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。

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