[物理]第5章 接口技术.ppt

第5章 接口技术 5.1 概述 5.2 人机接口 5.3 机电接口 5.1 概述 一、接口定义及作用 二、接口的分类和特点 组成机电一体化系统的各要素和子系统之间相接处必须具备一定的联系条件，这个联系条件，通常被称为接口，简单地说就是各子系统之间以及子系统内各模块之间相互联接的硬件及相关协议软件。 从某种意义上讲，机电一体化产品的设计， 就是在根据功能要求选择了各要素后，所进行的接口设计。从这一观点出发，机电一体化产品的性能很大程度上取决于接口的性能，即各要素和各子系统之间的接口性能是机电一体化系统性能好坏的决定性因素。因此，接口设计是机电一体化产品设计的关键环节。 从不同的角度及工作特点出发，机电一体化系统的接口有多种分类方法。 根据接口的变换和调整功能，可将接口分为零接口、被动接口、主动接口和智能接口； 根据接口的输入/输出对象，可将接口分为机械接口、物理接口、信息接口与环境接口等； 根据接口的输入/输出类型，可将接口分为数字接口、开关接口、模拟接口和脉冲接口。 本章根据接口所联系的子系统不同，以信息处理系统( 微电子系统)为出发点，将接口分为人机接口与机电接口两大类，对各子系统内部接口不作具体介绍。 1. 人机接口 人机接口实现人与机电一体化系统的信息交流、信息反馈，保证对机电一体化系统的实时监测、有效控制；由于机械与电子系统工作形式、速率等存在极大的差异，机电接口还起着调整、匹配、缓冲的作用。 人机接口又包括输入接口与输出接口两类。通过输入接口，操作者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制；通过输出接口，操作者对系统的运行状态、各种参数进行监测。 2. 机电接口 按照信息和能量的传递方向，机电接口又可分为信息采集接口（传感器接口）与控制输出接口。信息处理系统通过信息采集接口接受传感器输出的信号，检测机械系统运行参数，经过运算处理后，发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件，以调节机械系统的运行状态，使其按要求动作。 总体来讲，机电一体化系统对接口的要求是：能够输入有关的状态信息，并能够可靠地传送相应的控制信息；能够进行信息转换，以满足系统对输入与输出的要求；具有较强的阻断干扰信号的能力，以提高系统工作的可靠性。 5.2 人机接口 一、人机接口类型及特点 二、输入接口 三、输出接口 四、可编程输入/显示接口芯片 人机接口是操作者与机电系统之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分为两大类：输入接口与输出接口。 常用的输入设备有控制开关、 BCD 二～十进制码拨盘、键盘等， 常用的输出设备有状态指示灯、发光二极管显示器、液晶显示器、微型打印机、阴极射线管显示器等，扬声器等等。 人机接口作为人机之间进行信息传递的通道，具有以下一些特点： 1. 专用性 每种机电一体化产品都有其自身特定的功能，对人机接口有着不同的要求，所以在制定人机接口的设计方案时，要根据产品的要求而定。 2. 低速性 与控制机的工作速度相比，大多数人机接口设备的工作速度很低，在进行人机接口设计时，要考虑控制机与接口设备间的速度匹配，以提高系统的工作效率； 3. 高性价比 在满足功能要求的前提下，输入、输出设备配置以小型、微型、廉价型为原则。 1. 开关输入接口 对于一些二值型控制命令和参数，常采用简单的开关作为输入设备。 控制微机通过 I/O 口或扩展 I/O 口对开关点电位进行检测，从而判断开关的状态。由于这类开关都是机械开关，机械触点的弹性作用使开关在闭合及断开瞬间产生抖动，造成开关点点电位产生一系列脉冲，电压抖动时间的长短，与机械特性有关，一般为 5～10ms。按钮的稳定闭合期由操作员的按键动作决定，一般在几百微秒至几秒之间。所以，在进行接口设计时需要采取软件或硬件措施进行消抖处理。 软件消抖是在检测到开关状态后，延时一段时间再进行检测，若两次检测到的开关状态相同则认为有效。延时时间应大于抖动时间。 硬件消抖常采用下图 所示电路，其中左为双稳态滤波消抖，右为单稳态多谐震荡消抖，图中74xx121是带有施密特触发器输入端的单稳态多谐震荡器。 2. 拨盘输入接口 (2) BCD码拨盘的接口 (a) 静态接口 (b) 动态接口 3. 键盘输入接口 (1). 矩阵式键盘工作原理 　矩阵式键盘由一组行线 (Xi) 与一组列线 (Yi) 交叉构成，按键位于交叉点上，为对各个键进行区别，可以按一定规律分别为各个键命名键号，如右图所示。 将列线通过上拉电阻接至+5V电源，当无键按下时，行线与列线