功能?如何规划? 4.初始化模块的主要功能 如何规划? 初始化模块的主要功能? 5.一个完整的软件系统主要包括哪几部分? 5.一个完整的软件系统主要包括哪几部分 一个完整的软件系统主要包括哪几部分? 6.变量定义过程也就是系统资源分配过程,字 6.变量定义过程也就是系统资源分配过程 变量定义过程也就是系统资源分配过程, 节型变量用DATA伪指令来定义和分配储存 伪指令来定义和分配储存 节型变量用 伪指令 单元；位变量用BIT伪指令来定义和分配储 伪指令来定义和分配储 单元；位变量用 伪指令 存单元；地址常量和其它常量用 和其它常量用EQU伪指 存单元；地址常量和其它常量用 伪指 来定义；对于数组或数据块， 令来定义；对于数组或数据块，用EQU伪 伪 指令来定义其起始地址。 来定义其起始地址 指令来定义其起始地址。
图4-3 BCD码拔开关与单片机的 接口电路
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80C51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。 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。这样，通过74LS245缓冲驱动器将2位 十进制数输入单片机。