开关量输入通道

智能仪器原理与设计------第4章开关量信号的输入输出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。

2．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。

1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？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。

2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I／O端口的信号电平不相符时（由于这些电平信号功率有限，加上外界还存在各种干扰和影响），应在电平转换后(采用各种缓冲、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。

34.1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、CMOS 电平、非标准电平、开关或继电器的触点等，请说明TTL电平和CMOS电平的特征？4TTL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。

DDC控制器介绍控制器介绍DDCDDC是直接数字（Direct Digital Control)的简称，在DDC系统中计算机通过模拟量输入通道（AI)和开关量输入通道（DI）采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道（A0)和开关量输出通道（DO)直接控制生产过程。

DDC控制器控制系统的构成部分1、中央管理计算机。

中央管理计算机设置在中央监控室内，它将来自现场设备的所有信息数据集中提供给监控人员，并接至室内的显示设备、记录设备和报警装置等。

2、DDC（直接数字控制器，亦称下位机）。

DDC作为系统与现场设备的接口，它通过分散设置在被控设备的附近收集来自现场设备的信息，并能独立监控有关现场设备。

3、通信网络。

中央管理计算机与DDC之间的信息传送，由数据传输线路（通信网络）实现，较小规模的BAS系统可以简单地使用屏蔽双绞线作为传输介质。

4、传感器与执行器。

BAS系统的末端为传感器和执行器，它被装置在被控传感元件和执行元件上。

DDC控制器主要功能DDC主要功能包括以下几个方面：、对第三层的数据采样设备进行周期性的数据采集。

1．2、对采集的数据进行调整和处理。

3、对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运行状态。

4、对现场设备运行状况进行检查对比，并对异常状态进行报警处理。

5、根据现场采集的数据执行预定的控制算法而获得控制数据。

6、通过预定控制程序完成各种控制功能，包括比例控制、比例加积分控制、比例加积分加微分控制、开关控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值计算控制、逻辑运算控制和联锁控制。

7、向第三层的数据控制和执行设备输出控制和执行命令。

8、通过数据网关或网络控制器连接第一层的设备，与各上级管理计算机进行数据交换，向上传送各项采集数据和设备运行状态信息，同时接收各上级计算机下达的实时控制指令或参数的设定与修改的指令。

模块化设备控制器（MEC）是APOGEE现场管理和控制系统的组成部份，是一个高性能的直接数字控制器（DDC）。

DCS系统中强制DI（开关量输入）通道：1．首先打开桌面上的下位软件MoxGRAF。

2．进入下位后，用鼠标选择Open图标。

点击Open图标选择需要的下位应用文件。

3．进入需要的应用文件后，点击PRD_DI的子目录。

在子目录中选择Browser进行搜索相应的DI通道与位号。

4．搜到通道后点击Debug，只有启动Debug后才可以在线观察和强制。

5．用鼠标双击相应的通道（DI强制输入端），会出现一个WriteBOOL variable的系统对话框。

6．出现WriteBOOL variable对话框后，先点击Lock，然后再点击TRUE，如果对应的通道变成红色表示强制成功。

DCS系统中强制DO（开关量输出）通道：1．首先打开桌面上的下位软件MoxGRAF。

2．进入下位后，用鼠标选择Open图标。

点击Open图标选择需要的下位应用文件。

3．进入需要的应用文件后，点击PRD_DO的子目录。

在子目录中选择Browser进行搜索相应的DO通道与位号。

4．搜到通道后点击Debug，只有启动Debug后才可以在线观察和强制。

5．用鼠标双击相应的通道，会出现一个WriteBOOL variable的系统对话框。

6．出现WriteBOOL variable对话框后，先点击Lock，然后再点击TRUE，如果对应的通道变成红色表示强制成功。

强制通道完毕后释放通道的步骤：1．强制完毕后释放通道时，需先启Debug。

2．然后在菜单Debug中找到Diagnosis，点击开后会出现Lock Variables系统对话框。

3．在Lock Variables系统对话框中释放强制通道，其中Unlock all（释放全部通道）unlock （释放单个通道）。

4．释放完毕后关闭Debug。

TCS3000组态在线下装：1.在下装前可将程序备份2.在相应修改的程序页（PROGRAM）的界面下，先保存，再点击编译（Build Program）按钮进行程序编译。

DDC控制器介绍及操作手册DDC是直接数字（Direct Digital Control)的简称，在DDC系统中计算机通过模拟量输入通道（AI)和开关量输入通道（DI）采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道（A0)和开关量输出通道（DO)直接控制生产过程。

DDC控制器控制系统的构成部分1、中央管理计算机。

中央管理计算机设置在中央监控室内，它将来自现场设备的所有信息数据集中提供给监控人员，并接至室内的显示设备、记录设备和报警装置等。

2、DDC（直接数字控制器，亦称下位机）。

DDC作为系统与现场设备的接口，它通过分散设置在被控设备的附近收集来自现场设备的信息，并能独立监控有关现场设备。

3、通信网络。

中央管理计算机与DDC之间的信息传送，由数据传输线路（通信网络）实现，较小规模的BAS系统可以简单地使用屏蔽双绞线作为传输介质。

4、传感器与执行器。

BAS系统的末端为传感器和执行器，它被装置在被控传感元件和执行元件上。

DDC控制器主要功能DDC主要功能包括以下几个方面：1、对第三层的数据采样设备进行周期性的数据采集。

2、对采集的数据进行调整和处理。

3、对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运行状态。

4、对现场设备运行状况进行检查对比，并对异常状态进行报警处理。

5、根据现场采集的数据执行预定的控制算法而获得控制数据。

6、通过预定控制程序完成各种控制功能，包括比例控制、比例加积分控制、比例加积分加微分控制、开关控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值计算控制、逻辑运算控制和联锁控制。

7、向第三层的数据控制和执行设备输出控制和执行命令。

8、通过数据网关或网络控制器连接第一层的设备，与各上级管理计算机进行数据交换，向上传送各项采集数据和设备运行状态信息，同时接收各上级计算机下达的实时控制指令或参数的设定与修改的指令。

模块化设备控制器（MEC）是APOGEE现场管理和控制系统的组成部份，是一个高性能的直接数字控制器（DDC）。

单片机课程设计16路D/I开关量输入通道的设计学院：班级：学号：姓名：16路D/I 开关量输入通道的设计一. 设计目的与任务选择24V 电源输入，设计16路D/I 开关输入通道。

二. 设计中所需软件及设备PC 机电脑、Keil C 软件、Protues 软件。

本次设计所需软件为Keil C51以及Proteus ISIS 仿真软件，应用Proteus ISIS 对实验电路进行仿真，得到实验结果。

三.设计原理说明1.实验方案设计图由于是16路的24V 电源输入，所以不能直接将24V 电源输入到单片机，故需要有隔离或转换电路，将16路24V 电源转换为转换为16路的信号输入到单片机I/O 口，由单片机采集16路电平信号。

方案设计结构图如下图2.硬件设计与结构图（1）电源模块电源部分我们采用变压器降压，用整流桥整流为直流，然后滤波。

最后输出24V 直流电压。

（2）单片机接口单片机我们使用最常用的51单片机。

3.元件的型号选择（1）光耦：由于我们的设计是16路输入，故在隔离光耦的选择上因尽量利用最少的元件达到16路输入，通过查阅资料最终选择TLP521普通光耦。

下面是TLP521光耦基本参数：特性最小值典型值最大值单位提供电压 5 24 V转换电流16 25 mA发射极电流 1 10 mA工作温度-25 85 °C光耦元件的内部结构见下图光耦合器的主要优点：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。

光耦合器现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。

在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

DDC控制器介绍DDC是直接数字（Direct Digital Control)的简称，在DDC系统中计算机通过模拟量输入通道（AI)和开关量输入通道（DI）采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道（A0)和开关量输出通道（DO)直接控制生产过程。

DDC控制器控制系统的构成部分1、中央管理计算机。

中央管理计算机设置在中央监控室内，它将来自现场设备的所有信息数据集中提供给监控人员，并接至室内的显示设备、记录设备和报警装置等。

2、DDC（直接数字控制器，亦称下位机）。

DDC作为系统与现场设备的接口，它通过分散设置在被控设备的附近收集来自现场设备的信息，并能独立监控有关现场设备。

3、通信网络。

中央管理计算机与DDC之间的信息传送，由数据传输线路（通信网络）实现，较小规模的BAS系统可以简单地使用屏蔽双绞线作为传输介质。

4、传感器与执行器。

BAS系统的末端为传感器和执行器，它被装置在被控传感元件和执行元件上。

DDC控制器主要功能DDC主要功能包括以下几个方面：1、对第三层的数据采样设备进行周期性的数据采集。

2、对采集的数据进行调整和处理。

3、对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运行状态。

4、对现场设备运行状况进行检查对比，并对异常状态进行报警处理。

5、根据现场采集的数据执行预定的控制算法而获得控制数据。

6、通过预定控制程序完成各种控制功能，包括比例控制、比例加积分控制、比例加积分加微分控制、开关控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值计算控制、逻辑运算控制和联锁控制。

7、向第三层的数据控制和执行设备输出控制和执行命令。

8、通过数据网关或网络控制器连接第一层的设备，与各上级管理计算机进行数据交换，向上传送各项采集数据和设备运行状态信息，同时接收各上级计算机下达的实时控制指令或参数的设定与修改的指令。

模块化设备控制器（MEC）是APOGEE现场管理和控制系统的组成部份，是一个高性能的直接数字控制器（DDC）。

第二章输入输出接口与过程通道在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的被控参数及运行状态，按要求的方式送人计算机处理，再将结果以数字量的形式输出，并将数字量变换为适合生产过程控制的量，因此在计算机接口和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置，这个装置就称之为过程输入输出通道，也叫I／O通道。

2.1 过程输入输出通道概述2.1.1 过程输入输出通道的类型及功能根据过程信息的性质及传递方向，过程输入输出通道可分为模拟量输人通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输出通道等几种类型。

生产过程的被调参数(如温度、压力、流量、速度、位移等)，一般是随时间连续变化的模拟量，通过检测元件和变送器转换为对应的模拟电压和电流。

由于计算机只识别数字量，故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转化为数字量后，才能送人计算机。

对于生产现场的状态量(如开关、电平高低、脉冲量等)也不能为计算机直接接受，因此数字量(开关量)输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。

计算机控制生产现场的控制通道也有两种，即模拟量输出通道和数字量输出通道。

计算机输出的控制信号以数字形式给出，若执行元件要求提供模拟电压或电流，则采用模拟量输出通道将数字量转换为模拟电压或电流，若执行元件要求数字量(开关量)，则应采用数字量输出通道，将计算机输出的数字量经处理和放大后输出。

由此可见，过程输人输出通道是计算机和工业生产过程相互交换信息的桥梁。

2.1.2 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种：(1)数据信息反映生产现场的参数及状态的信息，它包括数字量、开关量和模拟量。

(2)状态信息又叫应答信息、握手信息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。

(3)控制信号用来控制过程通道的启动和停止等信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动等。

接口电路含这三类信息交换的端口。

2.1.3 过程通道的编址方式由于计算机控制系统一般都有多个过程输人输出通道，因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。