《第五章开关量信号2013.pptVIP

智能仪器通用硬件结构图 第5章 开关量信号的输入/输出 5.1 开关量信号 5.2 开关量信号的输入 5.3 开关量信号的输出 5.1 开关量信号 智能仪器在检测和控制外部装置状态时，常常 需要采用许多开关量作输入/输出信号。这些信号只 有开和关、通和断或者高电平和低电平两种状态，相 当于二进制数的0 和 1。如果要控制某个执行器的工 作状态，只须输出 0 和 1，即可接通发光二极管、 继电器或无触点开关的通/断，以实现诸如阀门的开 启与关闭、超限声光报警或电动机的启动与停止等。 同时也可输入开关信号监测执行器的状态。 单片机与开关信号接口 对以单片机为核心的智能仪器而言，因其内部 已具有并行I/0端口，可以直接检测和接收外界的开 关量信号。但外界的开关量信号的电平幅度必须与 单片机I/0端口的信号电平相符，若不相符，必须对 其进行电平转换后，再输入到单片机的I/0端口上。 若要输出控制外部功率较大的开关设备，则在输出 通道中应设计功率放大电路，以使单片机的输出信 号能驱动这些设备。 单片机I/O端口信号 1 — 高电平 0 — 低电平 5.2 开关量信号的输入 单片机处理开关量信号必须有信号输入 接口。其电气接口形式比较多，常见的有TTL 电平、CMOS电平、非标准电平、开关或继电 器的触点等。 5·2·1 开关量信号输入通道结构 开关量信号输入通道通常由单片机、信号输入 调理电气接口电路、信号输入缓冲器和译码电路等 几部分组成。典型的结构如图4-1所示。单片机是 接收和处理开关量信号的重要器件，一般由数据总 线缓冲器、输入/输出端口、地址译码器和读/写控 制信号组成。可完成信号输入通道的选通、关闭和 控制，对信号进行滤波、电平转换和隔离保护。 图例 5.2.2 开关量输入接口 1、扳键开关与单片机的接口 扳键开关可以将高电平或低电平经单片机的 I/O引脚输入单片机，以实现各种人机操作或参数 设置。图4-2是设计8个开关的接口电路图，各开关 信号的输入通过74LS244作为输入缓冲通道送入单 片机，单片机采用P0口数据总线读取外部开关信 号。 当开关合上时，向P0口的相应引脚送入低电平；当开关打开时，向P0口送入高电平。 图例 读取扳键开关状态程序如下： KEYRD： CLR P1.7 ；选通读入外部开关信号 MOVX A，@R ；产生RD信号，从P0口读取数据 RLC A ；用左移的方法移出第一个开关量 JC KP1 ；高电平表明未接通，转到第二个开关量 LJMP KBS1 ；低电平接通，转入第一个开关处理程序 KP1： RLC A JC KP2 LJMP KBS2 KP2： …… ┇ KP7： RLC A JC ESC LJMP KBS8 ESC： RET ；结束返回 5.2.3 光敏器件开关与单片机的接口 光敏器件是一种将光信号转换成电信号的器 件，主要有光敏二极管、光敏晶体管和光敏电阻 等，具有亮阻低、暗阻高的特点。 在光的照射下，光敏器件吸收光子能量产生电 流和电压。光敏器件广泛用于自动控制、广播电视 等领域，也常用于亮、暗的检测，控制灯光开关。 例如在航标灯或路灯中，用光敏器件检测是白 天还是黑夜来控制航标灯或路灯的自动开启或关 闭；在某些计数系统中可以用它来产生计数脉冲； 如图4-5所示为脉冲电表计数电路。 脉冲电表计数电路 5.2.4 温度超限检测开关接口 温度是与人类的生活、工作关系最密切的物理 量。从工业炉温、环境温度到人体温度；从空间、 海洋到家用电器，处处都存在对温度的测量和控制。 测量温度的器件种类很多，常用热敏电阻或集 成温度传感器来测量温度，以确定是否高于或低于 某一临界值，从而实现温度电子开关的方法。 如图4-6所示。 图例 原理： LM35是集成温度传感器，可提供正比于 温度的电流，这样在R2两端可以产生约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