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1常見開關特性及應用
開關是指可以使電路斷開或閉合、電流截斷或流通的電子元件，從理論上講，開關斷開，其電阻呈現無窮大，開關閉合其電阻為零．最簡單的開關有兩片名叫“觸點”的金屬，兩觸點接觸時形成電流回路，兩觸點不接觸時無法形成電流回路．由于電路中電流作用，開關閉合或斷開時，常出現火花現象，易造成觸點表面氧化影響導通能力，常常在開關的觸點部位電鍍抗氧化金屬，如銀、金等導電能力極強的貴金屬．依據開關觸點接觸不同方式，將開關分為刀開關和觸點開關．實驗教學中提供給學生的開關大部分是低壓刀開關，因工作電壓低，電流小而使金屬導電部分外露，方便學生實物觀察，加深理解開關動作機理．其他民用或工業用開關多是觸點開關，兩者的工作機理相同，只是因電壓高、電流大在絕緣和安全方面作了保護，金屬導電部分用絕緣材料殼包裹，防止觸電事故發生．單刀單擲開關只有接通和斷開，常常用在電源線的開合上，在生活中時時都能接觸，很簡單，本文不再細述．單刀雙擲開關和雙刀雙擲開關要比單刀單擲開關控制點多，連接成的控制電路相對復雜，邏輯性更強，在實際電路控制中得到廣泛應用．盡管學生實驗用的也是單刀雙擲、雙刀雙擲開關，這種開關和市場上常見的還是有區別，主要是實驗室的這種開關有斷開的位置，市場上絕大部分此類開關沒有斷開的中間位置，即任何時候同列的三接點中相鄰2個接點是聯通的．實驗室也有將雙刀雙擲開關的對角接線柱連接，形成能夠改變直流電流流向的開關，取名“換向開關”．圖示位置燈泡不能得電發光，只要將K1，K2或K3任意一開關撥動1次，就能夠形成電流閉合回路，燈泡得電發光，再次撥動其中1個開關，電流阻斷，燈泡熄滅．K2是雙刀雙擲開關，雙刀雙擲開關的對角接線相連接成為“換向開關”的形式，只要撥動1次，就能夠實現電路的閉合或斷開，也能夠完成燈泡的亮滅控制．這樣將K1，K2，K3安裝在3個不同的位置，實現對1個燈泡的控制，取名三控開關，如果要實現四控、五控……只需在中間串接多個K2接線形式的雙刀雙擲開關，當然二控開關只需要2個單刀雙擲的開關就可以了．
2工業控制開關
觸點開關和接觸器是工業控制中常用的開關器件，對接觸器和觸點開關進行邏輯組合，可以實現工業電氣的自動控制．接觸器是利用線圈流過電流產生磁場，使觸頭閉合或斷開以實現控制負載的開關電器．接觸器有電磁系統（鐵芯、電磁線圈）、觸頭系統（常開觸點和長閉觸點）和滅弧裝置組成．其原理是當接觸器的電磁線圈通電時，會產生很強的磁場，使鐵芯產生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作，實現常閉觸點斷開和常開觸點閉合的聯動；當線圈失電時，電磁吸力消失，銜鐵在彈簧的拉力作用下釋放，使觸頭復原，回復常閉觸點閉合和常開觸點斷開．實質上接觸器是由磁性控制吸合或斷開的觸點開關．接觸器主要用于頻繁接通或斷開交、直流主電路和大容量的控制電路，能夠遠距離操作，配合繼電器可以實現定時操作，聯鎖控制、定量控制和欠壓保護等等，廣泛應用于自動控制電路，其主要控制對象是電動機，也可用于控制其他電力負載，如電熱器、照明．繼電器是一種電子開關器件，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的“自動開關”．在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用，結構和工作原理與接觸器大致相同．主要區別在于：接觸器主觸點可以通過大電流，而繼電器的體積和觸點容量小，觸點數目多且只能通過小電流，所以繼電器一般用于控制電路中，接觸器應用于主電路，通斷大電流．控制亮滅的開關都是觸點開關，同樣也是常閉觸點和常開觸點，控制燈滅用常閉觸點，燈亮用常開觸點，常閉觸點在電路中串聯，常開觸點在電路中并聯，且依靠接觸器實現自鎖功能．電氣元件動作順序為：A亮（B亮）按鍵按下→KM線圈得電吸合自鎖→燈泡發光；A滅（B滅）按鍵按下→KM線圈失電解鎖→燈泡熄滅．如果要實現多點控制只要在電路中串聯對應點的常閉觸點開關完成斷開控制，并聯對應點的常開觸點完成閉合控制．
3按鍵開關的智能控制
在現代電子控制中，見到更多的是按鍵控制，1個按鍵能夠完成多功能的控制作用．其實這種按鍵只是1個常開的觸點開關，不是開關的智能，因為觸點開關只有通斷之分，或者說是“0”和“1”的關系，而是完全依靠程序來判定操作順序，達到智能控制目的．也就是說操作按鍵實現功能，完全是靠程序員給每次開關動作施以思想，依據程序員的思想開關完成對應功能．在前面介紹的開關中，開關在外力或電磁力的作用下吸合或斷開，不計有限時間吸合或斷開次數，只表現為電路的通斷現象，而智能開關有記錄有限時間內的吸合次數．這樣在完成1次有效的動作中，必須是在有限時間內動作．鍵按下時，總是會出現接觸不實，時通時斷現象，經過某一時間段后才達到穩定的完全閉合狀態，在按鍵斷開時也會出現同樣的情況．因此，完成1次準確有效的開關動作，必須對按鍵進行消抖動處理和記錄每次按鍵動作時間長短，以保證有效地記錄動作次數。1次完整的擊鍵過程有4個階段．等待階段（0狀態）：按鍵尚未按下，按鍵處于空閑，程序不執行按鍵程序；閉合抖動階段（1狀態）：此時按鍵剛剛按下，信號還處于接通與不通的不確定狀態，稱之為抖動狀態，程序在接收按鍵動作并且判斷是否為有效動作，進行消抖延時，剔除信號線上的干擾，確保準確無誤的閉合，一般延時時間為4～20ms的時間段；有效閉合階段（2和3狀態）：此時抖動已經結束，1個有效的按鍵動作已經產生，程序將按鍵所對應的信息編號記錄下來，待按鍵釋放程序執行信息編號賦予按鍵的思想，或者程序立即執行按鍵功能；釋放抖動階段和閉合抖動階段類似，程序應該在這里再做1次消抖，以防誤動作；有效釋放階段：如果按鍵是采用釋放后再執行功能，則可以在這個階段進行相關處理．處理完成后轉到等待階段，如果按鍵是采用閉合時立即執行功能，則在這個階段可以直接切換到等待階段．微電子控制中用的是長開觸點按鍵，根據操作時間長短和擊鍵次數多少，可分為“短擊”、“長擊”、“雙擊”和多鍵“同擊”等，不同的操作方式可以實現不同的控制功能．這些按鍵的操作，在現代家用電器、智能儀器儀表中都能見到，學習如何實現按鍵的這些功能也是單片機愛好者必須掌握的知識．用KEY1實現短擊、長擊、雙擊功能的實驗仿真圖．第1次長擊KEY1鍵3個發光二極管同時點亮；在長擊點亮3個二極管后，如果是短擊KEY1鍵1次，實現藍、黃、紅二極管中的1個發光；如果是雙擊KEY1鍵實現3個發光二極管的流動顯示．在有二極管發光的任意狀態，只要再次長擊KEY1鍵，就會全部熄滅二極管，類似于關機狀態．確定長擊有效可從讀按鍵子程序中獲得，確定單擊和雙擊按鍵有效必須轉入按鍵處理程序中獲得．1次有效擊鍵時間大于設定的長擊時間，就確定為長擊有效，雙擊是2次單擊的組合，還需要判斷是2次有效單擊或1次有效雙擊，也是靠時間來確定的．在相鄰2次單擊時間段，如果時間間隔小于設定值，就判定為雙擊，如果相鄰時間間隔大于該設定值，判定為單擊事件．如果在雙擊的設定時間內發生了多次有效擊鍵，那么擊鍵次數為奇數時確認為1次有效單擊，擊鍵次數為偶數時，確定為1次有效雙擊。
4結束語
物理實驗教學中，大部分實驗是通過測量數據來驗證一些物理理論，學生們對這樣的實驗興趣性不高，相對而言看一些演示實驗現象有興趣，仿佛有點看電影的感覺，教學效果上不明顯．多號召鼓勵學生制作一些作品，學生對制作作品有濃厚的興趣，但是作品的選取以簡單為佳，目的是培養、激發學生的實驗興趣，復雜了反而會挫傷同學們的實驗積極性．有想法參加上述作品制作的同學，全部都能夠制作完成前2個電路，可是在制作按鍵開關的智能控制作品時，同學們表現出的興趣性很高，制作成功的較少，這是正?，F象，教學就是循序漸進的過程，有難度就有進步．
作者：張明長 王安玲 單位：北京印刷學院基礎部