《机电一体化》第3章.ppt

1、第三章接口技术、一、概要、二、人机接口、三、人机接口、一、概要、二、人机接口设置修订、人机接口是指操作者(人)与计算机之间的接口。 包括人机输入接口和人机输出接口。 人机输入接口：输入设备和计算机之间的接口。 其作用是通过经由输入装置向修正计算机输入控制残奥仪表和指令残奥仪表来实现修正计算机的控制。 常用输入设备：开关、拨号盘、键盘等。 (1)人机接口的类型和特点，人机输出接口：输出设备和校正机之间的接口。 作用：用输出机器显示计算机的运行状态和运行结果。 常用输出设备：显示器(LED、LCD、CRT )、打印机、扬声器等。 1、专用性：人机界面的设置修订方案取决于产品的要求。 2 .低速性：

2、与微机的动作速度相比，人机界面设备的动作速度较低。 3 .高性能价格比：在满足功能的基础上，输入输出设备的配置以小型、小型、廉价型为原则。 人机界面的特征，(2)输入界面设定修正，1，开关(独立键盘)界面设定修正开关：仅2种状态0和1。 按钮开关、切换开关、开关或键抖动：开关从断开到接通或断开时，其电平不是瞬时从一个稳定状态到另一个稳定状态，而是具有约110ms左右的抖动时间，该抖动防止CPU读取错误软件方法：制作约10ms左右的延迟程序。 在实际中经常被使用。 硬件方法：硬件电路。 开关数量少时使用。 2、拨号接口设定修正拨号：输入的残奥表较少时采用。 (1)拨盘内部有可旋转的圆盘，有“0-

3、910个位置。 刻度盘后面有五条引线，分别定义为a、1、2、4、8。 拨盘在不同的位置开关的关系如表3-1所示，(1)静态接口方法BCD代码盘直接连接到控制微机的残奥报告或扩展残奥报告，以BCD代码形式输入信息。 (2)动态接口方法有1、0、1、1、1、1、1、0、0、1、1、1、1、1、1独立键盘和矩阵型(行列式)键盘两种。 (1)、键盘种类、编码键盘和非编码键盘编码键盘本身是一个小的微机应用系统，本身多完成键盘扫描、键值识别等操作。 对于那个上层应用来说，直接获得键值。 未经编码的键盘仅仅是多个键的组合，并且诸如键盘扫描、键值识别等的操作依赖于该用户所对应的接口电路和软件程序。 矩阵键盘：

4、键位于一系列行线和列线的交点。 所有行线连接到一个I/O接口，所有列线连接到一个I/O接口。 键盘扫描、键值识别的操作虽然复杂，但节省了I/O端口线。 矩阵键盘接口电路，键名和键值的确定键名：键的名称，随意命名，一般应反映键的实际用途，人为定义，与电路无关。 键值：键的特征位置值，反映键的位置，与具体的键盘接口电路相关，不是人为定义的。 但是，可以使用多种方法来确定键值，但无论选择哪种方法，只要使每个键的键值彼此不同即可。 矩阵键盘扫描原理： 1、首先确定有无按键闭合。 从行线(扫描线)送出低电平0，然后读出列线的状态，如果列线的状态全部为1，则无键闭合，如果继续扫描的1列为0，则表示该列上键

5、闭合。 2 .去除解雇延迟10ms的键盘抖动，再次进行判断，确认是否真的有键按下。 3 .判断哪个键是闭合的，从第1行开始依次传送低电平，那个侑行线传送高电平，此时读取列线的状态。该方法扫描键盘列线，依次从P1.4P1.7送出低电平，从该侑行线送出高电平，与此相应地读取P1.0P1.3的状态，在P1.0P1.3全部为“1”的情况下，向列线输出为“0”的行进行键击可以用预先设定的方法从行号和列号组合其“关键字”，根据需要用复查表确定其“关键字值”。 键值求法： 1、直接组合行线权重值和列线权重值。 行线的上位，列线的下位。 2、公式法：键值=行号n列号n键盘列数。 3、起始行号、000、011、

6、110、a键值：7EH、111、注意： (1)行号按地址线从低到高的顺序排列。 P1.4P1.7按顺序为03行。 P1.0P1.3按顺序为03列。 (2)键盘的行线(或列线)连接4.7K10K的上拉电阻。 (3)消除钥匙的抖动。 正常软件在延迟10ms后，会读取键盘的状态，判断键的关闭是由抖动引起的还是人为的。 (4)键盘可以用扫描方式和中断方式两种方式工作。 测试键盘的识别流程、有无按键。 从行/(列)行输出全扫描代码，看列/(行)的回复值是否为全“1”，有键。 去颤抖。 由硬件延迟整形引起的抖动或由软件延迟引起的抖动。 按钮的机械抖动约为10ms。 有按、键吗？ 确认按下键的行号和列号。

7、逐行扫描法/(列)扫描法、行反转法。 确定按键的关键字和/或键值。 键所在的矩阵编号决定了预先配置的唯一数值。 等待钥匙释放。 要退出密钥子例程进一步处理，必须等到释放密钥。 处理多个按钮同时被按下等的误操作，避免1次按钮的多次响应。 (3)输出接口设置修订、人机交互输出设备是操作员检测机电系统的窗口，可以用来显示系统运行状态、按键残奥仪表、运行结果及故障警报等。 1、发光二极管在机电产品中经常被用作状态指示灯。 发光条件：电流： 220mA电压：1.22.5V，注意： 1，通常加上电流电阻延长寿命。 2 .可以在TTL级别与其接口。 3 .负载较大时，可考虑使用变频器(74LS06 )、晶体

8、管、总线驱动器驱动，提高驱动电流。 2、LED数字管介绍，LED是发光二极管的简称。 LED数字管一般由8个发光二极管构成，也称为7个显示场、1个显示小数点、7段式数字显示器。 如图所示，LED编码管分为共阴和共阳两类。 共阴型： 8个LED的负极相连，被称为公共端。每个正极各有一条线，被称为adp。 对应线上为高电平“1”，LED点亮。 共阳型与此相反。 LED电线管的每次LED点亮的电流一般为810mA左右，压力降为0.71.2V左右。 不同厂商的LED电线管的引脚定义和电流及电压降不同，可参照手册。 “显示文字”、“段选择代码”和“文字编号”、3、LED显示接口方法是，由串行残奥并行移位

9、寄存器构成的LED代码管静态显示接口是1张移位寄存器对应1位显示。 74164、需要远程显示时，串联排列可减少数据线数量，提高传输可靠性。 位控制线数=显示器位数、共阴极、三、机电接口设定修正、机电接口是指机电一体型产品中的机械装置和控制微机之间的接口。 根据信息传达的方向可以分为信息收集接口和控制输出接口。 1、A/D转换接口及主要技术指标信息采集接口中的模拟放大电路和CPU接口。 用A/D芯片完成。 二积分公式和逐次比较公式两种常用。 双积分式的变换速度慢，精度高的逐次比较式的变换速度快。主要技术性能： (1)、分辨率：即A/D转换器能够提供的数字量的多少。 一般用输出数字量的位数表示。

10、二进制输出的A/D转换器用二进制的位数表示。 BCD码输出的A/D转换器以BCD码的位数表示。 例如，MC14433是3位半BCD代码输出的A/D转换器。 ADC0809是8位二进制输出的A/D转换器。 (2)精度：例如满刻度10v、8位的AD转换器绝对精度：1/2* 1/28*10=-19.5mv相对精度：1/28*100%=0.39%分辨率。 例如，尺寸分辨率的最小刻度为1mm，精度可能小于1 mm (3)，转换时间：完成一次A/D转换所需的时间。 (采样定理) (4)、范围：可输入的模拟电压的大小范围。 05V、010V等。 (5)、极性：单极性或双极性。 010伏，- 5伏5伏。 当设

11、定A/D转换接口、修正时，一般将分辨率和转换时间设为最重要的残奥仪表。 典型的A/D转换芯片应用于：研华公司，系统中的模拟量测试信号压力、温度和振动共有16路，因此选择了ADVANTECH CORPORATION的32通道单端隔离A/D卡PCL-813， 端子板pcl-818 32路单端12位模拟输入通道12位连续近似A/D转换器采样保持模拟输入范围双极：5V、2. 5V、1. 25V、0. 625V单极： 010V、05V、02.5V， 大多数被控对象要求交流电动机的变频调速、直流电动机调速等模拟量作为控制信号，但是计算机只能输出数字量，要求通过D/A转换接口(D/A转换器)将计算机输出的数

12、字量转换为模拟量。 典型的D/A设备包括DAC0832(8位)、DAC1210(12位)、AD7520 (10位)等。 DAC0832是8位D/A转换器，芯片内有数据锁存器，输出量是电流，实际上外接放电需要将电流转换为模拟电压，有单缓冲器、双缓冲器、通过三种工作方式，根据输出电压的范围，可以使用单极性(正电流) Iout1、Iout2:差动电流输出端。 Iout1 Iout2=常数，输入数为“0FFH”时最大。 Vref :基准电压输入端子。 使用时连接电源电压或基准电源。 Rfb :反馈信号输入线。 外接D/A用的输出增益调整电位器。 单缓冲方式：向锁存器送入数据之后(只要使片选择条件1有效

13、即可)，再送入寄存器(只要使片选择条件2有效即可)。 适用：系统只有一个模拟输出系统，或有多模拟输出但不要求同步输出。 双缓冲方式：同时使2个片段选择条件有效，将数据直接送入寄存器。 适用：系统有多模拟输出，可能要求同步输出。 直通方式：硬件电路满足2个芯片选择条件，接通电源后立即开始切换。 实际上一般不使用。 3、在电力接口、机电产品中，被控制对象所需的驱动电力一般较大，但由于来自计算机的数字控制信号和经过D/A转换的模拟控制信号的电力全部较小，因此必须在进行功率放大后才能驱动被控制对象。 实现功率放大的接口电路称为功率接口电路。 如果被控制对象是电感性负载，则会引起电磁干扰，侵入控制系统，

14、影响修正机系统的正常动作，因此为了避免这种情况，大多在修正机系统和负载之间使用光电耦合器进行隔离。 常用电力电子器件1 .单向闸管(SCR ):指闸管从切断到导通的必要条件。 在晶闸管的阳极上施加正向电压的同时，在栅极上施加正向电压。 知道可控硅从开启到关闭的必要条件，意味着可控硅一旦开启，门就无法控制。 如果使晶闸管中流过的电流小于保持晶闸管导通所需的电流，即维持电流，则晶闸管关闭。对应于从零电压到触发导通的瞬间的电角度。 对应于从触发开启的瞬间到电压变为零之间的电角度。 纯电阻性负载具有控制角导通角=180度、(1)功率晶体管的特征：功率晶体管是在宽功率范围内应用的晶体管，也称为功率晶体管

15、，与晶闸管相比，功率晶体管具有以下特征开关速度远远大于晶闸管。 比可控硅更容易控制。 价格比晶闸管高。 1、功率晶体管： (2)功率晶体管的结构，(3)功率晶体管的应用，功率晶体管在开关状态下工作，当控制微机的I/O端口输出高电平时，经由7407进行电流放大，使VT1导通并步骤在图中，限流电阻、VD1是续流二极管，但步进电动机的绕组w是感应负载，因此，当晶体管VT1从饱和突然截止时，在绕组中产生大的反电动势，该反电动势和电源重叠在晶体管VT1的集电极上，破坏功率晶体管将回流二极管VD1反向连接在VT1的集电极和电源之间，在功率晶体管VT1截止的瞬间，在w产生的反向电动势通过VD1的回流作用回流到电源，保护晶体管VT1不受破坏。 光电耦合器，(1)光电耦合器采用光电形式，发光部分和受光部分不接触，被耦合的两个部分自成系统，可实现强电部分和弱电部分的隔离，并避免干扰从输出通道侵入控制微机。 (2)光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，能够吸收脉冲噪声信号，具有较强的抗噪性。 (3)可靠性高，速度快。 向光电耦合器、高功率晶体管、续流二极管、w中的电流供给放电电路，保护晶体管VT1。 此外，如果没有回流二