机电系统的微机控制
杨绪剑
哈工大（威海）船舶学院
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
z一、光电耦合器
z二、开关量的输入通道
z三、开关量的输出通道
z四、逻辑控制的实例
z五、脉冲量的输入与输出通道
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
¾一、光电耦合器
z二、开关量的输入通道
z三、开关量的输出通道
z四、逻辑控制的实例
z五、脉冲量的输入与输出通道
一、光电耦合器
1.原理与用途
L+VCC R1R2
GND L-
P1.0原理：发光二极管+光敏三极管
作用：
1）隔离输入/输出通道的噪声；
2）实现电平的转换；
主要参数：
1）正向电流I F ，正向压降V F ；
2）饱和压降V CE(sat)，耐压V CE(max)；3）电流传输比CTR ；
一、光电耦合器
2.常用器件
一般用光耦交流用光耦高速光耦TLP5214N2525056N137
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
9一、光电耦合器
z二、开关量的输入通道
z三、开关量的输出通道
z四、逻辑控制的实例
z五、脉冲量的输入与输出通道
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
9一、光电耦合器
¾二、开关量的输入通道
z三、开关量的输出通道
z四、逻辑控制的实例
z五、脉冲量的输入与输出通道
二、开关量输入通道
1.开关量常用输入形式
二、开关量输入通道
1.开关量常用输入形式
二、开关量输入通道
2.输入调理电路
VCC
R1 R2
施密特触发C
电路参数典型值：
R1=4.7kΩ；R2=300Ω；C=10uF（106）
二、开关量输入通道
2.输入调理电路
5V R1
R2
1
S
C
电路参数典型值：
R1=3.9k Ω（392）；R2=560Ω（561）；R3=10k Ω（103）；R4=4.7k Ω（472）；
24V
S
R1
R2
C
R3
5V
R4
二、开关量输入通道
2.输入调理电路
注：调理电路只针对机械式按钮或行程开
关输入，对于有源触点，如接近开关、光
电开关等，一般不需输入调理，但可保留
光电隔离。
对于高速输入的数字信号一般
也不能进行调理。
另外按键的去抖也可用
软件延时的方法实现。
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
9一、光电耦合器
9二、开关量的输入通道
z三、开关量的输出通道
z四、逻辑控制的实例
z五、脉冲量的输入与输出通道
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
9一、光电耦合器
9二、开关量的输入通道
¾三、开关量的输出通道
z四、逻辑控制的实例
z五、脉冲量的输入与输出通道
三、开关量输出通道
1.小电流输出
VCC P1.x
R
D
R1
R2
R L
P0.x
VCC V+
V CC T2
T1
P0.x
V CC
T
P1.x
三、开关量输出通道
2.继电器输出
R2
V+
V+
K
D T
R1
VCC
注：
若继电器触点切换的负载为电感性负载，且切换频率较高时，应为继电器的触点接入浪涌保护电路，常用的方法是CR 法。
R ：0.5~1Ω/V C ：0.5~1uF/A
三、开关量输出通道
2.继电器输出
机械式继电器采用电磁吸合方式，速
度慢，在开合瞬间容易产生火花，触
点容易老化。
固态继电器用晶体管和
可控硅代替触点开关，并可以实现触
点电源与控制电源的完全隔离。
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
9一、光电耦合器
9二、开关量的输入通道
9三、开关量的输出通道
z四、逻辑控制的实例
z五、脉冲量的输入与输出通道
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
9一、光电耦合器
9二、开关量的输入通道
9三、开关量的输出通道
¾四、逻辑控制的实例
z五、脉冲量的输入与输出通道
四、逻辑控制的实例
1.继电器控制电路
某机床有两台电机，主轴
电机15KW，需Y-Δ启动
，润滑泵电机1.1KW，可
直接启动，要求在未开启
润滑泵电机前，不准开启
主轴电机。
作业：
要求将该电路改造为单片
机控制系统，完成输入输
出电路的设计（直接用其
IO口，不必进行单片机的
IO扩展）。
注意急停按钮
仍直接切断控制电源而非
作为输入后由程序控制。
四、逻辑控制的实例
2.单片机控制系统的模拟
某机床有两台电机，主轴电机15KW，需Y-Δ启动，润滑泵电机1.1KW，可直接启动，要求在未开润滑泵电机前，不准开启主轴电机。
输入点：
SB3：主轴电机启动按钮---------K1
SB2：主轴电机停止按钮---------K2
SB5：润滑泵电机启动按钮------K3
SB4：润滑泵电机停止按钮------K4输出点：
KM2：主轴电机主接触器---------LED1
KM1：主轴电机Y连接接触器----LED2
KM3：主轴电机Δ连接接触器---LED3
KM4：润滑泵电机主接触器------LED4
实验中，以K1（P1.4）、K2 （P1.5）、K3 （P1.6）和K4 （P1.7）分别代替SB3、SB2、SB5和SB4的输入，以指示灯LED1（P0.0）、LED2 （P0.4）、LED3 （P2.7）和LED4 （P2.4）分别代替KM2、KM1、KM3和KM4的输出。
急停按钮应直接接入控制回路中，以防止程序运行出错时无法停止设备。
四、逻辑控制的实例
2.单片机控制系统的模拟
程序清单（汇编）
详见第五讲附录I
四、逻辑控制的实例
2.单片机控制系统的模拟
程序清单（C）
详见第五讲附录II
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
9一、光电耦合器
9二、开关量的输入通道
9三、开关量的输出通道
9四、逻辑控制的实例
z五、脉冲量的输入与输出通道
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
9一、光电耦合器
9二、开关量的输入通道
9三、开关量的输出通道
9四、逻辑控制的实例
¾五、脉冲量的输入与输出通道
五、脉冲量的输入输出通道
脉冲量的输入输出通道与数字量的输入输出通道没有本质的区别，但通常所说的脉冲量是指一些高速的数字量，例如光电编码器的输出信号。
对于高速信号的输入，一般无需信号的调理（滤波），如需要光电隔离，必须使用高速光耦；对于高速脉冲量的输出，不能使用机械式继电器，可采用晶体管、晶闸管（可控硅）或者使用固态继电器（视脉冲量的频率情况）。
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲讨论如下内容：
9一、光电耦合器
9二、开关量的输入通道
9三、开关量的输出通道
9四、逻辑控制的实例
9五、脉冲量的输入与输出通道
本讲结束，下讲再见！
第五讲开关量的输入输出与逻辑控制z本讲参考书目：
¾1. 王福瑞等. 单片微机测控系统设计大全. 北京: 北京航空
航天出版社, 2000.
¾2. 李正军. 计算机控制系统. 北京: 机械工业出版社, 2008.
¾3. 廖常初. S7-200 PLC 基础教程. 北京: 机械工业出版社.
2006.
¾4. 马忠梅, 刘滨, 戚军等. 单片机C语言Windows环境编程
宝典. 北京: 北京航空航天出版社. 2003.。