一種新穎實用的巡回傳輸開關電路

陶有軍

(西安理工大學高等技術學院，陜西西安710082)

0 引言

在現代工業自動化生產及樓宇安防、銀行監控等過程中，很多時候需要對現場的多個物理量進行采集、檢測、轉換和傳輸，一般情況下，都需要將非電量諸如溫度、壓力、流量、聲音、畫面等轉化為電壓或電流信號，然后經“多選一”開關傳輸到后續設備，進行所需的監視、監控及其它處理。本文討論的問題就是用TTL電路設計一種簡單、新穎、實用的“多選一”巡回傳輸開關電路。

1 總體設計思路

圖1 原理性電路圖

現在假設有8個房間的視頻信號要經過“多選一”開關傳輸到監控室的CRT上，正常情況下，按照1－2－3－4－5－6－7－8－1－2…的順序輪流將不同房間的視頻信號切換進來，每一路信號顯示或等待的時間長短可以在0.5秒至幾十秒之間自由調節。如果1、4、6號房間無需監控，則參加循環顯示的信號中沒有1、4、6路信號，即剔除這3路開關，剩下的其它5路順序接通，接通的順序變為2－3－5－7－8－2－3…。怎樣剔除這3路開關信號呢?實現的方法很簡單，只要在控制面板的8路開關IN1－IN8中將1、4、6路對應的開關IN1、IN4、IN6接低電平就可以了。余此類推，哪幾路開關需要接通或者不需要接通完全由面板控制開關IN1－IN8決定。需要在終端接通2－3－5－6－8路開關，則在控制面板上將對應的單刀雙擲開關 IN2、IN3、IN5、IN7、IN8都接高電平就可以了。終端的1、4、6路開關不需要接通，將控制面板上的開關IN1、IN4、IN6接低電平即可。

顯然，在上面的電路圖中，IN1－IN8是控制面板上的單刀雙擲開關。被控制的終端視頻信號開關，可以是各種三極管、晶閘管等軟觸點電子開關，也可以是繼電器等機械開關，它們的通斷是由U12模塊(74LS138)輸出電平的高低來控制。當然，繼電器等功率開關前面還需設置適當的驅動電路。

2 具體方案

555電路設計為多諧振蕩器，利用阻容元件來定時，振蕩器輸出脈沖作為計數器74161的輸入信號。本文設計了兩個振蕩器，通過電阻電容參數的選擇，使得時間常數T1=0.693(RV1+R1)C2很大，而時間常數 T2=0.693(R4+R6)C1很小。T1的長短就是每一路開關輪流導通的時間，只要適當改變電阻電容的參數，就可以改變被控開關接通的時間長短，從理論上講，時間長短的設置是任意的。當然實際選擇元件時還是有所講究，比如為了調節時間常數T1的長短，選擇改變電阻值就比改變電容值要方便，還有電容本身比較貴，特別是漏電小的高質量電容。而且電容容量選得太大時還面臨漏電流增大的風險。T1和T2各有所用，T1代表開關接通的時間，一般情況下0.5秒到幾十秒都有可能，而T2則很短，相對于T1來說T2其實就是“一閃而過”。

還是以前面的8路開關電路為例，假設1、3、5、7路開關需要輪流接通，則它們對應的接通時間由T1來決定。而2、4、6、8路開關無需控制，它們對應的導通時間由很短的T2來控制。通電以后，電路還是按照1－2－3－4－5－6－7－8－1－2－3…的順序輪流接通，但是1、3、5、7路開關的接通時間都是 T1，而2、4、6、8 路接通的時間則是 T2，T2 相對于 T1來說非常小，所以不需要接通那一路的話，就讓它的導通時間是T2而“跳”過?，F在假設只需要輪流接通1和8路，中間要跳過 2、3、4、5、6、7 共計6 個窄脈沖。

這樣的設計會不會出現切換的死區呢?也就是說，1路已經關斷，8路還沒接通之前，從時間上講是不是要等待“跳過”2、3、4、5、6、7 路之后才接通第 8 路開關呢?考慮到這個問題，特意設計了兩塊74LS161，通過使能端的巧妙配合，即使中間跳過6個、16個甚至更多的窄脈沖也不會出現切換死區或切換等待時間。也就是說1路和8路開關之間是無縫切換的，這也是本電路的新穎之處。減小了誤差，提高了精度，增加了可靠性。

元器件的選擇沒有特別要求，建議通過可變電位器來調節定時時間，通過仿真實驗來看，電容不能選得太小(比如PF級)，當然實際應用中沒有必要把容量選得如此小。以上所述都是以8路開關量為例，實際使用中若擴展為12路，16路甚至24路，電路的性能不受任何影響。只是適當調整定時元件的參數就可以了。

圖2 詳細的電路原理圖

3 仿真結果

以8路為例的仿真結果:

圖3 1、2、3、4 路輸出量

圖4 5、6、7、8路輸出量

圖5 1、2、3、4 路中剔除1、2 兩路之后輸出量

圖6 5、6、7、8 中剔除6 路后輸出量

當 C1=0.22μF，C2=10μF，電位器 RV1=50k 時，用示波器在74LS138輸出端測量到的用于開關量控制的輸出波形。因為3—8譯碼器74LS138輸出低電平有效，所以圖中方波低電平維持寬度為對應開關接通時間，上圖所示為控制面板的IN1－1N8全部接通，故開關輪流接通順序為1－2－3－4－5－6－7－8－1－2…。調節電位器 RV1，可以方便地調節負脈沖寬度，也就是開關接通時間，從0.5秒 到幾分鐘之間可以任意調節。

現在，從控制面板的 IN1－IN8中將 IN1、IN2、IN6三個開關斷開，則輪流循環導通的開關中沒有1、2、6路了，循環接通順序變為3－4－5－7－8－3－4…，脈沖寬度仍然維持不變。

4 結論

因為本電路是純模數電路構成，電路結構簡單，不存在程序控制時的死機等問題，可靠性很高，從精度方面來說，電阻電容定時的精度雖然不會太高，但就本例而言，每一路開關量接通了到底多“長”時間本身無多大意義，而重要的是每一路開關量接通的時間長短應該一致，也就是每一路開關量維持時間長短的重復性要好，阻容定時電路在這一點上是可以保證的，所以本產品簡單、實用且滿足絕大多數的使用場合。

［1］陳有卿，葉桂娟.555S時基電路原理、設計與應用［M］.北京:電子工業出版社，2007.

［2］沈任元，吳勇.數字電子技術基礎［M］.北京:機械工業出版社，2009.