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1、第三章 接 口 设 计 第一节 概 述 一、接口设计的重要性 一个机电一体化产品由机械分系统和微电子分 系统两大部分组成，二者又分别由若干要素构 成。要将各要素、各子系统有机地结合起来， 构成一个完整的系统，就必须能顺利地在各要 素、各子系统之间进行物质、能量和信息的传 递与交换。为此，各要素和子系统的相接处必 须具备一定的联系条件，这个联系条件通常被 称为接口。因此也可以把机电一体化产品看成 是由许多接口将组成产品的各要素的输入/输出 联系为一体的系统。二、接口的分类和特点 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功能，可 将接口分为
2、机械接口、物理接口、信息 接口与环境接口等。这里按照接口所联 系的子系统不同，以控制微机（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。 机电一体化系统的基本组成 人 机 接 口 人 机 对 话 设 备 控 制 微 机信息 采集 接口控制 输出 接口机电接口传 感 器执 行 元 件 机 械 分 系 统 由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差 别，二者之间的联系必须通过机电接口进行调 整、匹配、缓冲，因此机电接口有着重要的作 用。 在机电接口中，按照信息和能量的传递方向， 又可分为信息采集接口（传感器接口）与控制 输出接口。 人机接口包括输出接口与输入接口两类，通过 输出接口，
3、操作者对系统的运行状态、各种参 数进行监测；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 。第二节 人机接口设计 一、人机接口类型及特点 人机接口是操作者与机电系统（主要是控制微 机）之间进行信息交换的接口。 按照信息的传递方向，可以分作两大娄：输入 接口与输出接口。人机接口特点 1、专用性 每一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 以人机接口的设计方案要根据产品的要求而定 。 2、低速性 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，所以在 进行人机接口设计时，要考虑控制微机与接口 设备间的速度匹配，提高控制微机的
4、工作效率 。 3、高性能价格比 由于机电的结合，大大强化 了机械系统功能，使整个机电系统具有高性能 价格比。所以在进行人机接口设计时，在满足 功能要求前提下，输入、输出设备配置以小型 、微型、廉价型为原则。 二、输入接口设计 （一）开关输入接口设计 对于一些二值化的控制命令和参数，可以采用 简单的开关做为输入设备，常用的开关有按钮 、转换开关等，其表示符号与接口示例如图所 示：开关消抖处理 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生产抖动，造成A点电位产 生一系列脉冲。抖动时间长短，与机械特性有关， 一般为510ms。所以在进行实际接口设计时，必 须采取软件或硬件措
5、施进行消抖处理。软件消抖办法 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。硬件消抖常用电路（二）拨盘输入接口设计 拨盘是机电一体第系统中常用的一种输入设备 ，若系统需要输入少量的参数，如修正系数， 控制目标值等，采用拨盘较为可靠方便。这种 输入方式具有保持性。1、BCD码拨盘的结构拨盘种类很多，做为人机接口使用最方便 的是十进制输入、BCD码输出的BCD码拨盘， 其结构如图所示。 拨盘内部有一个可转 动圆盘，具有“09”十 个位置，可以通过前 面两个“+、-”按钮进 行位置选择，对应每 个位置，前面窗口有 数字提示，拨盘后面
6、有五根引出线，分别 定义为A、1、2、4、 8。当拨盘在不同位置 时，1、2、4、8线与 A线的通断关系如表 所示： 线号位置842100000 10001 20010 30011 40100 50101 60110 70111 81000 910012、BCD码拨盘的接口设计方法 （1）静态接口方法 （2）动态接口方法 读码盘操作子程序MOVR0,#30H MOVP1,#7FH;P1.7=0 MOVA,P1 SWAPA MOVR0,A;千位值送(30H).47 MOVP1,#0BFH;P1.6=0 MOVA,P1 XCHDA,R0;百位值送(30H).03 INCR0 MOVP1,#0DFH
7、;P1.5=0 MOVA,P1 SWAPA MOVR0,A ;十位值送(31H).47 MOVP1,#0EFH;P1.4=0 MOVA,P1 XCHDA,R0 ;个位值送(31H).03 RET（三）键盘输入接口设计 在机电系统的人机接口中，当需要 操作者输入的指令或参数比较多时 ，可以选择键盘做为输入接口。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 图所示。2、键盘接口方法 8031通过P1 口与一个44 键盘的接口电 路，其中 P1.7P1.4作 扫描输出线，
8、P1.3P1.0作 输入线。 3、键输入程序设计方法 （1）判断键盘上有无键闭合 （2）判别闭合键的键号 （3）去除键的机械抖动 （4）使控制微机对键的一次闭合仅作一次 处理键盘输入程序框图开始有键闭合?调键扫描子程序,求键号,送 (20) 延时10ms返回调键扫描子程序,求键号,送(A)(A)=(20) ?YNNY键释放否 ?延时10ms键释放否 ?认定键号,转相应键处理程序返回NNYY键盘输入子程序ACALL KS1;判是否有键闭合 JNZ KEY1 KEY0:RET KEY1:ACALL KS2;调求键值子程序 MOV 20H,A ACALL DL10 ;调延时子程序 ACALL KS2
9、 CJNE A,20H,KEY0 KEY2:ACALL KS1 ;判键是否释放JNZ KEY2ACALL DL10ACALL KS1JNZ KEY2RET KS1:MOVP1,#00H ;判是否有键闭合子程序 MOVA,P1ORLA,#0F0H CPLA RETKS2:MOVP1,#0EFH;P1.4=0MOV21H,#00H;列首号存21H中MOVA,P1ORLA,#0F0HCPLAJNZ KS20;零列有键闭合MOVP1,#0DFH;P1.5=0MOV21H,#04HMOVA,P1OREA,#0F0HCPLAJNZKS20;一列有键闭合MOVP1,0BFH;P1.6=0MOVA,P1ORL
10、A,#0F0HCPLAJNZKS20;二列有键闭合MOVP1,#7FHMOV21H,#0CHMOVA,P1ORLA,#0F0HCPLAJNZ KS20;三列有键闭合MOVA,#0FFH;错误处理RET KS20: ADD A,#02H;加偏移量MOVCA,A+PC;查表求列序号ADDA,21H;求键号存A中RET DB00H,01H,02H,03H#中断方式键盘接口 为提高控制微机工作 效率，亦可以采取中 断方式设计键盘接口 ，平时不对键盘进行 监控，只有当有键闭 合时，产生中断请求 ，控制系统才响应中 断，对键盘进行管理 。三、输出接口设计 输出接口是操作者对机电系统进行监测 的窗口，通过输
11、出接口，机电系统向操 作者显示自身的运行状态、关键参数及 运行结果等，并进行故障报警。 （一）发光二极管显示器的接口设计 1、七段发光二极管显示器的基本结构 （1）发光二极管 具有体积小、可靠性高、寿命长等优点，可以 在低压、小电流下工作，而且损耗功率小，常 用的发光二极管的工作电压为1.52.5V，电流 为515mA。（2）七段发光二极管显示器的基本结构# 将发光二极管组成阵列，封装于标准外壳中，可构成各种发 光二极管显示器（以下简称LED显示器）。机电系统的人机 接口中，以七段LED显示器最为常用。为适应不同驱动电路 ，引线有共阳极与共阴极两种结构。2、七段LED显示器接口电路设计 （1）
12、静态工作方式的接口电路设计 七段LED显示器的接口电路设计有两 个任务：一是提供正确的驱动逻辑二是提供LED显示器的工作电流。用一片并行口扩展器8255扩展3位LED 显示器的接口电路用串行口扩展LED显示器 除利用并行口扩展LED显示器外，也可以利用控制微机的串 行口，通过串入并出的移位寄存器74LS164设计LED显示器 接口，尤其当需要远程显示时，采用串行传输会减少数据线 数量，提高传输可靠性。+5VORG1FA0H XS:MOVR7,#08HMOVR0,#30H XS1:MOVA,R0;取要显示数MOVDPTR,#2000H;置段码表首址MOVCA,A+DPTR;查取显示码MOVSBU
13、F,A;送显示 XS2:JNBT1,XS2;串行发送完?CLRT1;清中断标志INCR0;取下一个数 DJNZR7,XS1 RET ORG2000H TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H ;0,1,2,3,4,5,6DB 0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H ;7,8,9,A,B,C,DDB 86H,8FH,0BEH,8CH,0E3H,0FFH ;E,F,H,P,U 用硬件译码方法取得七段码 74LS47X2（2）动态工作方式的接口电路设计 显 示 子 程 序 框 图8155初始化置显示缓冲区初值30H-R0返回R1-8155PA
14、口R1.5=1 ?NY延时1ms取显示数据,查表转 换为段数据-PB口置扫描数据初值#01H-R1显示缓冲区指针R0加1扫描数据左移一位XS:MOV DPTR,#7FF8H ;8155命令寄存器地 址DPTRMOV A,#03H ;8155初始化MOVXDPTR,A ;PA,PB口为输出口MOV R0,#30H ;设置显示缓冲MOV R1,#01H ;取扫描首址MOV A,R1 XS1:MOV DPTR, #7FF9H ;指向PA口MOVXDPTR,A ;扫描字送PA口INCDPTR ;指向PB口MOV A,R0 ;取显示数据ADDA,#0DH ;加偏移量MOVCA,A+PC ;查表取段数据M
15、OVXDPTR,A ;段数据送PB口ACALLDL1 ;延时1ms INCR0MOV A,R1JBACC,5,XS2;6位是否送完RLA;指向下一位LED显示器MOV R1,ASJMP XS1XS2: RET DL1:MOV R6,#0FAH DL2:DJNZ R6,DL2RET ;共阴极段数据表 DB3FH,06H,5BH,4FH,66H;0,1,2,3,4DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH;5,6,7,8,9DB77H,7CH,39H,5FH,79H;A,B,C,D.EDB71H;F3、点阵式LED显示器及接口设计 七段LED显示器可以显示数字及一些简 单符号、字母，当显示信息比较
16、复杂时 ，可以选用点阵式LED显示器做输出设 备。(1)点阵式LED显示器结构 点阵式LED显示器由发光二极管矩阵组 成，常用的有7行5列和8行8列两种。单 个点阵LED显示器能够显示各种字母、 数字和常用的符号，用多个点阵式LED 显示器可以显示图形、汉字以及表格等 。（2）点阵式LED显示器的接口设计 序 号数据 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 111000001 210111110 310111110 410111110 511011101下表列出了采用共阴极LED显示器时， 显示字母“C”的列扫描点阵数据，每个 字节对应一列发光二极管。（二）打印机接口设计 打印机是机电产品中常用的一种硬 拷贝输出设备，尤其是微型打印机 ，例如GP16、P
