第三章接口設(shè)計(jì)(1)

1、第三章 接 口 設(shè) 計(jì) 第一節(jié) 概 述 一、接口設(shè)計(jì)的重要性 一個機(jī)電一體化產(chǎn)品由機(jī)械分系統(tǒng)和微電子分系統(tǒng)兩大部分組成，二者又分別由若干要素構(gòu)成。要將各要素、各子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，就必須能順利地在各要素、各子系統(tǒng)之間進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換。為此，各要素和子系統(tǒng)的相接處必須具備一定的聯(lián)系條件，這個聯(lián)系條件通常被稱為接口。因此也可以把機(jī)電一體化產(chǎn)品看成是由許多接口將組成產(chǎn)品的各要素的輸入/輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。二、接口的分類和特點(diǎn) 根據(jù)接口的變換和調(diào)整功能，可將接口分為零接口、被動接口、主動接口和智能接口；根據(jù)接口的輸入輸出功能，可將接口分為機(jī)械接口、物理接口、信息

2、接口與環(huán)境接口等。這里按照接口所聯(lián)系的子系統(tǒng)不同，以控制微機(jī)（微電子系統(tǒng)）為出發(fā)點(diǎn)，將接口分為人機(jī)接口與機(jī)電接口兩大類。 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成 人機(jī)接口 人機(jī)對話設(shè)備 控制微機(jī)信息采集接口控制輸出接口機(jī)電接口傳感器執(zhí)行元件 機(jī)械分系統(tǒng) 由于機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)在性質(zhì)上有很大差別，二者之間的聯(lián)系必須通過機(jī)電接口進(jìn)行調(diào)整、匹配、緩沖，因此機(jī)電接口有著重要的作用。 在機(jī)電接口中，按照信息和能量的傳遞方向，又可分為信息采集接口（傳感器接口）與控制輸出接口。 人機(jī)接口包括輸出接口與輸入接口兩類，通過輸出接口，操作者對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測；通過輸入接口，操作者向系統(tǒng)輸入各種命令及控制參數(shù)，

3、對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制。第二節(jié) 人機(jī)接口設(shè)計(jì) 一、人機(jī)接口類型及特點(diǎn) 人機(jī)接口是操作者與機(jī)電系統(tǒng)（主要是控制微機(jī)）之間進(jìn)行信息交換的接口。 按照信息的傳遞方向，可以分作兩大婁：輸入接口與輸出接口。人機(jī)接口特點(diǎn) 1、專用性、專用性 每一種機(jī)電一體化產(chǎn)品都有其自身特定的功能，對人機(jī)接口有著不同的要求，所以人機(jī)接口的設(shè)計(jì)方案要根據(jù)產(chǎn)品的要求而定。 2、低速性、低速性 與控制微機(jī)的工作速度相比，大多數(shù)人機(jī)接口設(shè)備的工作速度是很低的，所以在進(jìn)行人機(jī)接口設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮控制微機(jī)與接口設(shè)備間的速度匹配，提高控制微機(jī)的工作效率。 3、高性能價(jià)格比、高性能價(jià)格比 由于機(jī)電的結(jié)合，大大強(qiáng)化了機(jī)械系統(tǒng)功能，使整個機(jī)電系統(tǒng)

4、具有高性能價(jià)格比。所以在進(jìn)行人機(jī)接口設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足功能要求前提下，輸入、輸出設(shè)備配置以小型、微型、廉價(jià)型為原則。 二、輸入接口設(shè)計(jì) （一）開關(guān)輸入接口設(shè)計(jì) 對于一些二值化的控制命令和參數(shù)，可以采用簡單的開關(guān)做為輸入設(shè)備，常用的開關(guān)有按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)等，其表示符號與接口示例如圖所示：開關(guān)消抖處理 由于這類開關(guān)都是機(jī)械開關(guān)，機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用使開關(guān)在閉合及斷開瞬間生產(chǎn)抖動，造成A點(diǎn)電位產(chǎn)生一系列脈沖。抖動時(shí)間長短，與機(jī)械特性有關(guān)，一般為510ms。所以在進(jìn)行實(shí)際接口設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取軟件或硬件措施進(jìn)行消抖處理。軟件消抖辦法軟件消抖辦法 是在檢測到開關(guān)狀態(tài)后，延時(shí)一段時(shí)間再進(jìn)行檢測，若兩次檢測到的開關(guān)狀

5、態(tài)相同則認(rèn)為有效。延時(shí)時(shí)間應(yīng)大于抖動時(shí)間。硬件消抖常用電路（二）撥盤輸入接口設(shè)計(jì) 撥盤是機(jī)電一體第系統(tǒng)中常用的一種輸入設(shè)備，若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù)，如修正系數(shù)，控制目標(biāo)值等，采用撥盤較為可靠方便。這種輸入方式具有保持性。1、BCD碼撥盤的結(jié)構(gòu) 撥盤種類很多，做為人機(jī)接口使用最方便的是十進(jìn)制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 撥盤內(nèi)部有一個可轉(zhuǎn)動圓盤，具有“09”十個位置，可以通過前面兩個“+、-”按鈕進(jìn)行位置選擇，對應(yīng)每個位置，前面窗口有數(shù)字提示，撥盤后面有五根引出線，分別定義為A、1、2、4、8。當(dāng)撥盤在不同位置時(shí)，1、2、4、8線與A線的通斷關(guān)系如表所示： 線號位置842

6、1000001000120010300114010050101601107011181000910012、BCD碼撥盤的接口設(shè)計(jì)方法 （1）靜態(tài)接口方法 （2）動態(tài)接口方法 讀碼盤操作子程序MOVR0,#30HMOVP1,#7FH;P1.7=0MOVA,P1SWAPAMOVR0,A;千位值送(30H).47MOVP1,#0BFH;P1.6=0MOVA,P1XCHDA,R0;百位值送(30H).03INCR0MOVP1,#0DFH;P1.5=0MOVA,P1SWAPAMOVR0,A ;十位值送(31H).47MOVP1,#0EFH;P1.4=0MOVA,P1XCHDA,R0 ;個位值送(31H)

7、.03RET（三）鍵盤輸入接口設(shè)計(jì) 在機(jī)電系統(tǒng)的人機(jī)接口中，當(dāng)需要操作者輸入的指令或參數(shù)比較多時(shí)，可以選擇鍵盤做為輸入接口。1、矩陣式鍵盤工作原理 矩陣式鍵盤由一組行線（Xi）與一組列線(Yi)交叉構(gòu)成，按鍵位于交叉點(diǎn)上，為對各個鍵進(jìn)行區(qū)別，可以按一定規(guī)律分別為各個鍵命名鍵號，如圖所示。2、鍵盤接口方法 8031通過P1口與一個44鍵盤的接口電路，其中P1.7P1.4作掃描輸出線，P1.3P1.0作輸入線。 3、鍵輸入程序設(shè)計(jì)方法 （1）判斷鍵盤上有無鍵閉合 （2）判別閉合鍵的鍵號（3）去除鍵的機(jī)械抖動（4）使控制微機(jī)對鍵的一次閉合僅作一次處理鍵盤輸入程序框圖開始有鍵閉合?調(diào)鍵掃描子程序,求鍵

8、號,送(20)延時(shí)10ms返回調(diào)鍵掃描子程序,求鍵號,送(A)(A)=(20)?YNNY鍵釋放否?延時(shí)10ms鍵釋放否?認(rèn)定鍵號,轉(zhuǎn)相 應(yīng)鍵處理程序返回NNYY鍵盤輸入子程序ACALL KS1;判是否有鍵閉合JNZ KEY1KEY0:RETKEY1:ACALL KS2;調(diào)求鍵值子程序MOV 20H,AACALL DL10 ;調(diào)延時(shí)子程序ACALL KS2CJNE A,20H,KEY0KEY2:ACALL KS1 ;判鍵是否釋放 JNZ KEY2 ACALL DL10 ACALL KS1 JNZ KEY2 RETKS1:MOVP1,#00H ;判是否有鍵閉合子程序MOVA,P1 ORLA,#0F

9、0HCPLARETKS2:MOVP1,#0EFH;P1.4=0 MOV21H,#00H;列首號存21H中 MOVA,P1 ORLA,#0F0H CPLA JNZ KS20;零列有鍵閉合 MOVP1,#0DFH;P1.5=0 MOV21H,#04H MOVA,P1 OREA,#0F0H CPLA JNZKS20;一列有鍵閉合 MOVP1,0BFH;P1.6=0 MOVA,P1 ORLA,#0F0H CPLA JNZKS20;二列有鍵閉合 MOVP1,#7FH MOV21H,#0CH MOVA,P1 ORLA,#0F0H CPLA JNZ KS20;三列有鍵閉合 MOVA,#0FFH;錯誤處理 R

10、ETKS20: ADD A,#02H;加偏移量 MOVCA,A+PC;查表求列序號 ADDA,21H;求鍵號存A中 RETDB00H,01H,02H,03H#中斷方式鍵盤接口 為提高控制微機(jī)工作效率，亦可以采取中斷方式設(shè)計(jì)鍵盤接口，平時(shí)不對鍵盤進(jìn)行監(jiān)控，只有當(dāng)有鍵閉合時(shí)，產(chǎn)生中斷請求，控制系統(tǒng)才響應(yīng)中斷，對鍵盤進(jìn)行管理。三、輸出接口設(shè)計(jì) 輸出接口是操作者對機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測的窗口，通過輸出接口，機(jī)電系統(tǒng)向操作者顯示自身的運(yùn)行狀態(tài)、關(guān)鍵參數(shù)及運(yùn)行結(jié)果等，并進(jìn)行故障報(bào)警。 （一）發(fā)光二極管顯示器的接口設(shè)計(jì) 1、七段發(fā)光二極管顯示器的基本結(jié)構(gòu) （1）發(fā)光二極管 具有體積小、可靠性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，可以

11、在低壓、小電流下工作，而且損耗功率小，常用的發(fā)光二極管的工作電壓為1.52.5V，電流為515mA。（2）七段發(fā)光二極管顯示器的基本結(jié)構(gòu)# 將發(fā)光二極管組成陣列，封裝于標(biāo)準(zhǔn)外殼中，可構(gòu)成各種發(fā)光二極管顯示器（以下簡稱LED顯示器）。機(jī)電系統(tǒng)的人機(jī)接口中，以七段LED顯示器最為常用。為適應(yīng)不同驅(qū)動電路，引線有共陽極與共陰極兩種結(jié)構(gòu)。2、七段LED顯示器接口電路設(shè)計(jì) （1）靜態(tài)工作方式的接口電路設(shè)計(jì) 七段LED顯示器的接口電路設(shè)計(jì)有兩個任務(wù)： 一是提供正確的驅(qū)動邏輯 二是提供LED顯示器的工作電流。用一片并行口擴(kuò)展器8255擴(kuò)展3位LED顯示器的接口電路用串行口擴(kuò)展LED顯示器 除利用并行口擴(kuò)展L

12、ED顯示器外，也可以利用控制微機(jī)的串行口，通過串入并出的移位寄存器74LS164設(shè)計(jì)LED顯示器接口，尤其當(dāng)需要遠(yuǎn)程顯示時(shí)，采用串行傳輸會減少數(shù)據(jù)線數(shù)量，提高傳輸可靠性。+5VORG1FA0HXS:MOVR7,#08H MOVR0,#30HXS1:MOVA,R0;取要顯示數(shù) MOVDPTR,#2000H;置段碼表首址 MOVCA,A+DPTR;查取顯示碼 MOVSBUF,A;送顯示XS2:JNBT1,XS2;串行發(fā)送完? CLRT1;清中斷標(biāo)志 INCR0;取下一個數(shù)DJNZR7,XS1RETORG2000HTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H ;0,1

13、,2,3,4,5,6 DB 0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H ;7,8,9,A,B,C,D DB 86H,8FH,0BEH,8CH,0E3H,0FFH;E,F,H,P,U 用硬件譯碼方法取得七段碼 74LS47X2（2）動態(tài)工作方式的接口電路設(shè)計(jì) 顯示子程序框圖8155初始化置顯示緩沖區(qū)初值30H-R0返回R1-8155PA口R1.5=1?NY延時(shí)1ms取顯示數(shù)據(jù),查表轉(zhuǎn)換為段數(shù)據(jù)-PB口置掃描數(shù)據(jù)初值#01H-R1顯示緩沖區(qū)指針R0加1掃描數(shù)據(jù)左移一位XS:MOV DPTR,#7FF8H ;8155命令寄存器地 址DPTR MOV A,#03H ;8155初始化

14、MOVXDPTR,A ;PA,PB口為輸出口 MOV R0,#30H ;設(shè)置顯示緩沖 MOV R1,#01H ;取掃描首址 MOV A,R1 XS1:MOV DPTR, #7FF9H ;指向PA口 MOVXDPTR,A ;掃描字送PA口 INCDPTR ;指向PB口 MOV A,R0 ;取顯示數(shù)據(jù) ADDA,#0DH ;加偏移量 MOVCA,A+PC ;查表取段數(shù)據(jù) MOVXDPTR,A ;段數(shù)據(jù)送PB口 ACALLDL1 ;延時(shí)1msINCR0 MOV A,R1 JBACC,5,XS2;6位是否送完 RLA;指向下一位LED顯示器 MOV R1,A SJMP XS1 XS2: RETDL1:

15、MOV R6,#0FAHDL2:DJNZ R6,DL2 RET;共陰極段數(shù)據(jù)表DB3FH,06H,5BH,4FH,66H;0,1,2,3,4 DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH;5,6,7,8,9 DB77H,7CH,39H,5FH,79H;A,B,C,D.E DB71H;F3、點(diǎn)陣式LED顯示器及接口設(shè)計(jì) 七段LED顯示器可以顯示數(shù)字及一些簡單符號、字母，當(dāng)顯示信息比較復(fù)雜時(shí)，可以選用點(diǎn)陣式LED顯示器做輸出設(shè)備。(1)點(diǎn)陣式LED顯示器結(jié)構(gòu) 點(diǎn)陣式LED顯示器由發(fā)光二極管矩陣組成，常用的有7行5列和8行8列兩種。單個點(diǎn)陣LED顯示器能夠顯示各種字母、數(shù)字和常用的符號，用多個點(diǎn)陣式L

16、ED顯示器可以顯示圖形、漢字以及表格等。（2）點(diǎn)陣式LED顯示器的接口設(shè)計(jì) 序號數(shù)據(jù)D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0111000001210111110310111110410111110511011101下表列出了采用共陰極LED顯示器時(shí)，顯示字母“C”的列掃描點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，每個字節(jié)對應(yīng)一列發(fā)光二極管。（二）打印機(jī)接口設(shè)計(jì) 打印機(jī)是機(jī)電產(chǎn)品中常用的一種硬拷貝輸出設(shè)備，尤其是微型打印機(jī)，例如GP16、PP40、TPP40/16A等智能微型打印機(jī)，以其體積小，價(jià)格低，接口簡單等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。1、PP40的接口信號 PP40對外通信采用規(guī)范化的并行接口，下表列出了PP40通信接口插座芯

17、位信號及功能說明。芯位 信號功能說明1STROBE選通輸入信號,其上升沿將D1D8的信息打入PP4029D1D88位并行數(shù)據(jù)10ACK應(yīng)答信號,表示PP40準(zhǔn)備接收下一批數(shù)據(jù)11BUSY狀態(tài)輸出線,為高表示PP40正在工作,不能接收數(shù)據(jù)其余 GND或NC地或空腳PP40的接口信號時(shí)序 2、PP40的工作方式及控制命令 PP40具有文本、圖案兩種工作方式，上電初始化為文本方式。（1）文本方式 PP40的文本方式用于描繪字符串，表列出了常用可打印的字符編碼 代表值代碼低半字節(jié)0123456789ABCDEF代碼高半字節(jié)0BSLFLUCR1NC2!“#$%&()*+,-。/301234567

18、89:;?4ABCDEFGHIJKLMNO5PQRSTUVWXYZ_6abcdefghijklmno7pqrstuvwxyz|文本方式下常用的命令 命令代碼說明回位 BS08H 使筆回前一個字符位置進(jìn)紙 LF0AH 將紙推進(jìn)一行退紙 LU0BH 將紙倒退一行回車 CR0DH 筆返回最左邊并進(jìn)紙一行方式控制碼111H將0DH,11H寫入PP40,則PP40置成文本方式方式控制碼212H 將0DH,12H寫入PP40,則PP40置圖案本方式轉(zhuǎn)色1DH 使筆架轉(zhuǎn)動一個位置,繪圖筆換一種顏色繪圖命令命令格式功能線形式Lp(p=115)p=0,實(shí)線;p=115點(diǎn)線重置A筆架返回X軸最左方,Y軸不動,文字

19、模式,并以筆架停留點(diǎn)作為起點(diǎn).預(yù)備I以筆架位置作為起點(diǎn)回檔H筆嘴升起返回起點(diǎn)繪線DX,Y, ,Xn,Yn由現(xiàn)時(shí)筆嘴位置至(X,Y)連線相對繪線JX,Y,Xn,Yn由現(xiàn)時(shí)筆嘴位置X,Y連線至X+Xn,Y+Yn移動MX,Y筆嘴升起移動至點(diǎn)(X,Y)相對移動R X, Y筆嘴升起移動至距當(dāng)前點(diǎn)(X, Y)之新電顏色轉(zhuǎn)換Cn(n=03)0,黑; 1,藍(lán); 2綠; 3,紅字符尺碼Sn(n=063)指定字符尺碼字符編印方向Qn (n=03)指定文字編印方向編印PC,C0,C1, , Cn編印字符(Cn為字符n無限制繪軸Xp,q,r(p=0,1)(q=-999999)由現(xiàn)時(shí)筆嘴位置繪制軸線;p=0;Y軸p=1

20、;X軸q為點(diǎn)距;r為重復(fù)次數(shù)(r=1125)圖示a出了X、Y方向定義，字符描繪方向定義，及X指令示例。X指令示例：當(dāng)執(zhí)行指令“X1，100，5”（將58H，31H，2CH，31H，30H，30H，2CH，35H，0DH依次寫入PP40）后，PP40描繪出圖形如圖c所示 PP40的繪圖命令可以分為不帶參數(shù)的單字符指令、只帶一個參數(shù)的指令、帶兩個參數(shù)的指令、編印字符指令（P指令）和繪制軸線指令（X指令）等五類。繪圖命令的編排有如下約定： 1）單字符命令后可直接跟其它指令（返回文本命令除外，它后面必須跟回車符0DH）例如 HJ300,-100CR等價(jià)于 HCR J300,-100CR 2）對于一個參

21、數(shù)的命令，可以在參數(shù)后加“，”后跟其它命令。例如 L2,C3,Q3,S0,M150,-200CR 3）二個參數(shù)以上的指令必須以回車符CR結(jié)束，不可省略。3、PP40的硬件接口電路設(shè)計(jì) 圖示出了8031單片機(jī)通過擴(kuò)展輸出口74LS273與PP40接口方法。（三）CRT顯示器接口簡介 當(dāng)希望機(jī)電系統(tǒng)的輸出接口有較強(qiáng)功能時(shí)可以選擇CRT（陰極射線管顯示器）做輸出設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的文字、圖形顯示。但與前面介紹的幾種輸出設(shè)備相比，CRT驅(qū)動接口設(shè)計(jì)相對復(fù)雜。為使普通用戶避免花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行CRT接口設(shè)計(jì)，能象使用打印機(jī)一樣方便地使用CRT，國內(nèi)幾家科研單位陸續(xù)研制了幾種CRT顯示接口板，可以直接選用

22、。 一般的CRT接口板與控制微機(jī)間以并行口進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)傳遞，板內(nèi)配有硬字庫及用戶可擴(kuò)充字庫。工作時(shí)，主控微機(jī)向接口板輸入要顯示字符的代碼及在屏幕上的顯示位置，由接口板完成屏幕編輯及視頻信號合成，在CRT顯示屏上呈現(xiàn)一幅固定的畫面。只有當(dāng)主控微機(jī)輸入新的命令后，畫面才會改變. 8031單片機(jī)與SCIB顯示接口板的接口電路 （四）揚(yáng)聲器接口設(shè)計(jì) 在機(jī)電系統(tǒng)的人機(jī)接口設(shè)計(jì)中，經(jīng)常采用揚(yáng)聲器或蜂鳴器產(chǎn)生聲音信號，以提示系統(tǒng)狀態(tài)，如狀態(tài)異常、工件加工結(jié)束等。采用揚(yáng)聲器做聲音輸出 但蜂鳴器音量較小，在噪聲較大的環(huán)境中通常采用揚(yáng)聲器做聲音輸出，揚(yáng)聲器要求以音頻信號驅(qū)動。圖a示出了以集成電路產(chǎn)生音頻信號，經(jīng)

23、放大后驅(qū)動揚(yáng)聲器的接口電路。聲調(diào)可以根據(jù)需要改變的揚(yáng)聲器驅(qū)動接口電路# 第三節(jié) 機(jī)電接口設(shè)計(jì) 一、機(jī)電接口類型及特點(diǎn) 所謂機(jī)電接口，是指機(jī)電一體化產(chǎn)品中的機(jī)械裝置與控制微機(jī)間的接口。按照信息的傳遞方向可以將機(jī)電接口分為信息采集接口（傳感器接口）與控制量輸出接口。 （一）信息采集接口的任務(wù)與特點(diǎn) 在一個機(jī)電一體化產(chǎn)品中，控制微機(jī)要對機(jī)械裝置進(jìn)行有效控制，使其按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，完成預(yù)定的任務(wù)，就必須隨時(shí)對機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，隨時(shí)檢測各種工作和運(yùn)行參數(shù)，如位置、速度、轉(zhuǎn)矩、壓力、溫度等等。因此進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須選用相應(yīng)傳感器將這些物理量轉(zhuǎn)換為電量，再經(jīng)過信息采集接口的整形，放大，匹配，轉(zhuǎn)換

24、，變成微機(jī)可以接受的信號傳遞給微機(jī)。（二）控制輸出接口的任務(wù)與特點(diǎn) 控制微機(jī)通過信息采集接口檢測機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)，經(jīng)過運(yùn)算處理，發(fā)出有關(guān)控制信號，經(jīng)過控制輸出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大，驅(qū)動執(zhí)行元件去調(diào)節(jié)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，使其按設(shè)計(jì)要求運(yùn)行。二、信號采集通道中的A/D轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì) 在機(jī)電一體化產(chǎn)品常用的傳感器中，有很多是以模擬量形式輸出信號的，如位置檢測用的差動變壓器、溫度檢測用的熱電偶、熱敏電阻、轉(zhuǎn)速檢測用的測速發(fā)電機(jī)等。但由于控制微機(jī)是一個數(shù)字系統(tǒng)。這就要求信息采集接口能完成A/D轉(zhuǎn)換功能，將傳感器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，輸入給控制微機(jī)，這一工作通常采用A/D轉(zhuǎn)換器完成。（一）MC

25、14433接口設(shè)計(jì) MC14433是3 1/2位雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，國產(chǎn)型號為5G14433。 1、主要技術(shù)性能 轉(zhuǎn)換精度：讀數(shù)的0.05%1字； 轉(zhuǎn)換速率：410次/s； 量 程：199.9mV或1.999V（由基準(zhǔn)電壓VR決定）； 基準(zhǔn)電壓：200mV或2V； 轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出形式：分時(shí)輸出BCD碼。2、引腳說明 MC14433是一個24腳，雙列直插式芯片，圖示出了MC14433的引腳分布，各引腳功能如下：VDD：主電源，+5V；VEE：模擬部分負(fù)電源，-5V；VSS：數(shù)字地；VR：基準(zhǔn)電壓輸入引腳，取200mV或2V；VX：被測電壓輸入引腳，最大為199.9mV或1.999V；VAC：模擬

26、地；R1，C1，R1/C1：積分電阻、電容輸入引腳，C1一般取0.1F的聚丙烯電容，R1取27K（對應(yīng)199.9mV量程）或470K（對應(yīng)1.999V量程）；1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111224 23 222120 19 18 17 16151413 VAC VR Vx R1R1/C1 C1 C02 C01 DU CLK1 CLK0 VEEVDDQ3Q2Q1Q0DS1DS2DS3DS4OREOCVSSC01；C02：接失調(diào)補(bǔ)償電容C0，C0一般取0.1F； CLK0，CLK1：振蕩器頻率調(diào)節(jié)電阻RC輸入引腳，典型值為470K，RC越大，工作頻率越低；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)輸出線，

27、當(dāng)一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸出一個寬為1/2個時(shí)鐘周期的正脈沖；DU：更新轉(zhuǎn)換控制信號輸入線，高電平有效，若DU與EOC相連，則每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束自動啟動新的轉(zhuǎn)換；OR：過量程狀態(tài)信號輸出線，低電平有效，當(dāng)|VX|VR時(shí)，OR輸出低電平；DS4DS1：分別是個、十、百、千位的選通脈沖輸出線；Q3Q0：BCD碼數(shù)據(jù)輸出線，動態(tài)輸出千位、百位、十位、個位值；DS1有效時(shí)，Q3表示千位值（0或1），Q2表示極性（0負(fù)1正），Q1無意義，Q0為1而Q3為0表示過量程，Q0為1且Q3為1表示欠量程；當(dāng)DS2有效時(shí)，Q3Q0以BCD碼輸出百位值，十位值和個位值的輸出形式與此相同。MC14433的轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出

28、時(shí)序波形3、接口設(shè)計(jì) 由于MC14433的轉(zhuǎn)換結(jié)果是動態(tài)地輪流以BCD碼輸出，非總線形式，因此必須通過并行口與主控微機(jī)相連，圖示出了8031通過P1口擴(kuò)展一片MC14433的電路原理圖。中斷服務(wù)子程序框圖 入口現(xiàn)場保護(hù)返回百位值送(20H)30DS1=1?NY符號位Q2送(20H).7千位值Q3送(20H).4恢復(fù)現(xiàn)場 Q0=1?DS2=1?DS3=1?十位值送(21H)74DS4=1?個位值送(21H)74置超量程標(biāo)志NNNYYYYNA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存放格式及程序 20H千百十個X X符號D7D4D3D0D7D4D3D021HPUSH PSW;現(xiàn)場保護(hù) PUSH ACCINT:JNBP1.4,

29、INT;等待DS1有效 JBP1.0,OVER;超量程轉(zhuǎn)OVER JBP1.2,S1 SETB 07H;置負(fù)標(biāo)志 AJMP S2S1:CLR07H ;置正標(biāo)志S2:JNBP1.3,S3SETB 04H AJMP S4S3:CLR04H;處理千位值S4:JNBP1.5,S4;等待DS2有效MOV A,P1MOV R0,#20H;百位值送20H XCHDA,R0;低4位S5:JNBP1.6,S5 ;等待DS3有效 MOV A,P1 INCR0 SWAP A ;十位值送21H MOV R0,A ;高4位S6:JNBP1.7,S6 ;等待DS4有效 MOV A,P1 XCHDA,R0 ;個位值送21H

30、 SJMP S7 ;低4位OVER: SETB 06HS7:POPACCPOPPSW;恢復(fù)現(xiàn)場RETI（二）ADC0809接口設(shè)計(jì) ADC0809是一種8路模擬輸入、8位數(shù)字輸出的逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器。 1、主要技術(shù)性能 轉(zhuǎn)換精度：0.4%； 量 程：05V； 轉(zhuǎn)換速度：100s/次（典型值）； 時(shí)鐘范圍：50800kHz（典型值640kHz） 2、 ADC0809引腳說明 IN0IN7：8路模擬量輸入端； D0D7：8位轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)輸出端，TTL電平，三態(tài)輸出； ADD A，B，C：通道地址輸入端； ALE：通路鎖存控制信號輸入端； CLK：轉(zhuǎn)換時(shí)鐘輸入端； START：啟動轉(zhuǎn)換控制信號輸

31、入端； EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端； OE：數(shù)據(jù)輸出允許控制端。1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 13 1428 27 262524 23 22 21 20191817 16 15 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCKVcc(+5V)Vr(+) GNDD1IN2IN1IN0ADD AADD BADD CALED7D6D5D4D0Vr(-)D2地址碼與模擬通道的對應(yīng)關(guān)系地址碼選通模擬通道ABC000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN73、 ADC0809接口設(shè)計(jì) ADC0809進(jìn)行

32、A/D轉(zhuǎn)換和采集的程序 MOVDPTR,#7FFAH;選擇IN2并啟動A/D轉(zhuǎn)換 MOVA,#0FAH MOVX DPTR,A ACALLDL ;調(diào)延時(shí)子程序WT:JNBP3.3,WT;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOVX A,DPTR;讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV40H,A RETDL:MOVR4,#10H;延時(shí)子程序D1:DJNZ R4,D1RET三、控制量輸出接口中的D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì) 常用的D/A器件有DAC0832，DAC1210，AD7520等，下面以DAC0832為例介紹D/A接口設(shè)計(jì)。 DAC0832是8位梯形電阻式D/A轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有數(shù)據(jù)鎖存器，電流輸出，輸出電流穩(wěn)定時(shí)間1s，功耗20mW，具有單緩

33、沖、雙緩沖和直通三種工作方式。（一）DAC0832結(jié)構(gòu) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 19 181716 15 14 13 1211CSVR1AGNDD3D2D1D0Vref RfbDGNDVccILEWR2XFERD4D5D6D7IOUT2IOUT1D0D7：數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平； ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線； CS：片選信號線，低電平有效； WR1：輸入鎖存器現(xiàn)寫選通信號輸入線； XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線； WR2：DAC寄存器寫選通信號輸入線； Iout1：電流輸出線，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為“0FFH”時(shí)最大； Iout2：電流輸出線，其值與Iout1值之和為一常

34、數(shù)； Rfb：反饋信號輸入線； Vref：基準(zhǔn)電壓輸入線，取值范圍-10+10V。 （二）D/A輸出接口電路設(shè)計(jì) 此電路有兩個輸出點(diǎn)，a點(diǎn)電壓Va與輸入數(shù)字量N之間的關(guān)系可用下式表示： B點(diǎn)為一個相加輸出點(diǎn), Vb與Va關(guān)系為: Vb=2Va + Vref 當(dāng)參考電壓Vref取5V時(shí), Va輸出范圍為0-5V; Vb輸出范圍為+5-5V256NVVrefa 8031執(zhí)行下面的程序,a點(diǎn)將輸出一個鋸齒形電壓波. MOVDPTR,#7FFFH MOVA,#00H LP: MOVX DPTR,A INCA AJMP LPRET四、控制量輸出接口中的功率接口設(shè)計(jì) 在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，被控對象所需要的驅(qū)

35、動功率一般都比較大，而計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字控制信號或經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后所得的模擬控制信號的功率都很小，因而必須經(jīng)過功率放大后才能用來驅(qū)動被控對象。實(shí)現(xiàn)功率放大功能的接口電路被稱為功率接口電路。（一）常用電力電子器件 1、晶閘管 晶閘管又稱可控硅，是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體功率開關(guān)元件，其控制電流可從數(shù)安培到數(shù)千安培。（1）單向晶閘管SCR SCR由三個極組成，分別稱為陽 極 A ，陰 極 K 及控 制 極 G（又稱門極）。它有截止和導(dǎo)通兩種穩(wěn)定狀態(tài)。SCR的控制方法與輸出電壓波形 圖a示出了在交流回路中，SCR的控制方法；圖b示出了控制極所加控制信號與負(fù)載R兩端電壓波形間關(guān)系 1）控制角a指從零電壓到被

36、觸發(fā)導(dǎo)通的瞬間的這段時(shí)間所對應(yīng)的電度角。 2）導(dǎo)通角指從被觸發(fā)導(dǎo)通的瞬間開始到電壓為零這段時(shí)間所對應(yīng)的電度角。 由以上定義知，對于純阻隔性負(fù)載有 a+= 如果改變觸發(fā)信號相位，則a，將隨之變化，觸發(fā)信號越提前，導(dǎo)通角越大，則平均輸出電壓Vs越大。通常把SCR輸出電壓的最大值到最小值之間所對應(yīng)的a角的變化范圍稱為移相范圍，在上圖單相整流電路中，SCR移相范圍是180。SCR感性負(fù)載的情況 圖中，L是純感性負(fù)載，R是阻性負(fù)載，L與R共同組成SCR的實(shí)際負(fù)載。在電流變化時(shí)，電感的兩端會感應(yīng)出一個電動勢，這個電動勢對電流的變化產(chǎn)生阻止作用。帶電阻電感負(fù)載的單相半波整流電路的工作電壓和電流波形 VAC是

37、輸入的交流電壓，VG是 控 制極控制信號，VE是SCR的輸出信號，即 L ， R 上的電壓波形，IL是負(fù)載電流。 SCR導(dǎo)通之后的輸出電壓可以用下式表示： 因此，當(dāng)在電度角時(shí)，VE =0，于是有 #LtLERIddILVtLLddILRI（2）雙向晶閘管TRIAC 雙向晶閘管可以看成是兩個單向晶閘管反向并聯(lián)組成，如 圖 所 示 ， 其 中MT1和MT2為主電極，G為門極，與單向晶閘管相比，雙向晶閘管的特點(diǎn)是：在觸發(fā)后是雙向?qū)ǖ模婚T極所加觸發(fā)信號可以為正也可以為負(fù)。（3）門極可關(guān)斷晶閘管GTO 與SCR相比，GTO更有靈活方便的控制性能，即當(dāng)門極加上正控制信號時(shí)GTO導(dǎo)通；在門極加上負(fù)控 制

38、信 號 時(shí)GTO截止。（4）光控晶閘管與溫控晶閘管 光控晶閘管是把光電耦合器件與雙向晶閘管做到一起形成的集成電路。 它的典型產(chǎn)品有MOC3041，MOC3021等。溫控晶閘管 溫控晶閘管是一種小功率晶閘管，它的輸出電流一般在100mA左右。溫控晶閘管是一種溫敏器件，它和普通晶閘管具有相同的開關(guān)特性，并且與熱敏電阻、PN結(jié)溫度傳感器相比有較多優(yōu)點(diǎn)。溫控晶閘管的溫度特性是負(fù)特性，也就是說，當(dāng)溫度越高時(shí)，正向開關(guān)門檻電壓越低。2、功率晶體管 （1）功率晶體管的特點(diǎn) 大功率晶體管不僅可以工作在開關(guān)狀態(tài)，而且也可以工作在模擬狀態(tài)，因而有著更廣的工作范圍，。 功率晶體管的開關(guān)速度遠(yuǎn)大于晶閘管。功率晶體管的

39、控制比晶閘管容易。 功率晶體管價(jià)格高于晶閘管。（2）功率晶體管的結(jié)構(gòu) （3）功率晶體管的應(yīng)用 雖然功率晶體管有開關(guān)狀態(tài)和模擬狀態(tài)兩種工作狀態(tài)，但在機(jī)電產(chǎn)品中，它基本被用來做高速開關(guān)器件。下圖是用功率晶體管做功放元件的步進(jìn)電動機(jī)一相繞組的驅(qū)動電路。 3、功率場效應(yīng)晶體管 功率場效應(yīng)晶體管，是在大功率范圍應(yīng)用的場效應(yīng)晶體管，在機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用中，它有著比雙極型功率晶體管更好的特性，主要表現(xiàn)在如下幾個方面：1）有較高的開關(guān)速度；2）容易進(jìn)行并聯(lián)使用；3）具有較高的可靠性和較強(qiáng)的過載能力；4）有較高的噪聲容限和抗干擾能力，給電路設(shè)計(jì)帶來極大的方便；5）驅(qū)動電流很小，接口容易。場效應(yīng)管的表示符號如圖 其中G

40、為柵極，即控制極；S為源極；D為漏極；在漏極D與源極S間的反向二極管是在管子制造過程中形成的。 功率場效應(yīng)管的驅(qū)動電路 由于功率場效應(yīng)管輸入阻抗大，控制電壓高，這使它的驅(qū)動電路相對簡單。圖示出了兩種驅(qū)動電路，圖中RL為負(fù)載電阻。 4、固態(tài)繼電器（SSR） (1)、概述 固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)功率型通斷電子開關(guān)，又名固態(tài)開關(guān)。當(dāng)在控制端輸入觸發(fā)信號后，主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)；無控制信號時(shí)主回路呈阻斷狀態(tài)?？刂苹芈放c主回路間采取了電隔離及信號耦合技術(shù)。 固態(tài)繼電器是由固態(tài)元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)器件，與電磁繼電器相比，具有工作可靠，使用壽命長，對外界干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開關(guān)速度快，使用方

41、便等優(yōu)點(diǎn)。 (2)、固態(tài)繼電器的組成 固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。 按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為: 直流輸入電路 交流輸入電路 交直流輸入電路 有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。 固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種 固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為： 直流輸出電路 交流輸出電路 交直流輸出電路等形式。(3)、固態(tài)繼電器的優(yōu)缺點(diǎn) 1)、固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn) （a）高壽命，高可靠; （b）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容 性好;

42、（c）快速轉(zhuǎn)換; （d）電磁干擾小;2)、固態(tài)繼電器的缺點(diǎn) （a）導(dǎo)通后的管壓降大; （b）半導(dǎo)體器件關(guān)斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流; （c）管壓降大，導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。 （d）電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差; （e）固態(tài)繼電器對過載有較大的敏感性，固態(tài)繼電器的負(fù)載與環(huán)境溫度明顯有關(guān)，溫度升高，負(fù)載能力將迅速下降。 （4）固態(tài)繼電器應(yīng)用特性 1）根據(jù)產(chǎn)品功能不同，固態(tài)繼電器輸出電路可接交流或直流，對交流負(fù)載的控制有過零與不過零控制功能，其控制信號如圖所示。b過零型c非過零型a直流型 2）由

43、于固態(tài)繼電器是一種電子開關(guān)，故有一定的通態(tài)壓降和斷態(tài)漏電流。 3）負(fù)載短路易損壞SSR，應(yīng)特別注意避免。 單片機(jī)通過固態(tài)繼電器控制交流接觸器的控制線路（二）光電耦合器驅(qū)動接口設(shè)計(jì) 在機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制輸出接口中，光電耦合器是經(jīng)常使用的一類器件。光電耦合器是把發(fā)光二極管和光敏晶體管或光敏晶閘管封裝在一起，通過光信號，實(shí)現(xiàn)電信號傳遞的器件。由于光電耦合器輸入與輸出之間沒有直接的電氣聯(lián)系，電信號是通過光信號傳遞的，所以也稱光電隔離器。1、光電耦合器的結(jié)構(gòu) 光電耦合器由發(fā)光源和受光器兩部分組成，并由不透明材料封裝在一起，其結(jié)構(gòu)和符號如圖所示。發(fā)光源引出的管腳為輸入端，受光器引出的管腳為輸出端。當(dāng)在輸

44、入端加正向電壓時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，照射光敏晶體管（或晶閘管）使之導(dǎo)通，產(chǎn)生輸出信號。 2、光電耦合器的特點(diǎn) 1）光電耦合器的信號傳遞采取電-光-電形式。 2）光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動器件，能夠吸收尖峰干擾信號，所以具有很強(qiáng)的抑制噪聲干擾能力。 3）光電耦合器作為開關(guān)應(yīng)用時(shí)，具有耐用，可靠性高和高速等優(yōu)點(diǎn)。3、光電耦合器的兩個參數(shù) 1).電流傳輸比-是指光電晶體管的集電極電流Ic與發(fā)光二極管的電流If之比。 2).時(shí)間延遲-是指光電耦合器在傳輸脈沖信號時(shí)，輸出信號與輸入信號間的延遲時(shí)間。 4、晶體管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口設(shè)計(jì) 圖示出了8031單片機(jī)通過光耦控制步進(jìn)電動機(jī)的接口電路。 在上圖中，R2為發(fā)光二極管限流電阻，它的取值由下式計(jì)算： 式中，Vcc為電源電壓；Vf為發(fā)光二極管管壓降，取1.5V；Vd為驅(qū)動器壓降，取0.5V；If為發(fā)光二極管工作電流。 若If取10mA，則fdfcc2IVVVR30001. 05 . 05 . 15R23、晶閘管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口設(shè)計(jì) 晶閘管輸出型光電耦合器的輸出端是光敏晶閘管或光敏雙向晶閘管。光電耦合器的輸入端有一定的電流流入時(shí)，晶閘管即導(dǎo)通，有的光電耦合器的輸出端還配有過零檢測電路，用于控制晶閘管過零觸發(fā)，以減少用電設(shè)備在啟動時(shí)對電網(wǎng)造成的沖擊。