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1、MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组第三章 接口技术 一、概述二、人机接口三、机电接口MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组人机对话输出设备人机对话输入设备人机接口人机接口控制微机控
2、制输出接口信息采集接口传感器执行元件机械分系统机电一体化产品基本组成及接口一、概述MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组二、人机接口设计 人机接口人机接口是指操作者（人）和计算机间的接是指操作者（人）和计算机间的接口。包括人机输入接口和人机输出接口。口。包括人机输入接口和人机输出接口。 人机输入接口人机输入接口：输入设备和计算机间的接口。：输入设备和计算机间的接口。 其作用是通过输入设备向
3、计算机输入控制参数或其作用是通过输入设备向计算机输入控制参数或命令参数以实现对计算机的控制。命令参数以实现对计算机的控制。常用输入设备常用输入设备：开关、拨码盘、键盘等。：开关、拨码盘、键盘等。（一）人机接口类型及特点（一）人机接口类型及特点MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组人机输出接口人机输出接口：输出设备和计算机间的接口。：输出设备和计算机间的接口。作用作用：通过输出设备将计算机的
4、运行状态和运行：通过输出设备将计算机的运行状态和运行结果显示出来。结果显示出来。常用输出设备常用输出设备：显示器（：显示器（LED、LCD、CRT）、）、打印机、喇叭等。打印机、喇叭等。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组1、专用性、专用性：人机接口的设计方案根据产品的要：人机接口的设计方案根据产品的要求而定。求而定。2、低速性、低速性：与微机的工作速度相比，人机接口：与微机的工作速度相
5、比，人机接口设备的工作速度很低。设备的工作速度很低。3、高性能价格比、高性能价格比：满足功能的前提下，输入输：满足功能的前提下，输入输出设备配置以小型、微型、廉价型为原则。出设备配置以小型、微型、廉价型为原则。人机接口的特点人机接口的特点MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组（二）输入接口（二）输入接口设计1、开关（独立式键盘）接口设计、开关（独立式键盘）接口设计 开关：只有开关：只有2种
6、状态种状态0和和1。按钮开关按钮开关转换开关转换开关MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组开关或键抖动开关或键抖动：开关从断开到闭合及从闭合到断开时，：开关从断开到闭合及从闭合到断开时，其电平不是瞬时从一个稳定状态到达另一个稳定状态，其电平不是瞬时从一个稳定状态到达另一个稳定状态，而是有一段大约而是有一段大约110ms左右的抖动时间，这种抖动会左右的抖动时间，这种抖动会使使CPU读数发生错
7、误，为了防止读数错误的发生，在读数发生错误，为了防止读数错误的发生，在进行开关、键盘等的设计时必须消除抖动。进行开关、键盘等的设计时必须消除抖动。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组消除抖动方法消除抖动方法：软件方法和硬件方法。：软件方法和硬件方法。软件方法：编写一个大约软件方法：编写一个大约10ms左右的延时程序。左右的延时程序。实际中常用。实际中常用。硬件方法：硬件电路。开关数量少时
8、用。硬件方法：硬件电路。开关数量少时用。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组2、拨盘接口设计、拨盘接口设计拨盘：输入的参数较少时采用。拨盘：输入的参数较少时采用。（1）拨盘内部有一个可转动圆）拨盘内部有一个可转动圆盘，具有盘，具有“0-9”十个位置。拨十个位置。拨盘后面有五根引出线，分别定盘后面有五根引出线，分别定义为义为A，1，2，4，8。拨盘在不。拨盘在不同位置通断关系如表同位置通断
9、关系如表3-1MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组（1）静态接口方法）静态接口方法BCD码盘直接与控制微机的并行口或扩展并行口相连，码盘直接与控
10、制微机的并行口或扩展并行口相连，以以BCD码形式输入信息。码形式输入信息。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组（2）动态接口方法）动态接口方法1011111000111111111111111MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子
11、 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组3、键盘接口设计、键盘接口设计键盘：输入的参数较多时采用。键盘：输入的参数较多时采用。可分为独立式键盘和矩阵式（行列式）键盘两种。可分为独立式键盘和矩阵式（行列式）键盘两种。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组(1)、键盘的种类编码键盘和非编码键盘 编码键盘往往本身就是一个小的微机应用系统，本身完成键盘扫描，键值识别等操作。对其上级应用者来
12、讲，直接得到键值。 非编码键盘仅仅是多个按键的组合，键盘扫描、键值识别等操作都依靠其使用者的相应接口电路和软件程序来完成。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组 矩阵式键盘矩阵式键盘：按键安排在一系列行线和列线：按键安排在一系列行线和列线的交叉点上。所有行线接在一个的交叉点上。所有行线接在一个I/OI/O接口上，所有接口上，所有列线接在一个列线接在一个I/OI/O接口上。键盘扫描、键值识别
13、的接口上。键盘扫描、键值识别的操作比较复杂，但节省操作比较复杂，但节省I/OI/O口线。口线。 P1.7P1.6P1.5P1.48031P1.3P1.2P1.1P1.0+5V7 8 9 A4 5 6 B1 2 3 C0 F E D&INT0矩阵式键盘接口电路MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组键名和键值的确定 键键名名：即即键键的的名名字字，随随意意取取名名，一一般般应应反反映映键键的实
14、际用途，是人为定义的，与电路无关。的实际用途，是人为定义的，与电路无关。 键键值值：是是键键的的特特征征位位置置值值，反反映映的的是是键键处处于于什什么么位位置置，不不是是人人为为定定义义的的，与与具具体体的的键键盘盘接接口口电电路路有有关关。但但确确定定键键值值的的方方法法有有多多种种，不不管管选选用用何何种方法，只要使各个键的键值互不相同即可。种方法，只要使各个键的键值互不相同即可。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学
15、 院 机 电 一 体 化 课 程 组矩阵键盘扫描原理：1、首先确定有无键闭合。 从行线（扫描线）送出低电平从行线（扫描线）送出低电平0，然后读取列线状态，若，然后读取列线状态，若列线状态全部为列线状态全部为1，则无键闭合，返回继续扫描；若有一列，则无键闭合，返回继续扫描；若有一列为为0，说明该列有键闭合，说明该列有键闭合。2、去抖动 延时延时10ms去除键抖动，再重新判断一次以确定是否是真去除键抖动，再重新判断一次以确定是否是真的有键按下。的有键按下。 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIV
16、ERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组3、判断哪个键闭合 从第从第1行开始依次送出低电平，其余行线送出高电平，此行开始依次送出低电平，其余行线送出高电平，此时读取列线的状态。时读取列线的状态。 其方法是对键盘列线进行扫描，依次从其方法是对键盘列线进行扫描，依次从P1.4P1.7送出低送出低电平，并从其余行线送出高电平，相应地读取电平，并从其余行线送出高电平，相应地读取P1.0P1.3的的状态，若状态，若P1.0P1.3全为全为“1”，则列线输出为，则列线输出为“0”的这一的这一行上无键闭合，若不全为行上无键闭合，若不全为“1”，
17、则说明该行有键闭合，闭，则说明该行有键闭合，闭合的键位于行线为合的键位于行线为“0”和列线为和列线为“0”的交叉点上。逐行扫的交叉点上。逐行扫描一直到所有行都扫描完毕，即可确定所按按键所在的行号描一直到所有行都扫描完毕，即可确定所按按键所在的行号和列号。按照事先设计好的方法即可由行号和列号组合出其和列号。按照事先设计好的方法即可由行号和列号组合出其“关键字关键字”，如果需要再查表确定其，如果需要再查表确定其“键值键值”。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大
18、学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组键值求法：键值求法：1、行线权值和列线权值直接组合。、行线权值和列线权值直接组合。 行线高位，列线低位。行线高位，列线低位。 2、公式法：、公式法：键值键值=行号行号n+列号列号 n键盘列数。键盘列数。3、首号、首号+行号行号000001111 1 1 0A键值：7EH1 1 1 1 P1.7P1.6P1.5P1.48051 P1.3P1.2P1.1P1.0+5V7 8 9 A4 5 6 B1 2 3 C0 F E D&INT0MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHAN
19、DONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组注意：注意：（1）行列号按地址线由低到高的顺序来排列。）行列号按地址线由低到高的顺序来排列。P1.4P1.7依次为依次为03行。行。 P1.0P1.3依次为依次为03列。列。（2）键盘的行线（或列线）要接）键盘的行线（或列线）要接4.7K10K的上拉的上拉电阻。电阻。（3）要去除键的抖动。常用软件延时）要去除键的抖动。常用软件延时10ms后，再读后，再读取键盘状态来判断键的闭合是由抖动引起的还是人取键盘状态来判断键的闭合是由抖动引起的还是人为按键。
20、为按键。（4）键盘既可工作于扫描方式，也可工作于中断方）键盘既可工作于扫描方式，也可工作于中断方式。式。键盘的识别流程键盘的识别流程l测试有没有键按下。 从行/(列)线上输出全扫描码，看列/(行)回复值是否为全“1”，不是则有键。l去抖动。 硬件延迟整形去抖或软件延时去抖。按键是的机械抖动约10ms。有键按下有键按下？键释放？键释放？NY开始开始确定键所在确定键所在的行列号的行列号去抖动（延时）去抖动（延时）确定键值确定键值YY响应各键功能响应各键功能NN有键按下？有键按下？l确定所按按键所在的行号和列号。确定所按按键所在的行号和列号。 逐行逐行/(列列)扫描法、线反转法。扫描法、线反转法。l
21、确定所按按键的关键字和（或）键值。确定所按按键的关键字和（或）键值。 由按键所在的行列号为其确定一个预先安排好由按键所在的行列号为其确定一个预先安排好的唯一的数值。的唯一的数值。l等待键释放。等待键释放。 必须等待按键释放以后才能退出按键子程序并必须等待按键释放以后才能退出按键子程序并做进一步处理。以处理多个按键同时按下等误操作做进一步处理。以处理多个按键同时按下等误操作情况和避免一次按键多次响应。情况和避免一次按键多次响应。有键按下有键按下？键释放？键释放？NY开始开始确定键所在确定键所在的行列号的行列号去抖动（延时）去抖动（延时）确定键值确定键值YY响应各键功能响应各键功能NN有键按下？有
22、键按下？MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组（三）输出接口（三）输出接口设计人人机机对对话话输输出出设设备备LED（ Light Emitting Diode ）LCD（ Liquid Crystal Display ）CRT（ Cathode Ray Tube ）打印机扬声器CPU 人机对话输出设备人机对话输出设备是操作者对机电系统进行检测的是操作者对机电系统进行检测的窗口，可以用它来
23、显示系统的运行状态、关键参数、运窗口，可以用它来显示系统的运行状态、关键参数、运行结果及故障报警等。行结果及故障报警等。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组1 1、发光二极管在机电产品中常用作状态指示灯。在机电产品中常用作状态指示灯。发光条件：发光条件： 电流：电流：220mA 电压：电压：1.22.5V注意：注意：1、通常要加限流电阻以延长寿命。、通常要加限流电阻以延长寿命。2、用、用
24、TTL电平即可与它接口。电平即可与它接口。3、若负载较大，可考虑用非门（、若负载较大，可考虑用非门（74LS06）、三极管、）、三极管、总线驱动器来驱动以提高驱动电流。总线驱动器来驱动以提高驱动电流。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组2、LED数码管简介LED是发光二极管的简称。是发光二极管的简称。LED数码管一般由八只发光二极管组成，七只显示字段、一数码管一般由八只发光二极管组成，七
25、只显示字段、一只显示小数点，有时也称为七段式数码显示器。只显示小数点，有时也称为七段式数码显示器。LED数码管分为共阴和共阳两类，如图所示。数码管分为共阴和共阳两类，如图所示。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组 共阴型共阴型：八只LED的负极连在一起，称为公共端；各自的正极分别有一条出线，称为adp。对应出线上为高电平“1”，LED亮。 共阳型与之相反。LED数码管的每个LED点亮是的
26、电流一般为810mA左右，压降为0.71.2V左右。不同厂家的LED数码管的管脚定义和电流以及压降各不相同，可查阅手册。“显示字符”、“段选码”和“字符序号” “显示字符显示字符”：七段：七段LED数码管上有的段亮，有的段不数码管上有的段亮，有的段不亮，由亮的那些段所组成的图形，称为亮，由亮的那些段所组成的图形，称为“显示字符显示字符”，即，即我们所看到的显示值。我们所看到的显示值。 “段选码段选码”：为了得到某个：为了得到某个“显示字符显示字符”，就必须让七段数码，就必须让七段数码管有的亮，有的不亮，即为其管有的亮，有的不亮，即为其adp各引脚提供相应的电平，将各引脚提供相应的电平，将a上的
27、电平状态做为最低位，上的电平状态做为最低位， dp上的电平状态做为最高位，就得上的电平状态做为最高位，就得到一个到一个8位二进制数，称为相应于该位二进制数，称为相应于该“显示字符显示字符”的的“段选码段选码”。字符字符共阳极编码共阳极编码共阴极编码共阴极编码字符字符共阳极编码共阳极编码共阴极编码共阴极编码0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHB83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HDA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H7BH7F8H07H灭FFH00H880H7FHBFH40H共阴型和共阳型数码管的段选码正好相反。如下表
28、所示。共阴型和共阳型数码管的段选码正好相反。如下表所示。译码译码：由由“显示字符显示字符”到到“段选码段选码”的过程称为的过程称为译码。译码。(h,J,L,n) “字符序号字符序号”：在编写显示子程序时，一般是将段选码在编写显示子程序时，一般是将段选码表作为常数表存入程序存储器中，而在存储待显示字符表作为常数表存入程序存储器中，而在存储待显示字符的显示缓冲区中只存储对应字符的段选码在段选码常数的显示缓冲区中只存储对应字符的段选码在段选码常数表中的序号（表中的序号（0）。）。 即显示字符对应的段选码在段选即显示字符对应的段选码在段选码常数表中的存储位置相对于表首的偏移量。码常数表中的存储位置相对
29、于表首的偏移量。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组3 3、LEDLED显示接口方法显示接口方法 静态显示：即每一位静态显示：即每一位LED数码管上的显示都是稳定地数码管上的显示都是稳定地持续显示，显示内容无闪动。持续显示，显示内容无闪动。 见见P118P119图图5-17、5-18。 特点：要求为每一位特点：要求为每一位LED数码管提供一个单独的显数码管提供一个单独的显示接口产生并保存
30、其段选码。所有位示接口产生并保存其段选码。所有位LED数码管在任意数码管在任意时刻都是同时亮，各自显示自己的内容。软件编程相对时刻都是同时亮，各自显示自己的内容。软件编程相对简单，不需占用简单，不需占用CPU的扫描机时，但硬件开销大。的扫描机时，但硬件开销大。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SH
31、ANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组 8051 P3.0/RXD P3.1/TXD QH QAA 74LS164B CLKPARALLEL PORTQH QAA 74LS164B CLKPARALLEL PORTl由串入并出移位寄存器构成由串入并出移位寄存器构成LED数码管静态显示接口数码管静态显示接口 由串行口（或由两位由串行口（或由两位I/O口线）外加口线）外加“串入并出串入并出”移移位寄存器位寄存器”164或或4094等组成。一片移位寄存器对应一位显等组成。一片移位寄存器对
32、应一位显示。示。74164当需要远程显示时，通过串入并出会减少数据线数量，提高传输可靠性。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组由由MC14495构成构成LED数码管静态显示接口数码管静态显示接口 MC14495为七段为七段LED译码驱动电路，由译码驱动电路，由4位锁存器、译码器和位锁存器、译码器和带限流电阻的驱动电路组成。输入为带限流电阻的驱动电路组成。输入为4位二进制码（或位二进制码（
33、或BCD码），输码），输出可直接接一个出可直接接一个LED数码管。数码管。 可由一个可由一个4位并行输出口，扩展出多位位并行输出口，扩展出多位LED数码管显示器，一数码管显示器，一片片MC14495对应一位显示。对应一位显示。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组 动态显示：即所有位动态显示：即所有位LED数码管共用一个段选码接口，数码管共用一个段选码接口，并分别配置自己的位选线，各位并分
34、别配置自己的位选线，各位LED数码管在位选接口的控数码管在位选接口的控制下轮流使用段选码接口并显示自己的字符，在任一时刻都制下轮流使用段选码接口并显示自己的字符，在任一时刻都是只有一位是只有一位LED数码管在亮，但由于人眼的视觉暂留效应，数码管在亮，但由于人眼的视觉暂留效应，看上去好象所有看上去好象所有LED数码管在同时显示。数码管在同时显示。 特点：节省硬件开销，但占用特点：节省硬件开销，但占用CPU动态扫描机时，软动态扫描机时，软件编程稍复杂。但可配置外部的扫描控制电路芯片，解放件编程稍复杂。但可配置外部的扫描控制电路芯片，解放CPU。MECHANICAL & ELECTRICAL ENG
35、INEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组位控线数目位控线数目=显示器位数显示器位数共阴极共阴极PA0PA5A0A1CS8255PB0PB7PB1P2.5P2.6P2.7+5V1008754527407并行接口六位动态显示接口电路并行接口六位动态显示接口电路abdpMECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机
36、械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组人机对话输出设备人机对话输入设备I/O口I/O口微机控制输出接口信息采集接口传感器执行元件机械分系统机电一体化产品基本组成及接口信息采集接口信息采集接口三、机电接口设计控制输出接口控制输出接口 机电接口是指机电一体化产品中机械装置与控制微机机电接口是指机电一体化产品中机械装置与控制微机之间的接口。按信息传递的方向可分为信息采集接口和之间的接口。按信息传递的方向可分为信息采集接口和控制输出接口。控制输出接口。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTUR
37、AL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组1 1、A/DA/D转换接口及主要技术指标转换接口及主要技术指标 信息采集接口中模拟模拟放大电路与信息采集接口中模拟模拟放大电路与CPUCPU的接口。的接口。由由A/DA/D芯片完成。芯片完成。常用的有双积分式和逐次比较式两种。双积分式的转换速度慢，精度高；逐次比较式的转换速度快。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子
38、工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组主要技术性能主要技术性能（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多少来表示。二进制数输出的A/D转换器由二进制数的位数表示。BCD码输出的A/D转换器由BCD码的位数来表示。 例如：MC14433为3位半的BCD码输出的A/D转换器。 ADC0809为8位二进制输出的A/D转换器。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化
39、课 程 组（2）精度：例如满量程）精度：例如满量程10v，8位的位的AD转换器转换器绝对精度：绝对精度：1/2* 1/28*10=+-19.5mv相对精度：相对精度： 1/28*100%=0.39%分辨率：1/28 精度高分辨率高，分辨率高精度不一定高。例如尺子分辨率最小刻度是1mm，精度可能小于1mmMECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组（3）、转换时间：）、转换时间：完成一次完成一次A
40、/D转换所需要的时间。转换所需要的时间。（采样定理）（采样定理）（4）、量程：）、量程：可以输入的模拟电压的大小范围。可以输入的模拟电压的大小范围。05V、010V等。等。（5）、极性：）、极性：单极性或双极性。单极性或双极性。010V、-5V+5V。在设计在设计A/D转换接口时，一般将分辨率和转换时间转换接口时，一般将分辨率和转换时间作为最重要的参数。作为最重要的参数。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一
41、 体 化 课 程 组典型典型A/DA/D转换芯片的应用转换芯片的应用: :研华公司研华公司MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组系统中模拟量测试信
42、号有压力、温度和振动总共有16路，故选用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 双极性： 5V，2. 5V，1. 25V，0. 625V 单极性：010V, 05V, 02.5V, 01.25V 软件可编程增益控制 触发模式为软件触发MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机
43、 电 一 体 化 课 程 组MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组2、D/A转换接口转换接口 在机电一体化产品中，很多被控对象要求用模拟量做在机电
44、一体化产品中，很多被控对象要求用模拟量做控制信号，如交流电动机的变频调速、直流电动机调速控制信号，如交流电动机的变频调速、直流电动机调速器等，而计算机只能输出数字量，这就要求将计算机输器等，而计算机只能输出数字量，这就要求将计算机输出的数字量通过出的数字量通过D/A转换接口（转换接口（D/A转换器）转换成模拟转换器）转换成模拟量。量。 常用的常用的D/A器件有器件有DAC0832（8位）、位）、DAC1210（12位）、位）、AD7520 （10位）等。位）等。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL
45、UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组 DAC0832是8位D/A转换器，片内有数据锁存器，输出量为电流，在实际中需要外接运放将电流转换成模拟电压，具有单缓冲、双缓冲、直通三种工作方式，按照输出电压的范围可分为单极性（只输出正电压或负电压）和双极性（输出电压从正到负）。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组DAC08
46、32D0D7：数据线。CS：片选线。WR1：数据锁存器写选通信号线。WR2：寄存器写选通信号线。XFRE：DAC寄存器输入控制信号线。Iout1、 Iout2：差动电流输出端。Iout1+ Iout2=常数，当输入数据为“0FFH”时最大。Vref：参考电压输入端。使用时接电源电压或基准电源。Rfb：反馈信号输入线。用于外接D/A的输出增益调整电位器。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组
47、8位DAC寄存器8 位数 据锁存器&ILE & CS WR18位D/A转换器WR2XFER&VrefIout2Iout1RfbD0D7片选条件：片选条件： （1）ILE=1、CS=0、WR1=0 （2）WR2=XFER=0。 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组单缓冲方式：先将数据送入锁存器（只要使片选条件1有效即可），然后再送入寄存器（只要使片选条件2有效即可） 。适用场合：系统中只有
48、一路模拟量输出或有多路模拟量输出但不要求同步输出的情况。双缓冲方式：同时使两个片选条件有效，数据直接送入寄存器。适用场合：系统中有多路模拟量输出且要求同步输出的情况。直通方式：通过硬件电路来满足两个片选条件，使一上电就开始转换。实际中一般不用。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组3、功率接口 在机电一体化产品中，被控对象所需要的驱动功率一般比较大，而计算机发出的数字控制信号或经D/A转换
49、后得到的模拟控制信号的功率都很小，因而必须经过功率放大后才能够驱动被控对象。实现功率放大的接口电路称为功率接口电路。 如果被控对象是电感性负载，会引起电磁干扰，它会窜入控制系统影响计算机系统的正常工作，为了避免这种情况发生，通常在计算机系统与负载间采用光电耦合器来隔离。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组常用电力电子器件1.单向晶闸管（SCR）：MECHANICAL & ELECTRIC
50、AL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组：是指晶闸管从阻断到导通所需的条件。在晶闸管的阳极加上正向电压，同时在控制极加上正向电压。：是指晶闸管懂导通到阻断所需的条件，晶闸管一旦导通，控制极就不起控制作用了。使流过晶闸管的电流小于保持晶闸管导通所需的电流即维持电流时，晶闸管关断。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山
51、 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组：从零电压到被触发导通的瞬间的这段时间所对应的电度角。：从被触发导通的瞬间开始到电压为零这段时间所对应的电度角。对纯阻性负载有：控制角+导通角=180度MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGR
52、ICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组（1）功率晶体管的特点：所谓功率晶体管就是指在大功率范围应用的晶体管，有时也称为电力晶体管，与晶闸管相比，功率晶体管有如下特点；不仅可以工作在开关状态，也可以工作在模拟状态。开关速度远大于晶闸管。控制比晶闸管容易。价格高于
53、晶闸管。1.功率晶体管：MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组（2）功率晶体管的结构MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组（3）功率晶体管的应用MECHANICAL & ELECTRI
54、CAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组功率晶体管工作在开关状态，当控制微机的I/O口输出高电平时，经7407进行电流放大，使VT1导通，从而使步进电动机绕组W通电。图中为限流电阻，VD1为续流二极管，因步进电动机绕组W是一个感性负载，在晶体管VT1从饱和突然变成截止时，绕组会产生一个很大的反电动势，这个反电动势和电源迭加在一起加在晶体管VT1的集电极上，很容易使功率晶体管击穿。将续流二极管VD1反向接在VT1的集电极和电源之间，
55、使得功率晶体管VT1在截止瞬间，W上产生的反电动势通过VD1的续流作用而回馈给电源，从而保护了晶体管VT1不受损坏。MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机 电 一 体 化 课 程 组光电耦合器光电耦合器MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE, SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 山 东 农 业 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 机
56、 电 一 体 化 课 程 组输入输出（1）光电耦合器采取电）光电耦合器采取电光光电电形式，发光部分和受光部分不接触，形式，发光部分和受光部分不接触，被耦合的两部分可以自成系统不被耦合的两部分可以自成系统不“共地共地”，能够实现强电部分和弱电，能够实现强电部分和弱电部分的隔离，避免干扰由输出通道部分的隔离，避免干扰由输出通道窜入控制微机。窜入控制微机。（2）光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，能够）光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，能够吸收脉冲干扰信号，具有很强的抗干扰能力。吸收脉冲干扰信号，具有很强的抗干扰能力。（3）可靠性高、速度快。）可靠性高、速度快。光电耦合器光电耦合器7407P1
57、.08031光电耦合器及接口电路大功率晶体管续流二极管，为W中的电流提供放电回路，保护晶体管VT1。若无续流二极管VD2，当VT1由导通到截止时，电感线圈W中的电流不能突变为0，它将强迫通过晶体管VT1。由于VT1处于截止状态，在其两端会产生很大电压，可能烧毁VT1，因此必须为电感线圈W提供放电回路。思考题：思考题：1、常用的键盘在结构上有哪两种形式？矩阵式键盘的工、常用的键盘在结构上有哪两种形式？矩阵式键盘的工作原理是什么？确定键值的方法主要有哪些？作原理是什么？确定键值的方法主要有哪些？2、数码管有哪两种显示方式？各有何特点？各自的工作、数码管有哪两种显示方式？各有何特点？各自的工作原理如何？原理如何？3、光电耦合器和续流二极管的作用是什么？、光电耦合器和续流二极管的作用是什么？4、A/D转换器分辨率如何表示？转换器分辨率如何表示？5、常用的电力电子器件有哪些？各自特点？、常用的电力电子器件有哪些？各自特点？
