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第4章开关量信号的输入输出(1)

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开关量信号的输入输出

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：
信号输入输出最新课件

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③反光板型光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装 一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为 反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况 下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到； 一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开 关就动作，输出一个开关控制信号。
④扩散反射型光电开关 它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但
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7.2.3 常用传感器简介
1、红外光电传感器 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变 化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部 分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半 导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射 二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。 接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在 接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。 检测电路能滤出有效信号和应用该信号。
7.2.1传感器的分类
１、按传感器的物理量： 可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等
传感器； ２、按传感器工作原理：
可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光 栅、热电偶等传感器。 ３、按传感器输出信号的性质：
可分为：输出为开关量（“１”和"０”或“开” 和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器； 输出为脉冲或代码的数字型传感器。
结构型传感器，如电感、电容、磁电等传感器，由于 受到结构特性的影响机械系统惯性质量的限制，其固 有频率低，工作频率范围窄。
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3、线性范围
任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围 内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传 感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是 保证测量精度的基本条件。例如，机械式传感器中的 测力弹性元件，其材料的弹性极限是决定测力量程的 基本因素，当超出测力元件允许的弹性范围时，将产 生非线性误差。
变电站综合自动化考核试题库--给学员

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考核试题样例第二章变电站综合自动化一、单项选择题1．变电所监控系统大多采用以太网，其CSMA/CD结构控制简单，轻负载下延时小。

但随着负载的增加，冲突概率会急剧增大。

对10M以太网，其（）的网络负荷可达到（）。

（A）50% 、7.5Mbps；（B）40% 、5Mbps；（C）25% 、2.5Mbps；（D）30% 、6Mbps。

答案：C2．间隔层网络指任何一种用于工业现场，能实现各监控子系统之间相互通讯及与站控层通信的网络。

其通讯速率应在（）以上。

（A）1Mbps；（B）2Mbps；（C）4Mbps；（D）10Mbps。

答案：A3.模拟量及脉冲量弱电信号输入回路电缆应选用对绞屏蔽电缆，芯线截面不得小于（）。

（A）0.5mm2；（B）1.0mm2；（C）1.5 mm2；（D）0.75mm2。

答案：D4.开关量信号输入输出回路可选用外部总屏蔽电缆，输入回路芯线截面不小于（B ），输出回路芯线截面不小于（）。

（A）0.75mm2、1.5mm2 ；（B）1.0mm2、1.5mm2；（C）1.5mm2、1.0mm2；（D）2.0mm2、1.5mm2。

答案：B5.UPS设备过负荷能力：带（）额定负载运行60s,带（）额定负载运行10min。

（A）130% 、110%；（B）125% 、105%；（C）150% 、125%；（D）145% 、120% 答案：C6.网络拓扑宜采用总线型或环型，也可以采用星型。

站控层与间隔层之间的物理连接宜用（）。

（A）总线型；（B）环型；（C）树型；（D）星型答案：D7.间隔层宜采用（）,它应具有足够的传输速率和极高的可靠性。

（A）以太网；（B）无线网；（C）工控网；（D）ISDN答案：C8.分层式是一种将元素按不同级别组织起来的方式。

其中，较上级的元素对较下级的元素具有（）关系。

（A）继承；（B）控制；（C）管理；（D）主从答案：B9.某条线路停电工作后,显示的功率值和电流值均为线路实际负荷的一半,其原因是（）。

第四章 开关量梯形图的设计方法

第四章 开关量梯形图的设计方法

开关量控制系统梯形图设计方法
一、梯形图经验设计法
经验设计方法也叫试凑法，经验设计方法需要 设计者掌握大量的典型电路，在掌握这些典型 电路的基础上，充分理解实际的控制问题，将 实际控制问题分解成典型控制电路，然后用典 型电路或修改的典型电路进行拼凑梯形图。
2、常用基本环节梯形图程序
△ 起动、保持和停止电路 △ 三相异步电动机正反转控
KM1
KM1
FR
KM2
Y1 X2 X0 X3 Y0
Y0 X1 X0 X3 Y1
注意事项
• 设计梯形图的基本原则 • 分离交织在一起的电路 • 中间单元的设置 • 复杂电路的等效 • 尽量减少PLC的输入和输出信号 • 软件互锁与硬件互锁 • 梯形图电路的优化设计 • 热继电器触点的处理
顺序控制设计法与顺序功能图
（1）具有试探性和随意性 （2）最后的结果不是唯一的 （3）设计所用的时间和质量因设计者的经验而异
4、设计实例（根据电动机正反转控制）
送料小车在限位开关X3处装料，10S后结束然后右行，碰到X4后停 下来卸料，15S后左行，碰到X3后，又停下来装料，这样不停地循环 工作，直到按下停机按钮。
Y1左行
（2）电动机正反转控制
（3）多继电器线圈控制电路
下图是可以自锁的同时控制4个继电器线圈的电路图。其中X0是起动 按钮，X1是停止按钮。
（4）多地控制电路
下图是两个地方控制一个继电器线圈的程序。其中X0和X1是 一个地方的起动和停止控制按钮，X2和X3是另一个地方的 起动和停止控制按钮。
（5）互锁控制电路
（2）转换条件的确定
转换条件是使系统从当前步进入下一步的条件。常 见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数 器的触点的动作（通/断）等。
第四章数字量输入输出通道

第四章数字量输入输出通道


（2）输出驱动电路——继电器驱动电路
图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平， 光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通， 继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设 备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出 现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电 器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电 流泄放回路。
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流电源
交流SSR输出波形如下图所示。
波形
过零型导 通时间
控制信号
SSR两端的 电压在导通
时为0。
非过零型 导通时间 立即导通
非过零型SSR，加上控制信号便导通
过关零断型时导间 相通同时，间在
过零时
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
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。
Vc
Di 7406
RL
交
流
电
+ _
～ SSR ～
源
图 4-13固 态 继 电 器 输 出 驱 动 电 路
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两 种，其中应用最广泛的是过零型。
过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载 电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后， 也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。 移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件 简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导 通。
第五讲(1)数字量输入输出-基本输入输出

第五讲(1)数字量输入输出-基本输入输出

A9A8A7A6A5 /IOR 0 0 0 0 1 1 A0
CPU系统
/IOR
A1 A0 0 1
/AEN
/Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /G2B /Y5 /G2A /Y6 G1 /Y7 A B C
A0 1 /CS 40H 41H 42H 43H
A1 A0 /CS 端口1 00 端口2 01 端口3 10 端口4 11 8253
第五章 数字量输入输出
本章内容 简单I/O接口 并行输入输出接口 中断控制系统 计数定时接口 串行输入输出接口 直接存储器存取DMA 系统总线及接口
简单I/O接口
什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据 传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电 路板（适配器）都是接口电路
例:一个输出设备的简单接口电路
IO总线 D7 数据线 输出 例:LED指示灯 ~ 锁存器 设备 D0 288H A15 地址线 地址 OUT指令时序 ~ T1 T2 T3 Tw T4 译码 A0 0 与 0 CLK 0 IOW 非
A15~A0 D7~D0
0000 0010 1000 1000
执行： MOV AL, 81H MOV DX, 288H OUT DX, AL
端口的基本特性： 是构成I/O接口的基本单元 有自己的端口地址（端口号） 可供外部设备或CPU读/写 有宽度 端口内容是外部设备的信息反映
I/O接口的基本功能
信号形式变换 电平转换和放大 锁存及缓冲 I/O定向 并－串转换
I/O端口按功能分为三种类型
AB
C P U
地址 译码 数据 缓冲 控制 电路
MOV DX, 288H IN AL, DX
最新国家开放大学电大本科《机电控制与可编程序控制器技术》期末题库及答案

最新国家开放大学电大本科《机电控制与可编程序控制器技术》期末题库及答案

最新国家开放大学电大本科《机电控制与可编程序控制器技术》期末题库及答案1.PLC控制相对于继电接触器控制的优点包括：可编程性强，可根据需要随时修改程序；可以处理更复杂的控制逻辑和算法；可以进行数据采集和通信；可以进行远程监控和控制；可以减少设备的体积和成本。

缺点包括：对于简单的控制任务，PLC控制可能过于复杂；PLC控制的响应时间可能较长；PLC控制的故障排查和维护需要专业技能。

2.PLC基本硬件包括：CPU、存储器、输入输出模块、通信模块和电源模块。

各部分的主要作用如下：CPU：负责运行程序和处理数据；存储器：存储程序和数据；输入输出模块：连接外部设备，将信号转换为数字信号，或将数字信号转换为控制信号；通信模块：实现与其他设备的通信；电源模块：提供系统所需的电源。

3.输入输出模块中设光电隔离电路的目的是为了隔离输入输出信号和PLC内部电路，防止外部干扰和电气噪声对PLC的影响。

4.开关量输入单元和输出单元的类型包括：电压型输入单元和输出单元：适用于直流电路和低压交流电路；继电器型输入单元和输出单元：适用于交流电路和高压电路；晶体管型输入单元和输出单元：适用于小电流高频率的控制信号。

各种类型的输入输出单元在使用场景和性能方面有所不同。

5.PLC的输入输出滞后现象指的是输入信号和输出信号的响应时间较长，造成控制动作延迟。

造成这种现象的原因包括信号传输延迟、输入输出模块的响应时间等。

可采取的措施包括增加输入输出模块的数量、优化程序算法、减少信号传输距离等。

二、读图分析(共20分)该电路的工作过程为：当起动按钮SBl按下时，KM1闭合，电动机正转，机床工作台向前运动；当机床工作台运行到ST1时，ST1闭合，KM1断开，KM2闭合，电动机反转，机床工作台向后运动；当机床工作台运行到ST2时，ST2闭合，KM2断开，KM1闭合，电动机正转，机床工作台向前运动；当停机按钮SB2按下时，KM1和KM2断开，电动机停止运动。

第四章 PLC的硬件组成及工作原理

第四章 PLC的硬件组成及工作原理


IN
IN
输入LED 内 部 电 路
COM
直流输入接口电路示意图
IN
IN ～ COM
输入LED 内 部 电 路
交流输入接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L COM ～
继电器输出接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L ～ COM
双向晶闸管输出接口电路示意图
6.通讯能力 6.通讯能力 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、可 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力， 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力，它 是工厂自动化的必备基础。 是工厂自动化的必备基础。目前生产的可编程控制器 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、甚至 更多个通讯端口。 更多个通讯端口。 7.智能模块 7.智能模块 智能模块是指具有自己的CPU和系统的模块 。 和系统的模块。 智能模块是指具有自己的 和系统的模块 它作为PLC中央处理单元的下位机 ， 不参与 中央处理单元的下位机， 它作为 中央处理单元的下位机 不参与PLC的 的 循环处理过程， 但接受PLC的指挥 ， 可独立完成某 的指挥， 循环处理过程 ， 但接受 的指挥 些特殊的操作。 如常见的位置控制模块、 些特殊的操作 。 如常见的位置控制模块 、 温度控制 模块、PID控制模块、模糊控制模块等等。 模块、 控制模块、模糊控制模块等等。 控制模块
3.编程语言 3.编程语言 编程语言是可编程控制器厂家为用户设计的用 于实现各种控制功能的编程工具， 它有多种形式， 于实现各种控制功能的编程工具 ， 它有多种形式 ， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言 ， 另还 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 4.扫描时间 4.扫描时间 扫描时间是指执行1000条指令所需要的时间。 条指令所需要的时间。 扫描时间是指执行 条指令所需要的时间 一般为10ms左右，小型机可能大于 左右， 一般为 左右 小型机可能大于40ms。 。 5.内部寄存器的种类和数量 5.内部寄存器的种类和数量 内部寄存器的种类和数量是衡量PLC硬件功能的 硬件功能的 内部寄存器的种类和数量是衡量 一个指标。它主要用于存放变量的状态、中间结果、 一个指标。 它主要用于存放变量的状态、 中间结果、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器/计数器 计数器、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器 计数器、 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。
智能变电站继电保护题库 第四章 填空题

智能变电站继电保护题库 第四章 填空题


50．有些电子式电流互感器是由线路电流提供电源，这种互感器电源的建立需要在一次 电流接通后迟延一定时间，此延时称为 唤醒时间 ，在此延时期间，电子式电流互感器的输 出为 零 。
51． 唤醒电流 是指唤醒电子式电流互感器所需的最小一次电流的方均根值。 52．电子式互感器需提供采集器状态、辅助电源/自身取电电源状态、检修测试状态等 信号输出，应具有完善的 自诊断功能 ，并能输出 自检信息 。 53．电子式电压互感器宜利用 合并单元同步时钟 实现同步采样，采样的同步误差应不 大于 ±1µs 。 54．合并单元的时钟输入可以是 电信号 或 光信号 ，时间触发在 脉冲上升沿 ，每秒 一个脉冲，合并单元应检验输入脉冲是否有误。 55．一套 ECT 内应具备 两 个保护用电流传感元件，每个传感元件由 两 路独立的采样 系统进行采集，如双 A/D 系统。
41．线路保护启动断路器失灵与重合闸等 GOOSE 信号一般采用 网络传输 方式。 42．合并单元提供给测控、录波器等设备的采样数据采用 SV 网络传输方式，SV 采样值 网络与 GOOSE 网络应 完全独立 。 43．对于 500kV 智能变电站边断路器保护，当重合闸需要检同期功能时，采用 母线电 压合并单元接入相应间隔电压合并单元 的方式接入母线电压，考虑中断路器检同期。 44．220kV 及以上电压等级的智能变电站变压器应配置 2 套含有完整主、后备保护 功能的变压器电量保护装置。非电量保护 就地 布置，采用直接 电缆跳闸方式，动作信 息通过本体智能终端上 GOOSE 网，用于测控及故障录波。 45．双重化配置保护使用的 SV 网络应遵循 相互独立 的原则，当一个网络异常或退出 时不应影响另一个网络的运行。 46．根据 Q/GDW 441—2010《智能变电站通用技术条件》，GOOSE 开入软压板除双母线和 单母线接线 启动失灵 、 失灵联跳 开入软压板设在接收端外，其余皆应设在发送端。 47．智能化保护交流额定电流数字量采样值通信规约为 IEC 60044-8 时，额定值为 01CFH 或 00E7H 。 48．智能化保护交流额定电流数字量采样值规约为 IEC 61850-9-2 时，0x01 表示 1mA 。 49．智能化保护电压量定义采样值通信规约为 GB/T 20840.8 时，额定值为 2D41H ，采 样值规约为 DL/T 860.9-2 时，0x01 表示 10mV 。
配电网自动化技术第4章配电网馈线监控终端.pptx

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• 一般两台馈线终端单元用级连的方法相连，两台 馈线终端单元一主一从，只有主馈线终端单元直 接和主站系统通信，从馈线终端单元通过主馈线 终端单元间接和主站系统通信。
2.环网柜的馈线终端单元
• 环网柜馈线终端单元安装在环网柜内。环网柜一 般都为2路进线，多路出线，因此环网柜馈线终端 单元至少需要监控四条线路，要求馈线终端单元 有很大的数据容量。
一段时间采样一次（定时采样）输入信号的
即时幅度，并把它存放在保持电路里面供A／
D转换使用。经过采样以后的信号称为离散时
间信号xs(t)，可表示为
xs (t) x(nTs )(n 1, 2,3 )
(4-2)
对于50Hz的正弦交流电流、电压来说， 理论上只要每个周波采样两点就可以表示其
波形的特点了。但为了保证计算准确度，需 要有更高的采样频率。一般取每个周波12点、 16点、20点或24点的采样频率。如果为了分 析谐波，例如考虑到16次谐波，则需要采用 每个周波32点的采样速率，即采样频率为 1600Hz。
4.2 馈线监控终端数据采集原理
一、概述
总线
TV
电
低通滤波 采样保持 多
平
路
TA
变 换 器 电压形成回路
… … …
低通滤波
采样保持
转 换 A/D 开 关
CPU 存储器
1. 模拟信号首先被转换成与馈线终端单元的CPU相匹配的电 平信号；把来自电压互感器和电流互感器的交流电波形的 幅值降低，以达到电平配合的目的。
• （5）转换时间。指模数转换器完成一次将模拟量 转换为数字量的过程所需要的时间。
三、交流采样算法
1. 概述
• （1）算法的基本概念 • 连续型的电压、电流等模拟信号经过离散采样和
第4章 S7-200系列PLC系统配置《电气控制与PLC应用技术》习题参考答案

第4章 S7-200系列PLC系统配置《电气控制与PLC应用技术》习题参考答案

4-1 S7-200 PLC的硬件系统主要有哪些部分组成？答：S7-200 PLC的硬件系统有主机单元、扩展单元、特殊功能模块、相关设备（编程设备、人机操作界面和网络设备等）组成。

4-2 S7-200 PLC的存储系统提供了哪几种方式来保存数据？答：S7-200系列PLC提供了3种方式来保存用户程序、程序数据和组态数据，分别是：保持型数据存储器、永久存储器、存储卡。

4-3 常用的S7-200 的扩展模块有哪些？各适用于什么场合？答：S7-200 PLC的数字量扩展模块有：EM221，输入扩展模块；EM222，输出扩展模块；EM223，输入/输出混合扩展模块。

模拟量扩展模块有：（1）EM231，共有6种产品：4路（8路）AI、2路（4路）热电阻输入和4路（8路）热电偶输入。

前者是普通的模拟量模块，可以用来连接标准的电流和电压信号；后两种是专门为特定的物理量输入到PLC而设计的模块。

热电阻和热电偶可以直接连接到模块上而不需要使用变送器对其进行标准电流或电压信号的转换，模块上具有热电阻和热电偶型号选择开关，热电偶模块还具有冷端补偿功能。

（2）EM232，输出扩展模块。

（3）EM235，输入/输出扩展模块。

4-4 一个控制系统需要12点数字量输入、30点数字量输出、7点模拟量输入和2点模拟量输出。

试问：（1）选用哪种主机最合适？（2）如何选择扩展模块？（3）请画出主机和各模块连接图。

（4）主机和各模块的地址如何分配？答：（1）选择S7-200 PLC的CPU226为主机，它可以扩展7个模块，自带输入/输出点为40点（DI24/DO16）。

（2）数字量扩展模块选择2个8点的EM222；模拟量扩展模块选择2个EM235（AI4/AO1）。

此时，系统中的数字量输入点为24>12，数字量输出点为32>30，模拟量输入通道为8>7，模拟量输出通道为2=2，点数可以满足系统控制的要求。

（3）（4）CPU226的编址：I0.0~I0.7，I1.0~I1.3；Q0.0~Q0.7，Q1.0~Q1.7；模块1 EM222的编址：Q2.0~Q2.7；模块2 EM222的编址：Q3.0~Q3.5；模块3 EM235的编址：AIW0，AIW2，AIW4，AIW6；AQW0；模块4 EM235的编址：AIW8，AIW10，AIW12；AQW2。

智能仪器中数字量的输入、输出



开关量输出
中功率开关量输出驱动接口



功率场效应管也称功率MOSFET（Metal-Oxide Silicon Field Effect Transistor），它是一种常用的中等功率的 开关控制驱动器件。与双极性晶体管比，它的工作原 理不同，驱动方式也不同，一般有TTL集成电路和 CMOS集成电路两种驱动方式驱动场效应管。它有几 个优点。 MOSFET有较高的开关速度。 有较宽的安全工作区而不会产生热点，同时他是一种 具有正的电阻温度系数的器件，所以，容易进行并联 使用。可靠性好。 过载能力强。阀值电压高，可达2-6V。 由于是电压控制器件，对驱动电路要求低。
为测量频率时的相对误差 为计数值的相对误差 为与门开启时间的相对误差
当与门开闭时间t与被测量脉冲周期的整数倍接近或相 等时候，测频法测量频率的最大误差可能为 。
分析 分析 得到结果
的误差来源。即分析 。
。
这样，在测量时间t一定的情况下，测量误差随着被测 信号频率的降低而增大。当f较低时，应采用别的测量 方法。
由MCS-51单片机内部定时器T0和口P3。4送出，T0工作方式1， 则PWM输出信号中的高电平和低电平持续时间Th和Tl分别为
Th=(216-x)*12/fosc Tl=(216-y)*12/fosc
式中，x,y分别为Th和Tl相对应的定时常数。
作业：1。使用CPLD，VHDL语言表示PWM。占空比为0.656。 2。书22页，第4题。
开关量输出
数字逻辑电路的额定负载能力表 逻辑电 路类型 输出高电平/V 拉电流/mA 输出低电平/V 灌电流/mA -0.4 1.6 0.4 0.01 16 0.5
标准TTL 2.4 逻辑 4.99 标准 CMOS逻 辑 4.99 高速 COMOS 逻辑
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智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
４
光敏器件开关与单片机的接口电路 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 产生电流和输出电压。 图4-5a中采用光敏二极管 将电度表铝盘的转数转换 成脉冲数，光敏管产生的 电脉冲输入到光电耦合隔 离器01，经光电耦合隔离 器送至89C2051单片机的外 部中断中进行计数处理。
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信号和向外 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 须接入信号输入电气接口电路，对外部的输入信号进行滤波、 电平转换和隔离保护等.
图4-2 扳键开关与单片机的接口电路
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
软件上，采用了JC指令逐个移位顺序判别方法编程和用 CJNE指令采取字节比较的判断方法编程。控制转移类指令的本 质是改变程序计数器PC的内容，从而改变程序的执行方向。 以下是本节用到的MS51汇编语言指令介绍： MOVX：外部数据传送指令；外部RAM只能通过累加器A进行数据 传送。累加器A与外部RAM之间传送数据时只能间接寻址方式， 间接寻址寄存器为DPTR，R0，R1； RET：子程序返回指令 JC：有进位时转移指令 RLC：循环左移指令 CPL：按位取反指令 LJMP addr16：程序跳转到地址为addr16开始的地方执行 CJNE A,#data,rel：若A≠#data, 则PCPC+rel，否则顺序执 行；若 A<#data，则CY=1，否则CY=0（以上指令结果影响程序 状态字寄存器PSW的CY标志）
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。
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图4-3中，拨盘开关的控制引脚A接+5V，4位数 据线分别通过电阻接地，再与4位并行输入线相连， BCD码拨盘开关处于某个位置时，就是拨盘开关所 指示的BCD码。 当80C51单片机的P0口总线负载达到或超 过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱 动器。当片选端/G低电平有效时，DIR=“0”，接收 信号；DIR=“1”，发送信号；当/G为高电平时，A、 B均为高阻态。这样，通过74LS245缓冲驱动器将2 位十进制数输入单片机。
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4.1开关量信号的输入
开关量信号和单片机的电气接口有TTL（晶体管---晶 体管逻辑）电平、CMOS（互补对称金属氧化物半导体集成 电路）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？
TTL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。 TTL输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V。TTL电路的速度快， 传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。 CMOS电平：CMOS电平+12V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑 “0”， COMS速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。 5V的电平不能触发CMOS电路，12V的电平会损坏TTL电路，因 此不能互相兼容匹配
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74系列芯片的特征，类别功能和区别
在外设接口电路中，经常需要对传输过程中的信息 进行放大、隔离以及锁存，能实现上述功能的接口芯片 最简单的就是缓冲器、数据收发器和锁存器。 74系列器件是一种中小规模TTL集成电路芯片，这是 一种低成本、工业和民用产品，工作温度为0～70℃，以 功耗和速度分类有如下几类，对于相同编号（XXX）、不 同类型的芯片，其逻辑功能完全一样。 （1）74 X X X——标准TTL； （2）74LX X X——低功耗TTL； （3）74SX X X——肖特基型TTL； （4）74LSX X X——低功耗肖特基型TTL；
（5）74ALSX X X——高性能型TTL； （6）74FX X X——高速型TTL。
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高电平、低电平 和高阻抗
74LS244是一种三态输出的八位缓冲器，该缓冲器有8 个输入端，分为两路——1A1～1A4，2A1～2A4，同时8个输 出端，也分为两路——1Y1～1Y4，2Y1～2Y4，分别由2个门 控信号1G和2G控制，当记为低电平时，1Y1～1Y4的电平与 1A1～1A4的电平相同，即输出反映输入电平的高低；同样， 当2G为低电平时，2Y1～2Y4的电平与2A1～2A4的电平和同。 而当1G（或2G）为高电平时，输出1A1～1A4（或2A1～2A4） 为高阻态。经74LS244缓冲后，输入信号被驱动，输出信号 的驱动能力加大了。4LS244缓冲器主要用于三态输出的存储 地址驱动器、时钟驱动器和总线定向接收器和定向发送器等。 74LS245是一种三态输出的8总线收发器，该收发器有16 个双向传送的数据端，即A1～A8，B1～B8，另有两个控制 端——使能端G，方向控制端DIR，74LS245通常用于数据的 双向传送、缓冲和驱动。 74LS06：六高压输出反相缓冲器/驱动器。
磁性开关
红外光敏开关
光电开关 热敏开关
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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。
第三章复习
1.软件系统的上层模块主要有主程序和中断 子程序组成. 2.软件系统的10个主要功能模块? 3.自检模块的主要功能?如何规划? 4.初始化模块的主要功能?如何规划? 5.一个完整的软件系统主要包括哪几部分?
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第四章
开关信号的输入/输出
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磁性开关与单片机的接口电路
图4-4ａ 霍尔元件差动放大电路
磁性开关一般由霍尔元 件型、干簧管型等，常用于 监测门窗是否打开及各种脉 冲式水表气表。此时，需在 普通转盘计数的仪表中加装 霍尔元件和磁铁，即可构成 基于磁电转换技术的传感器。
图4-4ａ所示的电路中，若有磁场作用，则霍尔元件会输 出120mV电压信号，经过约40倍的差动放大器放大整形后，在 Vout上输出高电平；否则输出低电平。霍尔元件和运放电路一 起，构成了开关型霍尔传感器，将这个信号输送到单片机的I／ O口或外部中断引脚，即可实现霍尔检测开关控制 ．
地址锁存允 许
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4.1.1 开关量信号输入通道结构 开关量输入通道通常由 单片机(接受和处理开关信 号)、信号输入调理电气接 口（信号滤波电平转换、隔 离保护等）、信号输入缓冲 器（缓冲和选通外部输入信 号）、输入／输出地址译码 器（将外部开关信号转换为 0，1信号）和读／写控制电 路（外部输入信号的读写控 制）组成。
图4-５ａ 脉冲电表计数电路
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入、光电 位置检测开关。
图4-５b 光电开关和单片机的 接口电路
图4-5B中的D为红外发光二极管， R1为限流电阻，T是光电接收三极 管，R2为取样电阻。D在+5V的作用 下，产生红外光线，当红外光线没 有被挡住时，T导通饱和向单片机 输入一个O电平信号，当红外光线 被挡住时，T截止向CPU输入一个1 电平信号。向单片机输入开关信号, 就能对红外光线进行控制。根据发 光二极管与接收三极管的不同位置 设计的开关接口电路，可以应用于 计数、位置状态、转速等多方面测 试。
图4-1 开关量信号输入通道结构
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4.1.2 开关量输入接口
1 扳键开关与单片机的接口电路 图中， 扳键开关将高电平 或低电平经单片机的I／O引脚 输入缓冲器74LS244，74LS244 的数据输入端与单片机89C51 的P0口相连接，用于8位数据 的传送，89C51的P1.7和/RD作 为74LS244的选通信号 。当扳 键开关合上时，将向P0口的相 应引脚送入低电平；反之，当 开关打开时，将向P0口送入高 电平。
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74LS273是带公共时钟复位八路触发器；74LS373是三态同 相八路锁存器；273与373的引脚排列是相同的,唯一的差别是两 者1、11脚的功能不同。 74LS273 1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时, 输出脚全部输出0,即全部复位 ；当1脚为高电平时,11(CLK)脚 是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个上升沿,立 即锁存输入脚的电平状态,并且立即呈现在在输出脚 上。 74LS373 1脚是输出使能(OE),是低电平有效,当1脚是高 电平时,不管输入如何,也不 管11脚(锁存控制端,G)如何,输出 全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态)；当1脚是低电平时,只要 11脚(锁存控制端,G)上出现一个下降沿,输出立即呈现输入脚的 状态 。 所以,如果分别用273和373来作为单片机的地址锁存器的话, 对273来说,1(CLR)脚必须接高电平,ALE信号经过反相后接11脚 (因为单片机的ALE信号是以下降沿方式出现)；对373来说,1脚 接低电平,保证使能,11脚直接接单片机的ALE信号 。