一种新颖实用的巡回传输开关电路

陶有军

(西安理工大学高等技术学院，陕西西安710082)

0 引言

在现代工业自动化生产及楼宇安防、银行监控等过程中，很多时候需要对现场的多个物理量进行采集、检测、转换和传输，一般情况下，都需要将非电量诸如温度、压力、流量、声音、画面等转化为电压或电流信号，然后经“多选一”开关传输到后续设备，进行所需的监视、监控及其它处理。本文讨论的问题就是用TTL电路设计一种简单、新颖、实用的“多选一”巡回传输开关电路。

1 总体设计思路

图1 原理性电路图

现在假设有8个房间的视频信号要经过“多选一”开关传输到监控室的CRT上，正常情况下，按照1－2－3－4－5－6－7－8－1－2…的顺序轮流将不同房间的视频信号切换进来，每一路信号显示或等待的时间长短可以在0.5秒至几十秒之间自由调节。如果1、4、6号房间无需监控，则参加循环显示的信号中没有1、4、6路信号，即剔除这3路开关，剩下的其它5路顺序接通，接通的顺序变为2－3－5－7－8－2－3…。怎样剔除这3路开关信号呢?实现的方法很简单，只要在控制面板的8路开关IN1－IN8中将1、4、6路对应的开关IN1、IN4、IN6接低电平就可以了。余此类推，哪几路开关需要接通或者不需要接通完全由面板控制开关IN1－IN8决定。需要在终端接通2－3－5－6－8路开关，则在控制面板上将对应的单刀双掷开关 IN2、IN3、IN5、IN7、IN8都接高电平就可以了。终端的1、4、6路开关不需要接通，将控制面板上的开关IN1、IN4、IN6接低电平即可。

显然，在上面的电路图中，IN1－IN8是控制面板上的单刀双掷开关。被控制的终端视频信号开关，可以是各种三极管、晶闸管等软触点电子开关，也可以是继电器等机械开关，它们的通断是由U12模块(74LS138)输出电平的高低来控制。当然，继电器等功率开关前面还需设置适当的驱动电路。

2 具体方案

555电路设计为多谐振荡器，利用阻容元件来定时，振荡器输出脉冲作为计数器74161的输入信号。本文设计了两个振荡器，通过电阻电容参数的选择，使得时间常数T1=0.693(RV1+R1)C2很大，而时间常数 T2=0.693(R4+R6)C1很小。T1的长短就是每一路开关轮流导通的时间，只要适当改变电阻电容的参数，就可以改变被控开关接通的时间长短，从理论上讲，时间长短的设置是任意的。当然实际选择元件时还是有所讲究，比如为了调节时间常数T1的长短，选择改变电阻值就比改变电容值要方便，还有电容本身比较贵，特别是漏电小的高质量电容。而且电容容量选得太大时还面临漏电流增大的风险。T1和T2各有所用，T1代表开关接通的时间，一般情况下0.5秒到几十秒都有可能，而T2则很短，相对于T1来说T2其实就是“一闪而过”。

还是以前面的8路开关电路为例，假设1、3、5、7路开关需要轮流接通，则它们对应的接通时间由T1来决定。而2、4、6、8路开关无需控制，它们对应的导通时间由很短的T2来控制。通电以后，电路还是按照1－2－3－4－5－6－7－8－1－2－3…的顺序轮流接通，但是1、3、5、7路开关的接通时间都是 T1，而2、4、6、8 路接通的时间则是 T2，T2 相对于 T1来说非常小，所以不需要接通那一路的话，就让它的导通时间是T2而“跳”过。现在假设只需要轮流接通1和8路，中间要跳过 2、3、4、5、6、7 共计6 个窄脉冲。

这样的设计会不会出现切换的死区呢?也就是说，1路已经关断，8路还没接通之前，从时间上讲是不是要等待“跳过”2、3、4、5、6、7 路之后才接通第 8 路开关呢?考虑到这个问题，特意设计了两块74LS161，通过使能端的巧妙配合，即使中间跳过6个、16个甚至更多的窄脉冲也不会出现切换死区或切换等待时间。也就是说1路和8路开关之间是无缝切换的，这也是本电路的新颖之处。减小了误差，提高了精度，增加了可靠性。

元器件的选择没有特别要求，建议通过可变电位器来调节定时时间，通过仿真实验来看，电容不能选得太小(比如PF级)，当然实际应用中没有必要把容量选得如此小。以上所述都是以8路开关量为例，实际使用中若扩展为12路，16路甚至24路，电路的性能不受任何影响。只是适当调整定时元件的参数就可以了。

图2 详细的电路原理图

3 仿真结果

以8路为例的仿真结果:

图3 1、2、3、4 路输出量

图4 5、6、7、8路输出量

图5 1、2、3、4 路中剔除1、2 两路之后输出量

图6 5、6、7、8 中剔除6 路后输出量

当 C1=0.22μF，C2=10μF，电位器 RV1=50k 时，用示波器在74LS138输出端测量到的用于开关量控制的输出波形。因为3—8译码器74LS138输出低电平有效，所以图中方波低电平维持宽度为对应开关接通时间，上图所示为控制面板的IN1－1N8全部接通，故开关轮流接通顺序为1－2－3－4－5－6－7－8－1－2…。调节电位器 RV1，可以方便地调节负脉冲宽度，也就是开关接通时间，从0.5秒 到几分钟之间可以任意调节。

现在，从控制面板的 IN1－IN8中将 IN1、IN2、IN6三个开关断开，则轮流循环导通的开关中没有1、2、6路了，循环接通顺序变为3－4－5－7－8－3－4…，脉冲宽度仍然维持不变。

4 结论

因为本电路是纯模数电路构成，电路结构简单，不存在程序控制时的死机等问题，可靠性很高，从精度方面来说，电阻电容定时的精度虽然不会太高，但就本例而言，每一路开关量接通了到底多“长”时间本身无多大意义，而重要的是每一路开关量接通的时间长短应该一致，也就是每一路开关量维持时间长短的重复性要好，阻容定时电路在这一点上是可以保证的，所以本产品简单、实用且满足绝大多数的使用场合。

［1］陈有卿，叶桂娟.555S时基电路原理、设计与应用［M］.北京:电子工业出版社，2007.

［2］沈任元，吴勇.数字电子技术基础［M］.北京:机械工业出版社，2009.