数字量输入输出系统

数字量输入输出实验一、实验目的了解P1口作为输入输出方式使用时，CPU 对P1口的操作方式。

二、实验环境1、软件环境要求Windows XP操作系统以及Keil C51 单片机集成开发环境。

2、硬件环境要求电脑一台，TD-51单片机系统，开关及LED显示单元，单次脉冲单元。

三、实验内容编写实验程序，将P1口的低4位定义为输出，高4位定义为输入，数字量从P1口的高4位输入，从P1口的低4位输出控制发光二极管的亮灭。

提高部分：LED灯控制要求：通过KK1实现LED灯工作方式即时控制，完成LED灯左循环、右循环、间隔闪烁功能。

四、实验分析P1口是8位准双向口，每一位均可独立定义为输入输出，输入位置1。

通过A的左/右移位及赋值55H、0AAH，再将A值送入P1，可实现LED灯左循环、右循环、间隔闪烁功能。

五、实验步骤（一）基础实验程序及实验程序流程图如下。

实验程序：ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN:MOV P1,#0F0H ；将开关状态送入P1高位MOV A,P1 ；送入ASWAP A ；高低位互换MOV P1,A ；将开关状态送入P1低位JMP MAIN ；循环SJMP $END程序流程图：图1 LED开关控制显示功能图图2 实验接线图实验步骤：1. 按图2所示，连接实验电路图，图中“圆圈”表示需要通过排线连接；2. 编写实验程序，编译链接无误后进入调试状态；3. 运行实验程序，观察实验现象，验证程序正确性；4. 按复位按键，结束程序运行，退出调试状态；5. 自行设计实验，验证单片机其它IO 口的使用。

（二）提高实验程序及实验程序流程图如下。

实验程序：实验程序流程图：ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN:KT: ；检查KK1SETB P3.3JNB P3.3,KTCLR P3.3LL1: ；左循环MOV A,#01HX1:MOV P1,ACALL DELAYRL ASETB P3.3JNB P3.3,X1CLR P3.3LL2: ；右循环MOV A,#80HX2:MOV P1,ACALL DELAYRR ASETB P3.3JNB P3.3,X2CLR P3.3LL3: ；间隔闪烁MOV A,#55HMOV P1,ACALL DELAYMOV A,#0AAHMOV P1,ACALL DELAYSETB P3.3JNB P3.3,LL3CLR P3.3JMP KTDELAY: ；延时子程序MOV R2,#00H图3 实验流程图MOV R3,#00HABC:DJNZ R2,ABCDJNZ R3,ABCRETSJMP $END实验步骤：（1）按图4连接实验电路；（2）编写实验程序，编译、链接无误后启动调试；（3）运行实验程序，每按一次KK1+，观察实验现象；（4）验证程序功能，实验结束按复位按键退出调试。

第一章继电保护概述1-1 答：继电保护装置的任务是自动、迅速、有选择性的切除故障元件，使其免受破坏，保证其他无故障元件恢复正常运行；监视电力系统各元件，反映其不正常工作状态，并根据运行维护条件规范设备承受能力而动作，发出告警信号，或减负荷、或延时跳闸；继电保护装置与其他自动装置配合，缩短停电时间，尽快恢复供电，提高电力系统运行的可靠性。

1-2 答：即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

1-3 答：继电保护的基本原理是根据电力系统故障时电气量通常发生较大变化，偏离正常运行范围，利用故障电气量变化的特征可以构成各种原理的继电保护。

例如，根据短路故障时电流增大．可构成过流保护和电流速断保护；根据短路故障时电压降低可构成低电压保护和电流速断保护等。

除反映各种工频电气量保护原理外，还有反映非工频电气量的保护，如超高压输电线的行波保护和反映非电气量的电力变压器的瓦斯保护、过热保护等。

1-4 答：主保护是指能满足系统稳定和安全要求，以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。

后备保护是指当主保护或断路器拒动时，起后备作用的保护。

后备保护又分为近后备和远后备两种：（1）近后备保护是当主保护拒动时，由本线路或设备的另一套保护来切除故障以实现的后备保护;（2）远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由前一级线路或设备的保护来切除故障以实现的后备保护.辅助保护是为弥补主保护和后备保护性能的不足，或当主保护及后备保护退出运行时而增设的简单保护。

1-6答：(1)当线路CD中k3点发生短路故障时，保护P6应动作，6QF跳闸，如保护P6和P5不动作或6QF, 5QF拒动，按选择性要求，保护P2和P4应动作，2QF和4QF应跳闸。

(2）如线路AB中k1点发生短路故障，保护P1和P2应动作，1QF和2QF应跳闸，如保护P2不动作或2QF拒动，则保护P4应动作，4QF跳闸。

第二章继电保护的基础知识2-1答：（1）严禁将电流互感器二次侧开路；（2）短路电流互感器二次绕组，必须使用短路片或短路线,短路应妥善可靠，严禁用导线缠绕；（3）严禁在电流互感器与短路端子之间的回路和导线上进行任何工作；（4）工作必须认真、谨慎，不得将回路永久接地点断开；（5）工作时，必须有专人监护，使用绝缘工具，并站在绝缘垫上。

plc数字量输出工作原理
在PLC系统中，数字量输出（也称为离散量输出）是指通过PLC控制输出模块，将数字信号转换为离散的开关信号输出给外部设备。

数字量输出可以用于控制继电器、电磁阀、电机等设备的开关动作。

工作原理如下：
1. PLC控制器接收到输入信号后进行处理和判断，并根据程序的逻辑运算来确定需要控制的输出设备。

2. PLC输出模块接收到PLC控制器发送的指令后，将数字信号转换为相应的电压或电流输出给外部设备。

通常，数字量输出模块以继电器或固态继电器的形式存在。

3. 继电器型数字量输出模块：当PLC控制器的输出为高电平时，继电器输入电路闭合，将外部设备的控制回路接通，使设备动作；当PLC控制器的输出为低电平时，继电器输入电路断开，使设备停止动作。

4. 固态继电器型数字量输出模块：当PLC控制器的输出为高电平时，固态继电器内部的输出三极管开启，使外部设备控制回路接通，使设备动作；当PLC控制器的输出为低电平时，固态继电器内部的输出三极管关闭，使设备停止动作。

总之，PLC数字量输出的工作原理是通过PLC控制器和输出模块的协作，将处理后的数字信号转换为相应的控制信号输出给外部设备，从而实现对目标设备的控制。

微机继电保护系统的原理、作用和特点微机继电保护系统的原理、作用和特点1.高压（电力）系统继电保护技术的原理是（电气）测量器件对被保护对象实时检测其有关电气量（电流、电压、功率、频率等）的大小、性质、输出的逻辑状态、顺序或它们的组合，还有检测其他的（物理）量（如（变压器）油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高等）作为继电保护装置的输入信号，通过数学或逻辑运算与给定的整定值进行比较，然后给出一组逻辑信号来判断相应的保护是否应该启动，并将有关命令传给执行机构，由执行机构完成保护的工作任务（跳闸或发出报警信号等）。

系统工作原理图：2.微机继电保护系统的硬件组成：（1）.模拟量输入系统（数据采集系统）：包括电压形成、模拟量信号的滤波、采样保持、多路转换（MPX）以及模拟转换等主要环节，最后完成将模拟量输入准确地转换为数字量。

（2）.CPU主系统：微处理器、只读存储器（ROM）或闪存内存单元、随机存取存储器（RAM）、定时器、并行以及串行接口等。

微处理器通过执行编制好的程序，完成各种继电保护测量、逻辑和控制功能。

（3）.开关量（数字量）输入/输出系统：并行接口（PIA或PIO）、光电隔离器件及有触点的（中间（继电器））等组成，完成保护的出口跳闸、信号、外部接点输入及人机对话等功能。

3.高压电力系统微机继电保护系统的作用是专业对电力系统的正常运行工况进行监测显示，对异常工况进行及时的故障报警、故障诊断或快速切断异常线路（或设备等）的电力保护系统,进而为用户的正常生产、生活（用电）提供保证。

4.高压电力系统的微机继电保护系统特点是：（1）.可靠性：继电保护装置有非常好的可靠性，不误动不拒动等。

（2）.选择性：正确选择故障部位，保护动作执行时仅将故障部位从电力系统中切除，保证无故障部分继续正常（安全）运行。

（3）.速动性：快速反应及时切除故障。

(4).灵敏性：灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。

控制系统中AI、AO、DI、DO是什么含义控制系统中AI、AO、DI、DO是什么含义控制系统中AI、AO、DI、DO是集散控制系统中模块上常见的⼀些基本标注，好处就是便于分清什么类型量的卡件，也好⽅便后期的维护与保养。

其实就是把现场模拟量仪表和开关量设备等进⾏清晰分类，便于后期仪表和设备的弱电信号接线。

AI、AO、DI、DO它们都是英⽂名称的⾸字母缩写的，A的英⽂全称Analog（模拟量）、D的英⽂全称Digital（数字量）、I的英⽂全称Input（输⼊）、O的英⽂全称Output（输出）。

因此，AI表⽰的是模拟量输⼊，AO是模拟量输出，DI是数字量输⼊，DO是数字量输出。

在集散控制系统中的控制柜⾥就有很多卡件，就会⽤上述其中类型标清是哪⼀类卡件。

AI模拟量输⼊卡件功能：把被控对象模拟量转换成计算机能识别的数字信号。

被控对象模拟量有：温度、压⼒、流量、液位、成分。

还有热电偶、热电阻输⼊卡件。

把这些卡件统称为AI输⼊模块或AI输⼊设备。

AO模拟量输出卡件功能：把计算机的输出数字信号转换成外部过程控制仪表或装置能够接受的模拟量信号。

⽬的：就是驱动现场各类执⾏机构的控制。

例如现场的电动调节阀、⽓动调节阀等的控制。

DI数字量输⼊卡件功能：把⽣产过程中只有两种状态的开关量信号转换成计算机可识别的信号形式。

例如现场的限位开关、继电器、电动机等开关量状态。

DO数字量输出卡件功能：把计算机输出的⼆进制代码来表⽰的开关量信号转换成能对⽣产过程进⾏控制或显⽰状态的开关量信号。

例如现场的指⽰灯亮/灭、电机的启/停、阀门的开/关、继电器的通/断等开关量的状态控制与状态显⽰。

集散控制系统是实现对整个⽣产过程的集中管理和分散控制。

把反映⽣产过程的变量信号送⾄控制室，同时把控制变量输送⾄现场，这样有利于⽣产过程中的安全⽣产和经济运⾏。

实验一：系统认识实验一、设计目的：1. 学习 Keil C51 集成开发环境的操作；2. 熟悉 TD-51 系统板的结构及使用。

二、设计内容：编写程序，将 00H～0FH 共 16 个数写入单片机内部 RAM 的 30H～3FH 空间。

三、设计步骤：1. 创建 Keil C51 应用程序（1）运行 Keil C51 软件，进入 Keil C51 集成开发环境。

（2）选择工具栏的 Project 选项，弹出下拉菜单，选择 NewProject 命令，建立一个新的μVision2 工程。

这时会弹出文件保存对话框，选择工程目录并输入文件名 Asm1 后，单击保存。

（3）工程建立完毕后，μVision2 会马上弹出器件选择窗口。

器件选择的目的是告诉μVision2 使用的 80C51 芯片的型号是哪一个公司的哪一个型号，不同型号的 51 芯片内部资源是不同的。

此时选择 SST 公司的 SST89E554RC。

（4）到此建立好一个空白工程，现在需要人工为工程添加程序文件，如果还没有程序文件则必须建立它。

选择工具栏的 File 选项，在弹出的下拉菜单中选择 New 目录。

（5）输入程序，完毕后点击“保存”命令保存源程序，将 Text1 保存成Asm1.asm。

Keil C51 支持汇编和 C 语言，μVision2 会根据文件后缀判断文件的类型，进行自动处理，因此保存时需要输入文件名及扩展名.ASM 或.C。

保存后，文件中字体的颜色会发生一定变化，关键字会变为蓝色。

（6）程序文件建立后，并没有与 Asm1.Uv2 工程建立任何关系。

此时，需要将 Asm1.asm 源程序添加到 Asm1.Uv2 工程中，构成一个完整的工程项目。

在Project Window 窗口内，选中Source Group1 点击鼠标右键,选择 Add Files to Group‘Source Group1’命令，此时弹出添加源程序文件对话框，选择文件Asm1.asm，点击 Add 命令按钮即可将源程序文件添加到工程中。

数字量输出模块工作原理数字量输出模块（Digital Output Module，简称DOM）是一种常用的控制器设备，其主要功能是将控制器上的数字信号输出到外部设备中，以实现对外部设备的控制。

DOM是自动化控制系统中的重要组成部分，广泛应用于工业生产、机器设备、环保、电力等各个领域中。

DOM主要由三个部分组成，即输入接口、输出接口以及中间处理单元。

其中，输入接口主要是用来接收来自控制器的数字信号，输出接口则是用来将数字信号输出到外部设备中，而中间处理单元则是用来对输入信号进行处理和转换，以便能够正确控制外部设备。

DOM的工作原理是在中间处理单元的控制下，将输入数字信号进行逻辑运算、状态判断等处理，再根据处理结果将数字信号转化为相应的输出信号，实现对外部设备的控制。

具体来说，DOM的工作过程可以分为以下几个步骤：1. 输入数字信号采集：DOM通过输入接口从控制器中读取数字信号，这些数字信号可能是控制信息、状态信息等。

2. 处理单元处理：处理单元对输入信号进行处理，如进行逻辑运算、状态判断等。

3. 处理结果输出：处理单元根据处理结果，将数字信号转化为相应的输出信号，输出到输出接口。

4. 输出信号转换：由于外部设备的接口种类不同，输出信号需要进行适当的转换，如将数字信号转化为模拟信号、改变信号波形等。

5. 控制外部设备：最后，输出信号被送到外部设备的控制接口中，控制外部设备进行相应的操作。

需要注意的是，DOM输出信号的特性主要由设备本身决定，比如最大电压、最大电流等等。

为了保证控制安全性，DOM需要保证输出信号与外部设备的插头、插座匹配，在使用过程中需要注意。

综上所述，数字量输出模块的工作原理是从控制器中获取数字信号，通过中间处理单元进行处理转换，并将输出信号输出到外部设备的控制接口中，以实现对外部设备的控制。

实验报告姓名： 班级： 学号：实验二 输电线路电流微机保护实验一、实验目的1．学习电力系统中微机型电流、电压保护时间、电流、电压整定值的调整方法。

2．了解电磁式保护与微机型保护的区别。

二、基本原理1．试验台一次系统原理图试验台一次系统原理图如图3-1所示。

2．电流电压保护基本原理1）三段式电流保护当网络发生短路时，电源与故障点之间的电流会增大。

根据这个特点可以构成电流保护。

电流保护分无时限电流速断保护（简称I 段）、带时限速断保护（简称II 段）和过电流保护（简称III 段）。

下面分别讨论它们的作用原理和整定计算方法。

（1） 无时限电流速断保护（I 段）单侧电源线路上无时限电流速断保护的作用原理可用图3-2来说明。

短路电流的大小I k 和短路点至电源间的总电阻R ∑及短路类型有关。

三相短路和两相短路时，短路电流I k 与R ∑的关系可分别表示如下：lR R E R E I s ss k 0)3(+==∑ 图3-1 电流、电压保护实验一次系统图lR R E I s s k 0)2(*23+=式中， E s ——电源的等值计算相电势；R s —— 归算到保护安装处网络电压的系统等值电阻；R 0—— 线路单位长度的正序电阻；l —— 短路点至保护安装处的距离。

由上两式可以看到，短路点距电源愈远（l 愈长）短路电流L k 愈小；系统运行方式小（R s 愈大的运行方式）I k 亦小。

I k 与l 的关系曲线如图3-2曲线1和2所示。

曲线1为最大运行方式(R s 最小的运行方式)下的I K = f (l )曲线，曲线2为最小运行方式(Rs 最大的运行方式)下的I K = f (l )曲线。

线路AB 和BC 上均装有仅反应电流增大而瞬时动作的电流速断保护，则当线路AB 上发生故障时，希望保护KA 2能瞬时动作，而当线路BC 上故障时，希望保护KA 1能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本路线全长的100%。

但是这种愿望是否能实现，需要作具体分析。