机电一体化技术接口技术ppt课件.ppt

机电一体化接口设计 1 接口技术分类 人机接口机电接口 2 教学要求 了解人机接口的类型及特点掌握输入接口的几种典型类型及设计方法掌握输出接口的几种典型类型及设计方法 3 人机接口类型及特点 人机接口是操作者与机电系统 主要是控制 之间进行信息交换的接口 按照信息传递的方式分为两大类 输入接口 输出接口 通过输入接口向系统输入各种控制命令和参数 对系统进行控制 常用的输入设备 控制开关 拨码码盘 键盘等 通过输出接口向操作者反映系统的各个状态和参数以及结果等信息 常用的输出设备 状态指示灯 发光二极管 液晶显示器 微型打印机 阴极摄像管显示器 扬声器等 4 专用性 低速性 高性能性 人机接口的设计方案要根据产品的要求而定 对二值性的控制参数 可采用控制开关 对一些少量的数值参数可使用拨码码盘 当系统要求输入控制命令和参数较多时 可使用行列式键盘 与控制微机的工作速度相比 大多数人机接口设备的工作速度是很低的 在进行人机接口设计时 要考虑速度匹配问题 由于机电的结合 大大强化了机械系统的功能 使整个机电系统具有高性能的价格比 所以在人机接口设计时 输入 输出设备也应以小型 微型 廉价为原则 人机接口的特点 返回 5 输入接口设计 左图为一简单开关输入电路 通过对A点电位进行检测 从而判断开关的状态 上拉电阻R的阻值越小 当开关处于断开状态 OFF 时 被传输的高电平值越高 但是当开关处于闭合状态 ON 时 流过开关触电的电流就越大 因此当采用这种电路时 上拉电阻的阻值应在全面考虑开关的触电电流和整个电路的功耗电流后再确定 开关输入接口设计 当开关电路使用带机械触电的开关时 在开关进行开 闭的瞬间 由于开关簧片的反弹会导致输出信号的抖动 即开关的触电在开 闭操作的瞬间 因机械振动会导致输出信号产生不规则的波动 由于开关的抖动使输入微机的信号变成如右图所示的波形 进行实际接口设计时可以采用以下两种方法去抖 软件去抖 通过程序对输入的开关信号进行处理 在检测到开关状态后 延时一段时间以进行检测 若两次检测到的开关状态相同则认为有效 否则按抖动处理 硬件去抖 采用如右图所示的去抖电路 键盘输入接口设计 矩阵式键盘工作原理 键盘结构如上图 通常将行线通过上拉电阻接至 5V电源 当无键按下时 行线与列线断开 行线呈高电平 当键盘上某键按下时 则该键对应的行线与列线被短路 例如 7号键被按下闭合时 行线X3与列线Y1被短路 此时X3的电平由Y1电位决定 键盘接口方法 上图示出了8031通过P1口与一个4 4键盘的接口电路 其中P1 7 P1 4作扫描线 P1 3 P1 0作输出线 返回 输出接口设计 发光二极管显示器 LightEmittingDiode 的接口设计 将发光二极管组成阵列 封装于标准外壳中 即发光二极管显示器 LED显示器 以七段LED显示器最为常用 引线有共阳极与共阴极两种结构如图 10 七段LED显示器接口电路设计 静态工作方式的接口电路 静态显示 就是当显示器显示某一个字时 相应的发光二极管恒定的导通和截至 这种显示方式的每一位都需要一个8位输出口控制 当显示位数很少 仅一 二位 时 采用静态显示方式是合适的 11 动态工作方式接口电路 当显示器工作时 单片机通过8155的PA口送扫描数据 其中只有一位为高电平 经75452后 只有一位LED显示器的公共端为低电平 同时 显示位对应的数据通过PB口送出 因此 只有公共端为低的LED显示器有显示 依次改变PA口中为高电平的位 则6位LED显示器就顺序显示 当扫描频率足够高时 由于人眼的视觉暂留效应 6位显示器便得到连续稳定的显示 12 点阵式LED显示器及接口设计 如图8031的P1口接行线 P3口接列线 点阵式LED显示器的扫描方式有 行扫描和列扫描 列扫描 由列线控制口输出列选通信息 每次扫描只有一列信号有效 由P1口输出该列显示信息行扫描 由行线控制口输出选通信号 每次只有一行被选中 由P3口输出相应列显示信息 返回 13 机电接口 机电接口 是指机电一体化产品中的机械装置与控制微机间的接口 同人机接口一样 按照信息的传递方向可以将机电接口分为信息采集接口 传感器接口 与控制量输出接口 14 输入接口 在机电一体化产品常用的传感器中 有很多是以模拟量形式输出信号的 如位置检测用的差动变压器 温度检测用的热电偶 温敏电阻 转速检测用的测速发电机等 而控制微机却是一个数字系统 有些型号单片机内部集成了模 数转换器件 如MCS 96系列单片机等 15 输出接口 在机电一体化产品中 很多被控对象要求模拟量作控制信号 如交流电动机变频调速器 直流电动机调速器 滑差电动机调速器等 而计算机系统是数字系统 16 1 D A转换器的主要参数 1 分辨率 D A转换器所能分辨的最小电压增量 或者说D A转换器能够转换的二进制位数 位数多 分辨率就高 2 转换时间 指数字量从输入到完成转换 输出达到最终值并稳定为止所需的时间 3 精度 D A转换器实际输出电压与理论值之间的误差 4 线性度 当数字量变化时 D A转换器模拟量按比例关系变化的程度 17 2 D A转换器的输入 输出特性 DAC是系统或设备中的一个功能学元 当把它接人系统或设备中与其他器件发生关系时 对不同用途的场合 它的输入 输出端有不同的要求 表示一个D A转换器输入 输出特性的有以下几个方面 输入 输出缓冲能力 输入码制 输入数据的宽度 是电流型还是电压型 是单极性输出还是多极性输出等 18 3 D A转换器选择要点 在选用D A芯片时 首先根据用户需要 合理选择转换