前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的基于开关控制的兴趣实验设计论文，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
1常见开关特性及应用
开关是指可以使电路断开或闭合、电流截断或流通的电子元件，从理论上讲，开关断开，其电阻呈现无穷大，开关闭合其电阻为零．最简单的开关有两片名叫“触点”的金属，两触点接触时形成电流回路，两触点不接触时无法形成电流回路．由于电路中电流作用，开关闭合或断开时，常出现火花现象，易造成触点表面氧化影响导通能力，常常在开关的触点部位电镀抗氧化金属，如银、金等导电能力极强的贵金属．依据开关触点接触不同方式，将开关分为刀开关和触点开关．实验教学中提供给学生的开关大部分是低压刀开关，因工作电压低，电流小而使金属导电部分外露，方便学生实物观察，加深理解开关动作机理．其他民用或工业用开关多是触点开关，两者的工作机理相同，只是因电压高、电流大在绝缘和安全方面作了保护，金属导电部分用绝缘材料壳包裹，防止触电事故发生．单刀单掷开关只有接通和断开，常常用在电源线的开合上，在生活中时时都能接触，很简单，本文不再细述．单刀双掷开关和双刀双掷开关要比单刀单掷开关控制点多，连接成的控制电路相对复杂，逻辑性更强，在实际电路控制中得到广泛应用．尽管学生实验用的也是单刀双掷、双刀双掷开关，这种开关和市场上常见的还是有区别，主要是实验室的这种开关有断开的位置，市场上绝大部分此类开关没有断开的中间位置，即任何时候同列的三接点中相邻2个接点是联通的．实验室也有将双刀双掷开关的对角接线柱连接，形成能够改变直流电流流向的开关，取名“换向开关”．图示位置灯泡不能得电发光，只要将K1，K2或K3任意一开关拨动1次，就能够形成电流闭合回路，灯泡得电发光，再次拨动其中1个开关，电流阻断，灯泡熄灭．K2是双刀双掷开关，双刀双掷开关的对角接线相连接成为“换向开关”的形式，只要拨动1次，就能够实现电路的闭合或断开，也能够完成灯泡的亮灭控制．这样将K1，K2，K3安装在3个不同的位置，实现对1个灯泡的控制，取名三控开关，如果要实现四控、五控……只需在中间串接多个K2接线形式的双刀双掷开关，当然二控开关只需要2个单刀双掷的开关就可以了．
2工业控制开关
触点开关和接触器是工业控制中常用的开关器件，对接触器和触点开关进行逻辑组合，可以实现工业电气的自动控制．接触器是利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合或断开以实现控制负载的开关电器．接触器有电磁系统（铁芯、电磁线圈）、触头系统（常开触点和长闭触点）和灭弧装置组成．其原理是当接触器的电磁线圈通电时，会产生很强的磁场，使铁芯产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作，实现常闭触点断开和常开触点闭合的联动；当线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在弹簧的拉力作用下释放，使触头复原，回复常闭触点闭合和常开触点断开．实质上接触器是由磁性控制吸合或断开的触点开关．接触器主要用于频繁接通或断开交、直流主电路和大容量的控制电路，能够远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制、定量控制和欠压保护等等，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载，如电热器、照明．继电器是一种电子开关器件，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的“自动开关”．在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用，结构和工作原理与接触器大致相同．主要区别在于：接触器主触点可以通过大电流，而继电器的体积和触点容量小，触点数目多且只能通过小电流，所以继电器一般用于控制电路中，接触器应用于主电路，通断大电流．控制亮灭的开关都是触点开关，同样也是常闭触点和常开触点，控制灯灭用常闭触点，灯亮用常开触点，常闭触点在电路中串联，常开触点在电路中并联，且依靠接触器实现自锁功能．电气元件动作顺序为：A亮（B亮）按键按下→KM线圈得电吸合自锁→灯泡发光；A灭（B灭）按键按下→KM线圈失电解锁→灯泡熄灭．如果要实现多点控制只要在电路中串联对应点的常闭触点开关完成断开控制，并联对应点的常开触点完成闭合控制．
3按键开关的智能控制
在现代电子控制中，见到更多的是按键控制，1个按键能够完成多功能的控制作用．其实这种按键只是1个常开的触点开关，不是开关的智能，因为触点开关只有通断之分，或者说是“0”和“1”的关系，而是完全依靠程序来判定操作顺序，达到智能控制目的．也就是说操作按键实现功能，完全是靠程序员给每次开关动作施以思想，依据程序员的思想开关完成对应功能．在前面介绍的开关中，开关在外力或电磁力的作用下吸合或断开，不计有限时间吸合或断开次数，只表现为电路的通断现象，而智能开关有记录有限时间内的吸合次数．这样在完成1次有效的动作中，必须是在有限时间内动作．键按下时，总是会出现接触不实，时通时断现象，经过某一时间段后才达到稳定的完全闭合状态，在按键断开时也会出现同样的情况．因此，完成1次准确有效的开关动作，必须对按键进行消抖动处理和记录每次按键动作时间长短，以保证有效地记录动作次数。1次完整的击键过程有4个阶段．等待阶段（0状态）：按键尚未按下，按键处于空闲，程序不执行按键程序；闭合抖动阶段（1状态）：此时按键刚刚按下，信号还处于接通与不通的不确定状态，称之为抖动状态，程序在接收按键动作并且判断是否为有效动作，进行消抖延时，剔除信号线上的干扰，确保准确无误的闭合，一般延时时间为4～20ms的时间段；有效闭合阶段（2和3状态）：此时抖动已经结束，1个有效的按键动作已经产生，程序将按键所对应的信息编号记录下来，待按键释放程序执行信息编号赋予按键的思想，或者程序立即执行按键功能；释放抖动阶段和闭合抖动阶段类似，程序应该在这里再做1次消抖，以防误动作；有效释放阶段：如果按键是采用释放后再执行功能，则可以在这个阶段进行相关处理．处理完成后转到等待阶段，如果按键是采用闭合时立即执行功能，则在这个阶段可以直接切换到等待阶段．微电子控制中用的是长开触点按键，根据操作时间长短和击键次数多少，可分为“短击”、“长击”、“双击”和多键“同击”等，不同的操作方式可以实现不同的控制功能．这些按键的操作，在现代家用电器、智能仪器仪表中都能见到，学习如何实现按键的这些功能也是单片机爱好者必须掌握的知识．用KEY1实现短击、长击、双击功能的实验仿真图．第1次长击KEY1键3个发光二极管同时点亮；在长击点亮3个二极管后，如果是短击KEY1键1次，实现蓝、黄、红二极管中的1个发光；如果是双击KEY1键实现3个发光二极管的流动显示．在有二极管发光的任意状态，只要再次长击KEY1键，就会全部熄灭二极管，类似于关机状态．确定长击有效可从读按键子程序中获得，确定单击和双击按键有效必须转入按键处理程序中获得．1次有效击键时间大于设定的长击时间，就确定为长击有效，双击是2次单击的组合，还需要判断是2次有效单击或1次有效双击，也是靠时间来确定的．在相邻2次单击时间段，如果时间间隔小于设定值，就判定为双击，如果相邻时间间隔大于该设定值，判定为单击事件．如果在双击的设定时间内发生了多次有效击键，那么击键次数为奇数时确认为1次有效单击，击键次数为偶数时，确定为1次有效双击。
4结束语
物理实验教学中，大部分实验是通过测量数据来验证一些物理理论，学生们对这样的实验兴趣性不高，相对而言看一些演示实验现象有兴趣，仿佛有点看电影的感觉，教学效果上不明显．多号召鼓励学生制作一些作品，学生对制作作品有浓厚的兴趣，但是作品的选取以简单为佳，目的是培养、激发学生的实验兴趣，复杂了反而会挫伤同学们的实验积极性．有想法参加上述作品制作的同学，全部都能够制作完成前2个电路，可是在制作按键开关的智能控制作品时，同学们表现出的兴趣性很高，制作成功的较少，这是正常现象，教学就是循序渐进的过程，有难度就有进步．
作者：张明长 王安玲 单位：北京印刷学院基础部