智能儀表 課件 第四章 開關(guān)量信號的輸入輸出(共33張PPT)

1、智能儀表 課件 第四章 開關(guān)(kigun)量信號的輸入輸出第一頁，共33頁。4.1 開關(guān)(kigun)量信號的輸入開關(guān)量信號電氣接口形式(xngsh)較多TTL電平、CMOS電平、非標(biāo)準(zhǔn)電平、開關(guān)或繼電器觸點(diǎn)，由于信號功率有限且存在各種干擾，一般不能直接驅(qū)動外部設(shè)備，輸入輸出通道中須采用各種緩沖、放大、隔離和驅(qū)動電路等措施。第二頁，共33頁。目前(mqin)使用的集成門電路主要有兩類：一類是用雙極型晶體管構(gòu)成的電路，稱為TTL集成門電路；另一類是CMOS管構(gòu)成的集成電路,稱為CMOS集成門電路。第三頁，共33頁。TTL電路的英文全稱是：Transistor-Transistor Logic(三

2、極管三極管邏輯電路)，第一代TTL包括SN54/74系列，其中54系列工作溫度為-55+125，74系列工作溫度為0+75)，低功耗系列簡稱(jinchng)lttl，高速系列簡稱(jinchng)HTTL。第四頁，共33頁。第二代TTL包括肖特基箝位系列STTL)和低功耗肖特基系列LSTTL。第三代為采用等平面工藝制造的先進(jìn)的STTL(ASTTL)和先進(jìn)的低功耗STTLALSTTL。由于(yuy)LSTTL和ALSTTL的電路延時(shí)功耗積較小，STTL和ASTTL速度很快，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。第五頁，共33頁。CMOS 是Complementry-Symmetery meatal_Oxide

3、-semiconductor_circuit (互補(bǔ)對稱式金屬氧化物半導(dǎo)體電路) 1邏輯電平(din pn)電壓接近于電源電壓，0邏輯電平(din pn)接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。 第六頁，共33頁。TTL與COMS的區(qū)別 CMOS電平(din pn)電壓范圍在315V，比方4000系列當(dāng)5V供電時(shí)，輸出在4.6以上為高電平(din pn)，輸出在0.05V以下為低電平(din pn)。輸入在3.5V以上為高電平(din pn)，輸入在1.5V以下為低電平(din pn)。而對于TTL芯片，供電范圍在05V，常見都是5V，如74系列5V供電，輸出在2.7V以上為高電平(din pn)

4、，輸出在0.5V以下為低電平(din pn)，輸入在2V以上為高電平(din pn)，在0.8V以下為低電平(din pn)。因此，CMOS電路與TTL電路就有一個電平(din pn)轉(zhuǎn)換的問題，使兩者電平(din pn)域值能匹配 第七頁，共33頁。1.TTL電平:輸出高電平2.4V,輸出低電平=2.0V，輸入低電平=0.8V，噪聲容限是0.4V。 2.CMOS電平：1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。 3.電平轉(zhuǎn)換電路(dinl)：因?yàn)門TL和COMS的上下電平的值不一樣，所以互相連接時(shí)需要電平的轉(zhuǎn)換。第八頁，共33頁。TTL和COMS電路比較： 1

5、TTL電路是電流(dinli)控制器件，而coms電路是電壓控制器件。 2TTL電路的速度快，傳輸延遲時(shí)間短(5-10ns)，但是功耗大。 COMS電路的速度慢，傳輸延遲時(shí)間長(25-50ns),但功耗低。 COMS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正常 現(xiàn)象。 第九頁，共33頁。COMS電路的使用本卷須知 1COMS電路時(shí)電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對干擾信號的捕捉能力很強(qiáng)。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個恒定的電平。 2輸入端接低內(nèi)組的信號源時(shí)，要在輸入端和信號源之間要串聯(lián)(chunlin)限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之

6、內(nèi)。 第十頁，共33頁。 3當(dāng)接長信號傳輸線時(shí)，在COMS電路端接匹配電阻。 4當(dāng)輸入(shr)端接大電容時(shí)，應(yīng)該在輸入(shr)端和電容間接保護(hù)電阻。電阻值為R=V0/1mA.V0是外界電容上的電壓。 第十一頁，共33頁。5COMS的輸入電流超過(chogu)1mA，就有可能燒壞COMS。 第十二頁，共33頁。TTL門電路中輸入端負(fù)載特性輸入端帶電阻特殊情況的處理(chl)： 1懸空時(shí)相當(dāng)于輸入端接高電平。因?yàn)檫@時(shí)可以看作是輸入端接一個無窮大的電阻。 第十三頁，共33頁。2在門電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平，輸入端出呈現(xiàn)的是高電平而不是低電平。因?yàn)橛蒚TL門電路的輸入端負(fù)載特性可知，

7、只有在輸入端接(dun ji)的串聯(lián)電阻小于910歐時(shí)，它輸入來的低電平信號才能被門電路識別出來，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直呈現(xiàn)高電平。這個一定要注意。COMS門電路就不用考慮這些了。第十四頁，共33頁。一、開關(guān)量信號輸入通道結(jié)構(gòu) 一般由單片機(jī)、信號輸入調(diào)理電氣接口電路、信號輸入緩沖器和譯碼器電路構(gòu)成(guchng)。典型開關(guān)信號輸入通道結(jié)構(gòu):輸入接口(ji ku)電路緩沖(hunchng)電路單片機(jī)控制電路第十五頁，共33頁。單片機(jī)通過數(shù)據(jù)總線緩沖器、輸入輸出口地址譯碼器和讀寫控制信號完成信號輸入通道的選通、關(guān)閉和控制。輸入接口(ji ku)電路對外部輸入信號進(jìn)行濾波、電平轉(zhuǎn)換和隔離保護(hù)第

8、十六頁，共33頁。二、開關(guān)(kigun)量輸入接口 1 扳鍵開關(guān)(kigun)與單片機(jī)的接口 P0 P1.7RD 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4或門89C5174LS24474LS325V10K81Y12Y41G2G八緩沖器/線驅(qū)動器/線接收器 第十七頁，共33頁。2 BCD碼撥盤開關(guān)(kigun)與單片機(jī)的接口 P0 P2.7RD D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D789C5174LS2455VQ0Q7GDIR1 2 4 A8 撥盤開關(guān)(kigun)5.1K4雙向總線(zn xin)發(fā)送器/接收器 第十八頁，共33頁。 3 磁性(cxng)開關(guān)與單片

9、機(jī)的接口TL071OH00252K22M2M+5V+-第十九頁，共33頁。 4 光敏器件開關(guān)(kigun)與單片機(jī)的接口 INT089C51+5V+5V第二十頁，共33頁。5 溫度(wnd)超限檢測開關(guān)與單片機(jī)的接口LM339+5VLM35220R1R210KR4R35.1K10K+5V+-+5V第二十一頁，共33頁。4.2 開關(guān)信號(xnho)的輸出開關(guān)量的輸出是通過控制外部對象處于“開或“關(guān)狀態(tài)的時(shí)間來到達(dá)運(yùn)行控制的目的。開關(guān)量輸出通道主要由鎖存器、輸出驅(qū)動器和地址譯碼器等電路(dinl)組成。第二十二頁，共33頁。鎖存器功率(gngl)驅(qū)動器地址(dzh)譯碼器數(shù)據(jù)總線輸出控制開關(guān)量開關(guān)

10、(kigun)量輸出通道組成第二十三頁，共33頁。鎖存器用于將輸出控制狀態(tài)保持到下一個新狀態(tài)，對外部設(shè)備進(jìn)行控制。74LS273、74LS373)功率驅(qū)動器為控制被控設(shè)備提供一定的電壓(diny)和電流。第二十四頁，共33頁。一、輸出驅(qū)動接口(ji ku)的隔離 為防止外界強(qiáng)電磁干擾和工頻信號的串?dāng)_而采取的隔離技術(shù)。 光電隔離：采用光電耦合器件進(jìn)行隔離。 光電耦合器:以光為媒介傳輸信號的器件，內(nèi)部集成了一個發(fā)光二極管作為輸入電路和一個光敏三極管作為輸出電路，輸入輸出相互絕緣形成光電發(fā)射和接受電路。第二十五頁，共33頁。 單片機(jī)與光電耦合器輸出(shch)接口 單片機(jī)P1.089C51+5V+1

11、2VJ第二十六頁，共33頁。二、小功率直流負(fù)載驅(qū)動接口電路 常見(chn jin)的小功率負(fù)載：發(fā)光二極管、LED數(shù)碼顯示器、小功率繼電器和晶閘管。540mA的電流 常用小功率三極管9012、9013、9014、8550和8050構(gòu)成直流驅(qū)動電路第二十七頁，共33頁。三極管驅(qū)動(q dn)接口電路P1.09013LEDR2R189C51第二十八頁，共33頁。75451驅(qū)動器接口(ji ku)電路P1.0P1.1 1A 1B 2A 1Y 2B 2Y 89C5175451R2R1LED2LED1VCC第二十九頁，共33頁。雙向晶閘管驅(qū)動接口(ji ku)電路P1.7MOC3041交流(jioli)負(fù)載89C5174LS06+5VR1R2R3VTR4CK220V火線(huxin)零線第三十頁，共33頁。三、中功率直流負(fù)載驅(qū)動電路 一般為較大的繼電器和電磁開關(guān)等控制(kngzh)對象，需要50500mA的電流驅(qū)動能力，一般采用達(dá)林頓管或中功率三極管。 常用的達(dá)林頓管有MC1412、MC1413和MC1416等。第三十一頁，共33頁。四、固體繼電器輸出接口電路 固體繼電器SSR：采用固體元件組裝而成的新型電子(dinz)繼電器，輸入控制電流小，TTL、CMOS或晶體三極管可直接驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)接觸控制。第三十二頁，共33頁。直流固體繼電器DC-SS