智能仪表 课件 第四章 开关量信号的输入输出(共33张PPT)

1、智能仪表 课件 第四章 开关(kigun)量信号的输入输出第一页，共33页。4.1 开关(kigun)量信号的输入开关量信号电气接口形式(xngsh)较多TTL电平、CMOS电平、非标准电平、开关或继电器触点，由于信号功率有限且存在各种干扰，一般不能直接驱动外部设备，输入输出通道中须采用各种缓冲、放大、隔离和驱动电路等措施。第二页，共33页。目前(mqin)使用的集成门电路主要有两类：一类是用双极型晶体管构成的电路，称为TTL集成门电路；另一类是CMOS管构成的集成电路,称为CMOS集成门电路。第三页，共33页。TTL电路的英文全称是：Transistor-Transistor Logic(三

2、极管三极管逻辑电路)，第一代TTL包括SN54/74系列，其中54系列工作温度为-55+125，74系列工作温度为0+75)，低功耗系列简称(jinchng)lttl，高速系列简称(jinchng)HTTL。第四页，共33页。第二代TTL包括肖特基箝位系列STTL)和低功耗肖特基系列LSTTL。第三代为采用等平面工艺制造的先进的STTL(ASTTL)和先进的低功耗STTLALSTTL。由于(yuy)LSTTL和ALSTTL的电路延时功耗积较小，STTL和ASTTL速度很快，因此获得了广泛的应用。第五页，共33页。CMOS 是Complementry-Symmetery meatal_Oxide

3、-semiconductor_circuit (互补对称式金属氧化物半导体电路) 1逻辑电平(din pn)电压接近于电源电压，0逻辑电平(din pn)接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。 第六页，共33页。TTL与COMS的区别 CMOS电平(din pn)电压范围在315V，比方4000系列当5V供电时，输出在4.6以上为高电平(din pn)，输出在0.05V以下为低电平(din pn)。输入在3.5V以上为高电平(din pn)，输入在1.5V以下为低电平(din pn)。而对于TTL芯片，供电范围在05V，常见都是5V，如74系列5V供电，输出在2.7V以上为高电平(din pn)

4、，输出在0.5V以下为低电平(din pn)，输入在2V以上为高电平(din pn)，在0.8V以下为低电平(din pn)。因此，CMOS电路与TTL电路就有一个电平(din pn)转换的问题，使两者电平(din pn)域值能匹配 第七页，共33页。1.TTL电平:输出高电平2.4V,输出低电平=2.0V，输入低电平=0.8V，噪声容限是0.4V。 2.CMOS电平：1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。 3.电平转换电路(dinl)：因为TTL和COMS的上下电平的值不一样，所以互相连接时需要电平的转换。第八页，共33页。TTL和COMS电路比较： 1

5、TTL电路是电流(dinli)控制器件，而coms电路是电压控制器件。 2TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。 COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。 COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常 现象。 第九页，共33页。COMS电路的使用本卷须知 1COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。 2输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联(chunlin)限流电阻，使输入的电流限制在1mA之

6、内。 第十页，共33页。 3当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。 4当输入(shr)端接大电容时，应该在输入(shr)端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。 第十一页，共33页。5COMS的输入电流超过(chogu)1mA，就有可能烧坏COMS。 第十二页，共33页。TTL门电路中输入端负载特性输入端带电阻特殊情况的处理(chl)： 1悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。 第十三页，共33页。2在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，

7、只有在输入端接(dun ji)的串联电阻小于910欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。COMS门电路就不用考虑这些了。第十四页，共33页。一、开关量信号输入通道结构 一般由单片机、信号输入调理电气接口电路、信号输入缓冲器和译码器电路构成(guchng)。典型开关信号输入通道结构:输入接口(ji ku)电路缓冲(hunchng)电路单片机控制电路第十五页，共33页。单片机通过数据总线缓冲器、输入输出口地址译码器和读写控制信号完成信号输入通道的选通、关闭和控制。输入接口(ji ku)电路对外部输入信号进行滤波、电平转换和隔离保护第

8、十六页，共33页。二、开关(kigun)量输入接口 1 扳键开关(kigun)与单片机的接口 P0 P1.7RD 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4或门89C5174LS24474LS325V10K81Y12Y41G2G八缓冲器/线驱动器/线接收器 第十七页，共33页。2 BCD码拨盘开关(kigun)与单片机的接口 P0 P2.7RD D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D789C5174LS2455VQ0Q7GDIR1 2 4 A8 拨盘开关(kigun)5.1K4双向总线(zn xin)发送器/接收器 第十八页，共33页。 3 磁性(cxng)开关与单片

9、机的接口TL071OH00252K22M2M+5V+-第十九页，共33页。 4 光敏器件开关(kigun)与单片机的接口 INT089C51+5V+5V第二十页，共33页。5 温度(wnd)超限检测开关与单片机的接口LM339+5VLM35220R1R210KR4R35.1K10K+5V+-+5V第二十一页，共33页。4.2 开关信号(xnho)的输出开关量的输出是通过控制外部对象处于“开或“关状态的时间来到达运行控制的目的。开关量输出通道主要由锁存器、输出驱动器和地址译码器等电路(dinl)组成。第二十二页，共33页。锁存器功率(gngl)驱动器地址(dzh)译码器数据总线输出控制开关量开关

10、(kigun)量输出通道组成第二十三页，共33页。锁存器用于将输出控制状态保持到下一个新状态，对外部设备进行控制。74LS273、74LS373)功率驱动器为控制被控设备提供一定的电压(diny)和电流。第二十四页，共33页。一、输出驱动接口(ji ku)的隔离 为防止外界强电磁干扰和工频信号的串扰而采取的隔离技术。 光电隔离：采用光电耦合器件进行隔离。 光电耦合器:以光为媒介传输信号的器件，内部集成了一个发光二极管作为输入电路和一个光敏三极管作为输出电路，输入输出相互绝缘形成光电发射和接受电路。第二十五页，共33页。 单片机与光电耦合器输出(shch)接口 单片机P1.089C51+5V+1

11、2VJ第二十六页，共33页。二、小功率直流负载驱动接口电路 常见(chn jin)的小功率负载：发光二极管、LED数码显示器、小功率继电器和晶闸管。540mA的电流 常用小功率三极管9012、9013、9014、8550和8050构成直流驱动电路第二十七页，共33页。三极管驱动(q dn)接口电路P1.09013LEDR2R189C51第二十八页，共33页。75451驱动器接口(ji ku)电路P1.0P1.1 1A 1B 2A 1Y 2B 2Y 89C5175451R2R1LED2LED1VCC第二十九页，共33页。双向晶闸管驱动接口(ji ku)电路P1.7MOC3041交流(jioli)负载89C5174LS06+5VR1R2R3VTR4CK220V火线(huxin)零线第三十页，共33页。三、中功率直流负载驱动电路 一般为较大的继电器和电磁开关等控制(kngzh)对象，需要50500mA的电流驱动能力，一般采用达林顿管或中功率三极管。 常用的达林顿管有MC1412、MC1413和MC1416等。第三十一页，共33页。四、固体继电器输出接口电路 固体继电器SSR：采用固体元件组装而成的新型电子(dinz)继电器，输入控制电流小，TTL、CMOS或晶体三极管可直接驱动，可实现无触点接触控制。第三十二页，共33页。直流固体继电器DC-SS