开关量输入
开关量输入输出的隔离技术
要求输入模拟量在整个模数转换过程中被“冻结”起来，
保持不变。但在转换之后，又要求A/D转换器的输入端能跟
踪输入模拟量的变化，能完成上述任务的器件叫采样/保持
电路，简称采/保(S/H)。
最基本的采/保电 路由模拟开关，保持 电容和缓冲放大器组 成
输出电压5V/3.3V/3V
低电池电压检 测输入
低电池电压检 测输出
图4.9 MAX639/MAX640/MAX653的电路连接
16
适于A/D转换器或模拟放大器使用的，通常是双电源输出型。MAX743可提 供±12V或±15V的对称电压，MAX743的最大电流可达±100mA，
图中两个电感100μH、两个电解电容100μF和两个肖特基二极管1N5817
隔离电压高达2000V
共模抑制比(放大器输出功率与输入功率比值的对数，用以表示功率放 大的程度。亦指电压或电流的放大倍数,通常以分贝(dB)数来规定。)高130db， 信号最高频率5KHZ
供电电压15V，可提供±7.5V电源(0.4mA/2mA) （2）MAX210(三端口宽频带隔离放大器 )——3端口，变压器耦合
高频逻辑门专用隔离电路
简单化是逻辑电路
在6N136的基础上，将输出电路做成与TTL兼 容的标准逻辑电路，这就是6N137 ，6N137典 型应用
29
同相输入
30
反相输入
31
应用举例AD210的16、17两引脚连接在一起，可实现信号跟踪
功能。18、19两引脚之间通过电阻Ra接信号源Vs，18脚和Vs共地。 脚1和脚2为输出引脚，Rb为输出负载电阻(使用时可选Ra=Rb=1 kΩ)。 该电路可实现1:1的隔离传输功能。
开关量输入电路原理
开关量输入电路原理
开关量输入电路原理是指使用开关来控制电路的开闭状态的一种电路设计方案。
开关量输入电路通常由一个开关、电源和负载组成。
在闭合状态下，开关连接到电源，从而产生一定的电压或电流信号，被称为“高电平”或“高逻辑位”。
相反，在断开状态下，开关断开电路连接，电压或电流信号为零，被称为“低电平”或“低逻辑位”。
开关量输入电路的设计原理是通过检测开关的状态来确定电路的工作方式。
当开关处于闭合状态时，电流或电压信号能够流经电路，从而使负载工作。
而当开关处于断开状态时，电流或电压信号无法流经电路，导致负载停止工作。
开关量输入电路的应用广泛，常见于各种电子设备中，如电子开关、遥控器等。
它们可以通过简单地控制开关的状态来实现电路的切换，从而实现不同的功能和操作。
另外，开关量输入电路还可以与其他电路相结合，形成更复杂的电路系统。
例如，可以通过开关量输入电路来触发其他电路的开关行为，实现自动控制或触发器的功能。
总的来说，开关量输入电路原理通过开关的开闭状态来控制电路的工作状态，实现电路的开关和切换功能，具有简单、可靠、灵活等特点，在电子设备和自动控制系统中得到广泛应用。
2.3 开关量输入输出通道
接控 制设 备 7406 图2-3-7 典型继电器驱动电路
五、固态继电器驱动电路
1
3
1
3
2 (a) DC-SSR
4
2
(b) AC-SSR
4
图2-3-8 直流SSR与交流SSR
DC-SSR
AC-SSR
(a)
(b)
图2-3-9 基本的SSR驱动电路
2.3.3 开关量输入/输出通道设计举例
一、步进电机正反转控制
三、输入缓冲器（通常采用三态门）
三态，是指输出端来说的。 三态门缓冲器可以在引脚上输出1、0，这是两个常规的 逻辑状态。 三态门缓冲器还可以在引脚上什么也不输出，这称为高 阻态。 高阻态，就是说，门电路内部和引脚之间，电阻无穷大， 什么也不输出了。 引脚上的电平，可由其它电路来控制。 具有高阻态输出能力的门电路，就可以并联使用了。
TTL集电极 T 开路门
（a）功率晶体管驱动器
（b）达林顿驱动器
（b）MOSFET驱动器
图2-3-5 直流电源负载驱动电路
三、晶闸管交流负载驱动电路
+5v
+
D1
D2
交流 负载 ~
SKZ
LD
T
D3
D4
P1.0
-
74LS244
图2-3-6 交流负载驱动电路
四、继电器驱动电路
+12V
P1.0 8031 P1.1
2.3 开关量输入/输出通道 2.3.1 开关量输入通道
一、开关量输入通道的结构
微 机 总 线 输入 缓冲 器 输入 调理 电路 来 自 生 产 过 程
地址译码器 图2-3-1 开关量输入通道结构
二、输入调理电路 1.小功率输入调理电路
plc开关量的输入输出接线方式
PLC开关量输入／输出单元的接线方式核心提示：1．输入接线方式按PLC的输入单元与用户设备接线方式的形式可分为汇点式输入接线和分隔式输入接线两种基本形式，如图1.12所示。
汇点式输入接线是指输入回路有一1．输入接线方式按PLC的输入单元与用户设备接线方式的形式可分为汇点式输入接线和分隔式输入接线两种基本形式，如图1.12所示。
汇点式输入接线是指输入回路有一个公共端（汇集端）COM，它可以是全部输入点为一组，并共用一个公共端和一个电源，如图1.12 (a)所示的直流输入单元，其直流电源由P LC内部提供。
汇点式输入接线方式也可以采用将全部输入点分为Ⅳ组，每组有一个公共端和一个单独的电源，如图1.12 (b)所示。
汇点式输入接线方式可以用于直流，也可以用于交流输入单元，交流输入单元的电源由用户提供。
分隔式输入接线方式如图1.12 (c)所示，它是将每个输入点单独用各自的电源接入输入单元，在输入端没有公共的汇点，每个输入器件是隔离的。
2．输出接线方式根据输出单元与外部用户输出设备的接线形式不同，输出接线方式可分为汇点式输出和分隔式输出两种基本形式，如图1.12 (d)所示。
可以把全部输出点汇集成一组共用一个公共端COM和一个电源；也可以将所有的输出点分成Ⅳ组，每组有一个公共端COM和一个单独的电源。
这两种形式的电源均由用户提供，可根据实际负载确定选用直流或交流电源。
图1.12 输入／输出接线3．开关量输入单元的接线方式说明PLC的输入端用于连接按钮开关及各类传感器。
这些器件的功率消耗都很小，一般可以采用PLC内部电源为其供电，也可以由外部设备供电。
图1.13所示为FX系列PLC的输入／输出端开关量信号的接线示意图，PLC开关量输入端的接线说明如下所述。
(1)图中·表示空端子，勿接线。
(2)如图1.13 (a)所示，PLC输入端的XO～X3采用汇点式接线方式。
(3)图1.13 (b)中的XO和X1接入传感器信号，其中XO端的传感器采用PLC内部的24VDC工作电源供电，XI端的传感器采用外部电源为其供电。
2.5 开关量输入输出通道
PC总线接口逻辑部分由8位数据总线缓冲器、基址 译码器、输入和输出片址译码器组成。 I/O功能逻辑部分只有简单的输入缓冲器和输出锁 存器。其中，输入缓冲器起着对外部输入信号的缓冲、 加强和选通作用；输出锁存器锁存CPU 输出的数据或 控制信号，供外部设备使用。I/O缓冲功能可以用可 编程接口芯片如8255A构成，也可以用74LS240、244、 373、273等芯片实现。 I/O电气接口部分的功能主要是：电平转换、滤波、 保护、隔离、功率驱动等。 各种数字量I/O模板的前两部分大同小异，不同的 主要在于I/O电气接口部分，即输入信号的调理和输 出信号的驱动，这是由生产过程的不同需求所决定的。
1、
三极管驱动电路
对于低压情况下的小电流开关量， 用功率三极管就可作开关驱动组件， 其输出电流就是输入电流与三极管增 益的乘积。
（1）普通三极管驱动电路
当驱动电流只有十几 mA或几十 mA时，只要采用一个普通的功 率三极管就能构成驱动电路，如图所示。
（2）达林顿驱动电路
当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电 路必须采取多级放大或提高三极管增益的办 法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管 组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻 抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的 特点，同时多对复合管也非常适用于计算机 控制系统中的多路负荷。
当然，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。
四、
DI/DO模板
把上述数字量输入通道或数字量输出 通道设计在一块模板上, 就称为DI模板或 DO模板，也可统称为数字量I/O模板。图314为含有DI通道和DO通道的PC总线数字量 I/O模板的结构框图，由PC总线接口逻辑、 I/O功能逻辑、I/O电气接口等三部分组成。 如图3-14所示。
开关量和模拟量输入采集技术原理
开关量和模拟量输入采集技术原理概述开关量和模拟量输入采集技术在现代自动化系统中得到了广泛应用。
本文将介绍开关量和模拟量的基本概念，讨论它们的采集技术原理以及应用场景。
开关量输入采集技术原理开关量是指只能具有两种状态的信号，通常用来表示开或关、存在或不存在、触发或不触发等情况。
开关量输入采集技术用来将这些开关状态转换为数字信号，以便计算机或控制器进行处理。
传感器的基本原理开关量输入采集技术的核心是传感器，它能够感知物理或电气量的变化，并将其转换为电信号。
常用的开关量传感器包括按钮、开关、光电开关等。
开关量输入采集电路开关量输入采集电路主要由输入电路和输出电路组成。
输入电路用于将传感器输出的电信号处理成稳定的信号，输出电路用于将输入信号转换为计算机或控制器可以读取的数字信号。
模拟量输入采集技术原理模拟量是指连续变化的信号，其取值范围可以是任意的。
模拟量输入采集技术用来将这些连续变化的信号转换为数字信号，以便计算机或控制器进行处理。
传感器的基本原理模拟量输入采集技术的核心也是传感器，常见的模拟量传感器有温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。
这些传感器能够将物理或电气量转换为与之成正比的模拟电信号。
模拟量输入采集电路模拟量输入采集电路主要由传感器、信号调理电路和A/D转换器组成。
传感器将物理或电气信号转换为模拟电信号，信号调理电路对模拟电信号进行放大、滤波和线性化处理，A/D转换器将模拟电信号转换为数字信号。
开关量输入和模拟量输入的应用场景开关量输入和模拟量输入采集技术在各个领域都有广泛的应用。
工业自动化在工业自动化系统中，通过开关量输入采集技术可以实现对设备状态的监测和控制。
例如，通过检测某个设备的开关状态来确定其是否正常工作，从而及时发现故障并采取相应的措施。
模拟量输入采集技术则可以用于测量和监测各种物理量，如温度、压力、流量等。
通过对这些模拟量的采集和处理，可以实现对工艺过程的控制和调节。
环境监测开关量输入采集技术可以应用于环境监测领域，如检测门窗的开关状态、光线的亮暗程度等。
开关量输入输出模块
开关量输入输出模块（ELM-25-01）1 模块结构框图和功能描述模块结构框图如图：开关量模块功能由三部分组成：四个8421拨码盘，8位LED发光管和8个拨码开关。
模块的译码控制电路由两片74138来完成。
74HC245和74HC574分别是输入输出锁存器。
2 各模块原理图2.1 8421拨码盘图ELM-25-01-02 8421拨码盘原理图8421拨码盘使用：拨码盘有四个。
左边两个DA1和DA2受同一输入缓冲芯片U1控制，DA1输出为8位的高四位，DA2为8位的低四位输出。
右边两个DA3和DA4受U2控制。
DA3为8位的高四位输出，DA4为8位的低四位输出。
U1和U2的片选地址不同。
8421拨码盘盘面中间有一可调节旋钮，对应刻度为0～9、A～F。
使用时，拨动旋钮的指针指向某一刻度，则与拨码盘相连的8、4、2、1 四个插孔分别由高到低地输出该刻度的8421编码值。
例如，当指针指向5时，四个插孔输出“0101”。
2.2 LED指示灯原理图图ELM-25-01-03 LED指示灯原理图LED指示灯：指示灯L0～L7受驱动芯片U3控制。
可以显示8位的单片机数据输出。
L7指示最高位，L0指示最低位。
接通电源后指示灯常亮。
2.3 拨动乒乓开关原理图图ELM-25-01-04 拨动乒乓开关原理图乒乓开关使用：乒乓开关G0～G7为开关量8位输出。
G7为最高位，G0为最低位。
当开关拨到上面为开，拨到下面为关，输出受U4控制。
3 模块器件分布及说明ELM-25-01-05 模块器件分布图J2：总线插槽J3：电源插槽，从左向右依次为VCC，VCC，GND，GND。
当接通电源时LED1指示灯亮。
若芯片U13不焊且J12跳线连上，则本系统工作电压为+3.3V，否则为+5V。
J4，J5，J6，J7：当1，2脚短接时，表示其对应芯片的使能段均为高电平，即芯片不工作，逻辑编程由FPGA实现,信号由PR1，PR2，PR3，PR4接入；当2，3脚短接时，则工作在总线方式。
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：
开关量输入 输出模块说明书
开关量输入输出模块是一款利用电脑通过485总线对开关量进行采集或者对开关量进行控制的模块,通信协议可以选用Modbus 协议或自定义简易协议.开关量模块可以通过485总线将采集的开关量信号传输到电脑,也可以将电脑的控制命令通过485总线传输到开关量模块,控制开关量.由于其采用485总线通信模式,多个开关量模块可以并联使用,方便随意配置.开关量输入端与输出端与整个系统实现完全隔离，相互不受影响(M 系列）。
RS-485端口带有3000V光电隔离功能，将RS-485总线与模块进行有效隔离。
(M 系列).电源具有防反接功能，一旦接错电源线，会自动断 开，保护模块不会损坏，具有过流过压保护功能，电 压偏高，会自动断开电源，保护模块。
通讯协议采用Modbus协议，通用程度高，也可以采 用厂家自定义协议,简单易用。
全金属外壳，防静电功能，抗干扰能力强(M 系列）RS-485端口带有600W防雷保护功能.支持宽压直流电源输入（12V ～60VDC )(M 系列）支持DIN 导轨安装(N 系列）波特率支持300-115200bps （默认9600bps ，其他波 特率需定制）支持RS -232串口通信，直接与电脑连接（M 系列）地址可以设置(出厂默认为01)支持远程开关同步(需定制)开关量输入输出模块一台DB9直连串口线一条(M 系列）线性稳压电源（AC220V～DC12V,500mA)一个（M 系列）说明书一张两位,三位,十四位工业接线端子各一个(M 系列),十位工业接线端子两个(N 系列)符合EIA RS -232,RS-485标准传输速率：300~115200bps(默认为9600bps ，其他波特率需定制）传输距离：RS -232端15米，RS -485端1200米光电隔离：RS -485端口具有独立3000V 光电隔离（M 系列）接口保护：600W 浪涌保护，15KV 静电保护接口形式：RS -232采用DB9接口，RS -485采用工业接线端子，开关量输入输出端采用工业接线端子输入电压：稳压直流12～60V 供电（M 系列）工作温度:-25℃~70℃湿度：5%~95%,无凝露共接形式：2点/COM触点容量：干节点（继电器AC250V ～3A,DC30V ～3A,需定制)I /O 路数:十二路输入/输出,八路输入/输出四路输出/输入(M 系列) 八路输出/输入,四路输出四路输入(N 系列)输入阻抗:1000欧姆采样频率：20次/秒电源接口(内正外负)DC-IN 9～12V电源输入RS-232接口（DB9，母头孔型）2 RS-232输出（OUT)3 RS-232输入（IN)5 信号地（GND)RS-485接口（工业接线端子）485+ RS-485信号正485- RS-485信号负GND 信号地 开关量接口Q(n) 开关量输出接点A(n) 开关量输入接点QCOM 输出公共接线端ACOM 输入公共接线端开关量输入/输出模块说明书M系列开关量输入\输出模块安装尺寸N系列开关量输入\输出模块安装尺寸 1.POWER灯不亮，表示电源不通，请仔细检查电源是否插上，接线是否正确，接触是否良好。
PLC开关量输入输出接口
PLC开关量输入输出接口➢输入接口1.汇点输入（漏形输入）：一种由PLC内部提供输入信号电源、全部输入信号的一端汇总到输入的公共连接端（COM）的输入形式。
a.PLC汇点输入的接口电路:实际PLC接口电路，根据PLC厂家、输入模块型号的不同有所区别，一般还有输入指示LED、输入信号滤波、输入稳压等辅助电路等。
如图所示，当输入接入K1闭合时，PLC的内部DC24V 通过光电耦合器件、限流电阻、输入触点经公共端COM 构成电流回路。
b.传感器输出电路：传感器的输出电路大概分为两种，NPN集电极开路输出和PNP集电极开路输出。
c.检测元件信号与PLC汇点输入的连接当NPN导通时，PLC的内部DC24V通过光耦合器、限流电阻经公共端COM构成回路，输入为“1”；当NPN 截止时，上拉电阻上端为“24V”，光耦合器无电流，内部信号为“0”。
当PNP导通时，下拉电阻上端为“24V”,光耦合器无电流，内部信号为“0”；当PNP截止时，PLC的内部DC24V通过光耦合器、限流电阻、下拉电阻经公共端COM构成回路，输入为“1”。
2.源输入（源形输入）：是一种由外部提供输入信号电源（或使用PLC内部提供给输入回路的电源），全部输入信号为“有源”信号，并独立输入。
a.PLC源输入的接口电路:实际PLC接口电路，根据PLC厂家、输入模块型号的不同有所区别，一般还有输入指示LED、输入信号滤波、输入稳压等辅助电路等。
如图所示，当输入接入K1闭合时，外部DC24V通过光电耦合器件、限流电阻、输入触点经公共端COM构成电流回路。
b.检测元件信号与PLC源输入的连接当NPN导通时，上拉电阻下端为0V，光电耦合器无电流，内部信号为“0”；当NPN截止时，上拉电阻下端为24V，电流通过上拉电阻、限流电阻、光电耦合器，经公共端COM构成回路，输入为“1”。
当PNP导通时，下拉电阻上端为24V，电流通过限流电阻、光电耦合器，经公共端COM构成回路，内部信号为“1”；当PNP截止时，下拉电阻的上端为0V,光电耦合器无电流，内部信号为“0”。
PLC开关量输入接口电路
PLC开关量输入接口电路
外部元器件通过PLC输入端与PLC连接需要与PLC内部电路构成闭合有源回路，根据PLC是否提供内部电源开关量输入接口接线如下。
（1）无缘触点输入
有些PLC在其输入接口内部提供24V的直流电，外部输入只需将PLC COM 端和相应的输入端接通即可构成有源闭合回路，如图1所示。
图1 无源触点输入
（2）有缘触点输入
如果PLC内部不提供电源，则输入元器件必须外接电源，才能构成有源闭合回路，如图2所示为有源触点输入。
图2 有源触点输入
总结：所谓的开关量输入，就是将开关状态输入PLC内，从外部看，就是PLC输入端子和COM端通过通过电源闭合（断开）形成（断开）回路。
（3）开关性传感器接入PLC
在自动控制系统中通常会用到许多接近开关/行程开关扥开关型传感器，这类传感器有的对外只提供一个普通的开关型节点，大部分是NPN（或PNP）型晶体管输出。
这类传感器接入PLC如图2所示。
（a）无源输出型传感器接入PLC
（b）直流2线制型传感器接入PLC
（c） NPN集电极开路型传感器接入PLC
（d） NPN电压输出型传感器接入PLC 图2 有源触点输入开关型传感器接入PLC。
开关量输入电路工作原理
开关量输入电路工作原理
开关量输入电路是一种电路，用于接收开关信号作为输入，并
将其转换为数字信号或者用于控制其他电路或设备。
这种电路的工
作原理可以从几个方面来解释。
首先，当开关处于打开状态时，电路中的电流可以流通，导致
电路中的电压发生变化。
这个变化可以被接收电路检测到，并被转
换为数字信号。
这样，开关的状态就可以被准确地传达到其他电路
或设备中。
其次，开关量输入电路通常会使用数字逻辑门或触发器来处理
开关信号。
当开关打开或关闭时，逻辑门或触发器会相应地改变其
输出状态，从而实现对其他电路或设备的控制。
这种方式可以实现
电路的自动化控制，提高系统的可靠性和稳定性。
另外，开关量输入电路还可以通过使用电阻、电容或电感等元
件来实现滤波和去抖动的功能，以确保开关信号的稳定性和可靠性。
这些元件可以帮助电路在受到干扰或者开关在打开和关闭过程中产
生的抖动时，保持稳定的工作状态。
总的来说，开关量输入电路的工作原理是利用开关信号的变化
来控制电路的状态或者输出数字信号，通过逻辑门、触发器和滤波
器等元件来实现对开关信号的处理和控制。
这种电路在自动化控制
系统中有着广泛的应用，能够实现对设备和系统的精确控制和监测。
电气化自动技术 实验2 IO口开关量输入-实验指导书
实验二 IO开关量输入实验一、实验概述使用按键来控制单片机IO口的高低电平。
二、实验目的熟悉单片机的最小系统，了解单片机I/O的结构；掌握按键键值的读入和处理；学习简单程序的编写。
三、实验预习要求1、单片机最小系统电路构成;2、I/O口的内部结构;3、简单程序指令熟悉;四、实验原理图：AT89C52本实验使用了单片机AT89C52来做实验，该单片机有4组IO口。
单片机总的IO 会分为这几类：电平可变化的IO口和VCC、GND两类。
其中电平可变化的IO有P0口、P1口、P2口、P3口。
本实验就是读取了P1口的电平从而读取按键输入的值，P0口来输出高低电平来控制LED的亮或灭。
图：P1口的电路R1、R2是上拉电阻，拉高了P10和P11两个端口的电平，当按下按键的时候，相应的端口变为低电平。
图：P0口的电路P0口接了8个LED，RP1是限流电阻，保护LED，避免电流过高，烧坏LED；RP2是上拉电阻，将P0口的电平拉高。
五、Proteus使用的元器件1.AT89C51 //51单片机。
2.BUTTON //按键,用于最小系统复位；实现输入功能。
3.CAP //电容，用于搭建复位电路。
4.CAP-ELEC //电解电容，用于搭建复位电路。
5.CRYSTAL //晶振,给单片机提供时钟信号。
6.LED-YELLOW //黄色LED灯。
7.RES //电阻。
8.RESPACK-8 //排阻；RP1是限流电阻，RP2是上拉电阻。
六、实验要求1、利用单片机，按键和发光二极管，构成一个LED灯控制电路;2、上电时, 点亮LED，按下K1时, LED向左移一位，按下K2时, LED向右移一位。
七、硬件连接图1. 硬件电路图：8位独立LED图：8位独立按键2.硬件连接表3.Proteus仿真图图：Proteus仿真图八、实验程序/******************************************************************** ****文件名称： main.c作者：版本： V1.00说明： IO开关量输入实验修改记录：-------------------------------------------------------------------------* 功能描述: 按键扫描程序* 上电时, 点亮P00口LED ，按下K1时, LED向右移一位，按下K2时, LED向左移一位-------------------------------------------------------------------------* 接线说明：P10-K1，P11-K2，P00~P07——D1~D8********************************************************************** ****/#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char //数据类型宏定义#define uint unsigned int/**********单片机IO口引脚定义********************************************/#define LED P0sbit K1 = P1^0;sbit K2 = P1^1;/**********函数定义******************************************************/uchar scan_key();void proc_key(uchar key_v);void delayms(uchar ms);/**********主函数********************************************************/void main(void){uchar key_s,key_v;key_v = 0x03; //初始化IO口LED = 0xfe;while(1){key_s = scan_key();if(key_s != key_v) //判断按键是否按下{delayms(10); //延时消抖key_s = scan_key();if(key_s != key_v){key_v = key_s;proc_key(key_v);}}}}/**********键盘扫描函数**************************************************/ uchar scan_key(){uchar key_s;key_s = 0x00;key_s |= K2;key_s <<= 1;key_s |= K1;return key_s; //返回按键号}/**********键盘处理函数**************************************************/ void proc_key(uchar key_v){if((key_v & 0x01) == 0){LED = _cror_(LED,1); //循环右移一位}else if((key_v & 0x02) == 0){LED = _crol_(LED, 1); //循环左移一位}}/***********延时函数*****************************************************/void delayms(uchar ms)// 延时子程序{uchar i;while(ms--){for(i = 0; i < 120; i++);}}九、实验步骤1、打开Proteus 8环境，在快捷工具栏中点击源代码按纽，然后在菜单栏选择系统-编译器配置。
开关量输入输出模块(EDPF-DIO)
开关量输入/输出模块（EDPF-DIO）1.1概述EDPF－DIO将16路DI和16路DO集成在一个模块上，其输入/输出方式设置分如下：输入方式：1.2.1信号端子开关量信号输入采用差分输入方式，16路模拟信号共32线，分别对应信号输入端子1－1.2.2 开关量输入方式选择16路开关量依靠16组跳线开关DIX1、DIX2选择；用户可独立地设置为有源输入或无源输入。
跳线开关DIXY，X为开关量序号，Y为功能号。
两种输入方式跳线开关状态如下：a)有源输入（24VDC）1 2 3 1 2 3DIX2 DIX1 DIX1、DIX2的1、2脚短路b）无源输入（干接点）1 2 3 1 2 3DIX2 DIX1DIX1、DIX2的2、3脚短路注：DIX1、DIX2其它组合无意义例如：若第5路置为无源输出（DI4）则：DI41、DI42的2、3短路，1、2断开DI模块出厂时缺省设置为无源输入方式。
注意：当为无源输入方式时，24V电源由DI卡提供，24V电源共负端，其负端为奇数端子，因此当输入开关量采用有公共端方式接线时，其公共端应接到奇数端子上。
模块使用说明输出方式1.3.1 16路开关量采用差分输出，共32线，分别对应端子1～32，奇数端子为正，偶数端为负，16路信号按顺序依次排列，端子安排如下：1.3.2输出方式选择：a.无源: 干接点输出b.有源:＋24V电压输出16路开关量依靠16组跳线开关DOX1、DOX2选择；用户可独立地设置为有源输出或无源输出。
跳线开关DOXY，X为开关量序号，Y为功能号。
两种输出方式跳线开关状态如下：a）无源输出（干接点）1 2 3 1 2 3DOX2 DOX1 DOX1、DOX2的1、2脚短路b）有源输出（24VDC）1 2 3 1 2 3DOX2 DOX1 DOX1、DOX2的2、3脚短路注：DOX1、DOX2的其它组合无意义例如：若第5路置为有源输出（DO4）则：DO41、DO42的2、3短路，1、2断开1.4模块使用说明接线端子1~32用于16路开关量信号的输入，接线端子33~64用于16路开关量信号的输出。
第三章开关量输入输出通道
–CMOS：3~18V
–其它：24V，3.3V，3V，……
2 逻辑信号电平的匹配
V1
–三极管
–电平转换芯片 如74LVXC4245
第三章开关量输入输出通 道
二、限电压保护
右图是一种限压保护电 路。该电路可将Vi’ 的信号 电平控制在0-VD ~VCC+VD 之间。 VD是二极管D1D2的管压降 。二极管D1D2应选择导通 速度快的开关二极管。
本节介绍了模拟信号的采集技术。对于一个以单片机为核心的 智能仪器系统来说，解决的是怎样将各类模拟信号变换成微型计算 机能够识别和处理的二进制数字信号的问题。
MCU
DB READY /RD
ADC
信号 放大 S/H 电路
模 拟 多 路
变 输入 换 、 保
开
护
/WR 启动 逻辑
关
电
路
DB 锁存器
AB 译码器
该电路可将输入信号的电流限制一定范围正温热敏电阻ptcr自复保险丝简介以微量稀土元素掺杂而半导化的batio3陶瓷在室温至一定温度范围电阻很小到一定温度相变温度后电阻急剧上升电阻变化可达10以上这一特性称为正温热敏电阻效应简称ptc效应用该陶瓷制成的元件称为ptcr热敏电阻芯片
第三章 智能仪表的I/O接口
第三章开关量输入输出通 道
3.2.5 输入端口的保护
仪表I/O端口直接与外部信号连接，容易受到输 入信号线携带的高电压噪声的损害。所以，输入端 口应采取适当的保护。常用的保护措施有：
•电平匹配 •限幅（电压） •限流 •隔离
第三章开关量输入输出通 道
一、电平匹配
1 常用IC和现场信号逻辑电平
V2
INT1
开关量输入模板接线DIDO原理图
开关量输入
开关量输入/输出单元的选择plc 的开关量输入点是用来接受现场传感器所输入的电平信号，开关时输出点的作用根据内部的控制信号来驱动外部负载。
（1）开关量输入端子的选择。
现在市场上的PLC输入点它是晶体管输入，用户只需根据前一个周期估计输入点数选择。
但是，这里需要注意的是，由于不同类型的PLC终端接线，有有两种不同的输入模式NPN和PNP，这意味着输入端是低功耗的如果确定了输入端子的接线类型，则需要相同类型输入的传感器，即NPN和PNPPLC的输入端子不能共享。
目前市面上的PLC输入端大多是直流24V输入电压，如果需要将其他电压规格传感器连接到PLC，则需要继电器做相应的隔离，确保连接到PLC输入端的信号为DC24V压力（2）开关量输出端子的选择。
PLC开关输出点等级A型主要是继电器式输出和晶体管式输出。
1）继电器输出类型。
继电器输出负载能力好，时间短具有高过电压、高过电流，隔离效果强。
但是因为继电器内部为机械触点，动作寿命有限，只能连接动作频率低、无高速脉冲输出的场合。
2）晶体管输出类型。
晶体管式输出由其内部控制三极管的导通是控制输出端通断的一种手段内部没有机械触点结构，所以与继电器输出触点相比，晶体管输出触点使用寿命长，动作频率高，不易损坏。
它的缺点是消极的负载能力差。
（3）开关量输出端子选择注意事项与输入端类似，晶体管输出端也分为NPN型和PNP型第二种。
一旦确定了模型，就只能以同样的方式连接荷载。
在实际应用中，建议工程师多选择晶体管输出类型可编程控制器，并在输出端使用继电器连接外部负载，形成下游负载器件的电隔离，这种晶体管寿命和电力负荷能力强的优点。
现场电气故障时的PLC输出隔离继电器将保护端子不受损坏，只需更换即可断开的继电器正常。
一旦继电器输出PLC端子损坏，将没有修复受损端子的方法。
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。 。
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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。
6.电子开关的缺点及解决方法：
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.
三、开关量输入
1、开关量输入信号的类型：
向微机输入开关量即触点状态的输入信号有以下基本类型：
①1位的状态信号。
如阀门的闭合与开启、电动机的启动与停止、触点的
接通与断开、一些仪器仪表和设备输出的极限报警信号等。
②成组的开关信号。
如用于设定系统参数的拨码开关组等。
③数字脉冲信号。
许多数字式传感器将被测物理量值转换为数字脉冲信号，
这些信号也可归为开关量。
2、开关量输入通道的一般形式：
开关量输入一般由三部分组成：CPU接口逻辑、输入缓冲器和输出锁存器、输入输出电气接口。
一般情况下，各种开关量输入输出通道的前两部分往往大同小异，所不同的主要在于输入输出（I/O）电气接口。
典型的开关量输入输出通道结构如图1：
图1 典型的开关量输入输出通道结构图
①CPU接口逻辑：这部分电路一般由数据总线缓冲器、驱动器、输入输出口
地址译码器、读写等控制信号组成。
②输入缓冲器和输出锁存器：输入缓冲器是对外部输入的信号起缓冲、加强
以及选通的作用，CPU通过读缓冲器读入数据。
输出锁存器的作用是锁存CPU送来的输出数据，供外部设备使用。
③输入输出电气接口：典型的开关量输入输出电气接口的功能主要是滤波、
电平转换、隔离和功率驱动等。
3、开关量输入信号的调理：
开关量输入通道的基本功能就是接收外部的状态信号，这些状态信号是以逻辑“1”或逻辑“0”出现的，其信号的形式可能是电压、电流或开关的触点。
在有些情况下，外部输入的信号可能会引起瞬时的高电压、过电压、接触抖动以及噪声等干扰。
为了将外部的开关量信号输入到计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能接收
的逻辑信号，这就是开关量输入信号调理的任务。
而在计算机控制系统中，为了提高系统的抗干扰能力，常需将工业现场的控制对象和计算机部分在电气上隔离开来。
过去一般使用脉冲变压器、继电器等完成隔离任务，而现在普遍采用光耦合器，它具有可靠性高、体积小、成本低等优点。
光耦合器由发光器件和光接收器件两部分组成，它们封装在同一个外壳内，其图形符号如图2所示。
发光二极管的作用是将电信号转换为光信号，光信号作用于光敏三极管的基极上，使光敏三极管受光导通。
这样，通过电—光—电的转换，把输入侧的电信号传送到了输出侧，而输入与输出侧并无电气上的联系，这样控制对象和计算机部分便被隔离开来了。
图2 光耦合器
光耦合器输入侧的工作电流一般为10mA左右，正常工作电压一般小于1.3V。
所以光耦合器输入电路可直接用TTL电路驱动而MOS电路不能直接驱动它，必须通过一个三极管来驱动。
图3 用光耦合隔离开关信号的电路图
图3为一个用光耦合器隔离开关信号的电路图。
当输入U i为高电平时，A点为低电平，发光二极管导通发光，光敏三极管受光导通，B点为低电平，三极管V截止，输出U o为高电平。
当输入U i为低电平时,A点为高电平，发光二极管截止，光敏三极管截止，B点为高电平，三极管V饱和导通，输出U o为低电平。
这样就将输入侧的信号传递到了输出侧。
由于E1、E2两电源不共地，因此输入侧与输出侧电气上无任何联系，便被完全隔离开来。
由图3可知，通过光耦合器，还可实现电平转换。
四、参考文献
[1] 高立娥，刘卫东.智能仪器原理与设计.西北工业大学出版社出版,2011。