機電一體化設計

1、機電一體化設計緒論1.1 基本概念機電一體化技術：從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，將機械技術、 微電子技術、信息技術、控制技術等在系統(tǒng)工程基礎上有機地加以綜合，以實現整個系統(tǒng)最佳化的一門新科學 技術。機電一體化不是機械與電子簡單的疊加，而是在信息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎上建立起來的應用技術機電一體化一般包含機電一體化產品（系統(tǒng)）和機電一體化技術兩層含義。典型的機電一體化產品（系統(tǒng)）有：數控機床、機器人、汽車電子化產品、智能化 儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、 CAD/ CAM 系統(tǒng)等。1.3 機電一體化系統(tǒng)的構成1.3 機電一體化系統(tǒng)的構成1.4 共性關鍵技術1 檢測傳感技術2 信息處理技術3 自動控制技術4

2、伺服驅動技術5 機械技術6 系統(tǒng)總體技術6、系統(tǒng)總體技術系統(tǒng)總體技術是一種從整體目標出發(fā)， 用系統(tǒng)工程的觀點和方法，將系統(tǒng)各 個功能模塊有機的結合起來，以實現整體最優(yōu)。其重要內容為接口技術。接口包括 電氣接口、機械接口、人機接口1.5 機電一體化系統(tǒng)設計一、市場調研二、總體方案設計三、詳細設計四、樣機試制與試驗五、小批量生產六、大批量生產一、市場調研市場調研包括市場調查和市場預測。所謂市場調查就是運用科學的方法，系 統(tǒng)地、全面地收集所設計產品市場需求和經銷方面的情況和資料，分析研究產品在 供需雙方之間進行轉移的狀況和趨勢，而市場預測就是在市場調查的基礎上，運用 科學方法和手段，根據歷史資料和現

3、狀，通過定性的經驗分析或定量的科學計算， 對市場未來的不確定因素和條件做出預計、測算和判斷，為產品的方案設計提供依 據。二、總體方案設計1.產品方案構思產品方案構思完成后，以方案圖的形式將設計方案表達出來。方案圖應盡可能簡潔 明了，反映機電一體化系統(tǒng)各組成部分的相互關系，同時應便于后面的修改。 2方案的評價對多種構思和多種方案進行篩選，選擇較好的可行方案進行分析組 合和評價，從中再選幾個方案按照機電一體化系統(tǒng)設計評價原則和評價方法進行深 入的綜合分析評價，最后確定實施方案。三、詳細設計 詳細設計是根據綜合評價后確定的系統(tǒng)方案，從技術上將其細節(jié)逐層全部展開，直 至完成產品樣機試制所需全部技術圖紙

4、及文件的過程。四、樣機試制與試驗 完成產品的詳細設計后，即可進入樣機試制與試驗階段。根據制造的成本和性能 試驗的要求，一般制造幾臺樣機供試驗使用。樣機的試驗分為實驗室試驗和實際工 況試驗，通過試驗考核樣機的各種性能指標是否滿足設計要求，考核樣機的可靠性。如果樣機的性能指標和可靠性不滿足設計要求，則要修改設計，重新制造樣機，重 新試驗。如果樣機的性能指標和可靠性滿足設計要求，則進入產品的小批量生產階 段。五、小批量生產 產品的小批量生產階段實際上是產品的試生產試銷售階段。這一階段的主要任 務是跟蹤調查產品在市場上的情況，收集用戶意見，發(fā)現產品在設計和制造方面存 在的問題，并反饋給設計、制造和質量

5、控制部門。六、大批量生產 經過小批量試生產和試銷售的考核，排除產品設計和制造中存在的各種問題 后，即可投入大批量生產。1.6機電一體化對機械工業(yè)的影響1 提高性能、擴展功能 今日的數控機床充分發(fā)揮計算機的威力，運用 時間序列分析和精度創(chuàng)成等理論建立數學模型。 已有可能實時預報包括隨機誤差在內的機床誤 差， 然后自動校正， 從而達到前所未有的精度。采用對阻尼進行預報，一旦接近臨界值時就自動 調整切削用量，這又可能出現永不顫振的機床，保證很高的生產率和良好的加工表面。2.%2提高可靠性 在提高電子元件質量、可靠性的前提下，機電一體化產品可以提高耐久性，減 少故障率。另一方面由于賦予其自動監(jiān)視診斷功

6、能，并采取安全聯鎖控制，過負荷 和失控保護、停 電對策，提高了設備的安全可靠性。3.%2節(jié)約能源 例如目前我國各類電風扇年產量在 200 萬臺左右，如每臺電扇的調速器和定時器（現常用電磁機械式 ）用電子調速器和定時器代替，估計每臺風扇可節(jié)電5W 以上，全年以用扇 100 天， 每天開扇 6h 計， 則每年可節(jié)約用電量 600 萬 kWh,還可節(jié)省 大批銅材和鋼材。再如傳統(tǒng)的電焊機以電磁原理和手工操作為基礎，即使是一般的自動電焊機，其 動作過程也僅為簡單的機械動作和相應的控制。這類電焊機耗能多、效率低、質量 不易保證。采用微型機技術后，發(fā)展新穎的電子控制電源以取代傳統(tǒng)的焊接電源，實現焊接電源的節(jié)

7、能、高效、小型化、多樣化。4.%2操作改善如傳統(tǒng)車削到數控車削的轉變1.7 機電一體化的發(fā)展趨勢1 智能化智能化是 21 世紀機電一體化技術發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電 一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這 里所說的 “智能化” 是對機器行為的描述， 是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、 計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法， 模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的 控制目標。2 模塊化由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多， 研制和開發(fā)具有標準機械接口、電 氣接口、動力接口、環(huán)境

8、接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重 要的事。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突， 近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業(yè)逐漸形成。顯 然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一 體化單元的企業(yè)還是對生產機電一體化產品的企業(yè)，規(guī)模化將給機電一體化企業(yè)帶 來美好的前程。3 網絡化20 世紀 90 年代，計算機技術等的突出成就是網 絡技術。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其 功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網 絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方 興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機

9、電一體 化產品。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方 向發(fā)展。4 微型化微型化興起于 20 世紀 80 年代末，指的是機電一體化向微型機器和微觀領域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS）,泛指幾何尺寸不超過1cm3的機電一體化產品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產品體積小、耗能少、運動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展 的瓶頸在于微機械技術，微機電一體化產品的加工采用精細加工技術，即超精密技 術，它包括光刻技術和蝕刻技術兩類。5 系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現特征之一就是系統(tǒng)體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)， 進行任意剪裁和組合

10、， 同時尋求實現多子系統(tǒng) 協調控制和綜合管理。表現之二是通信功能的大大 加強，一般除 RS232 外，還有 RS485 等等 第 2 章 機械系統(tǒng)設計 機械系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)的最基本要素，它包括執(zhí)行機構、傳動機構和支撐機 構等，用于完成指定的動作、傳遞功率、運動或者信息2.2 機械系統(tǒng)數學模型的建立 在機械系統(tǒng)設計時， 除了考慮一般機械設計要求外，還必須考慮機械結構因素和整 個伺服系統(tǒng)的性能參數、電氣參數匹配，才能獲得良好的機電產品性能。 性能參數設計與模型分析有直接關系例子：機械移動系統(tǒng)數學模型建立基本元件：質量 m,阻尼 c,彈簧 k建立模型的數學原型： 牛頓第二定律 根據簡化后的力學模

11、型 由牛頓第二定律,可以獲得系統(tǒng)的運動方程： 經過 Laplace 變換,得到 傳遞函數：系統(tǒng)數學模型的簡化 模型簡化的基本思路是將復雜的、分布的參數折算到某一部件(一般為中心部件) 上,然后按照單一部件對系統(tǒng)進行建模。建模的核心問題在于各個分散參數的統(tǒng)計和這些物理量的折算。根據數學模型的準確程度,一般會對各個參數進行取舍,從而獲得一個既能基本反 映系統(tǒng)基本特性,又便于數學處理的模型。2.3 機械傳動系統(tǒng)的特性 為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性,通常對機電一體化系統(tǒng)提出以下要求：(1)高精度 精度直接影響產品的質量,尤其是機電一體化產品,其技術性能、 工藝水平和功能 比普通的機械產品都有很

12、大的提高,因此機電一體化機械系統(tǒng)的高精度是其首要的 要求。 如果機械系統(tǒng)的精度不能滿足要求,則無論機電一體化產品其它系統(tǒng)工作怎 樣精確,也無法完成其預定的機械操作。3.2 機械傳動系統(tǒng)的特性(2)快速響應性 即要求機械系統(tǒng)從接到指令到開始執(zhí)行指令指定的任務之間的時間間隔短,這樣控 制系統(tǒng)才能及時根據機械系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息,下達指令,使其準確地完成任務。2.%2良好的穩(wěn)定性要求機械系統(tǒng)的工作性能不受外界環(huán)境的影響,抗干擾能力強。2.2 機械傳動系統(tǒng)的特性 對于具體的機電一體化系統(tǒng)的傳動設計,就要綜合考慮各個設計目標的協調：要考慮設計盡可能短的傳動鏈,同時要考慮負載對傳動系統(tǒng)的耦合作用 要考慮傳動

13、精度,同時要考慮穩(wěn)定性、 快速性 要考慮功率,同時要小型、重量輕、低振動、低噪聲 數學模型相當關鍵2.機械傳動系統(tǒng)的特性 單純對傳動系統(tǒng)而言,其關注的性能包括：傳動類型、傳動方式、傳動精度、動態(tài) 特性、可靠性影響傳動系統(tǒng)性能的因素包括： 負載變化：包括工作負載、摩擦負載,要合理選擇驅動電機與傳動鏈,與負載相匹 配傳動鏈慣性：影響啟停特性、快速性、定位精度 傳動鏈固有頻率間隙、摩擦、潤滑和溫升：影響傳動精度和運動平穩(wěn)性1.機械傳動系統(tǒng)的特性 機械傳動系統(tǒng)的特性 為了滿足機電一體化機械系統(tǒng)良好的伺服性能，不僅要求機械傳動部件滿足轉動慣 量小、摩擦小、 阻尼合理、 剛度大、 抗振動性能好、 空隙小的

14、要求， 還要求機械部 分的動態(tài)特性與電機速度環(huán)節(jié)的動態(tài)特性相匹配。3.1 機械傳動系統(tǒng)的特性1、轉動慣量 在滿足系統(tǒng)剛度的條件下，機械部分的質量與轉動慣量越小越好。轉動慣量大會使 機械負載增大、系統(tǒng)相應速度變慢、靈敏度降低、固有頻率下降、容易產生諧振 電氣驅動部件的諧振頻率降低、阻尼增大3.9 機械傳動系統(tǒng)的特性2、摩擦 機電產品對傳動部件的摩擦特性要求是：靜摩擦盡可能?。粍幽Σ亮獮楸M可能小 的正斜率。若動摩擦為負斜率，易產生爬行、降低精度、減少壽命 摩擦在應用上可以簡化為：粘性摩擦、庫侖摩擦和靜摩擦三種(9)機械傳動系統(tǒng)的特性 粘性摩擦：大小與相對運動速度成正比； 庫侖摩擦：接觸面對運動物

15、體的阻力，大小為一常數； 靜摩擦：具有相對運動趨勢但仍處于靜止狀態(tài)時摩擦面之間存在的摩擦力，運動開 始之后靜摩擦力消失。5.1 機械傳動系統(tǒng)的特性 摩擦力對運動狀態(tài)的影響 機械系統(tǒng)的摩擦特性隨著材料和表面狀態(tài)的不同有很大差異。典型情況包括： 爬行，低速運動穩(wěn)定性差，如氣動系統(tǒng)有回程誤差，精度低 對摩擦特性的要求： 靜摩擦要小動摩擦因為小的正斜率5.1 機械傳動系統(tǒng)的特性3、阻尼 機械部件振動的振幅取決于系統(tǒng)阻尼和固有頻率：阻尼大，振幅小，衰減快 阻尼對彈性系統(tǒng)振動特性的主要影響：靜摩擦阻尼大：系統(tǒng)失動量（運動反向間隙 ）和反轉誤差大，定位精度低，易爬行 粘性阻尼摩擦大：系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差大，精度低(

16、1)機械傳動系統(tǒng)的特性失動量：數控機床上，由于各坐標軸進給傳動鏈上驅動部件（如伺服電動機、伺服液壓馬達和步進電動機等 ）的反向死區(qū)、各機械運動傳動副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐 標軸在由正向運動轉為反向運動時形成反向偏差，通常也稱反向間隙或失動量(1)機械傳動系統(tǒng)的特性對于質量大剛度低的機械系統(tǒng)，為減小振幅、加速度衰減，可增加粘性摩擦阻尼實際應用中可以 0.40.8 之間的欠阻尼，可以保證振蕩在一定范圍內過渡過程較平穩(wěn)、過渡時間較短，靈敏度較高機械傳動系統(tǒng)的特性4、 剛度 機械系統(tǒng)的剛度包括： 構件產生各種基本變形時的剛度 兩接觸面的接觸剛度定義： 靜剛度：靜態(tài)力和變形的比 動剛度：動態(tài)力

17、（交變力和沖擊力）和變形的比機械傳動系統(tǒng)的特性 對于伺服系統(tǒng)的失動量：系統(tǒng)剛度越大，失動量越小 對于伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性：剛度對開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響；提高剛性可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ，但會帶來轉動慣量、摩擦和成本的增加機械傳動系統(tǒng)的特性5、諧振頻率任何彈性系統(tǒng)，若阻尼不計，可簡化為質量、彈簧系統(tǒng)，對于質量為m,拉壓剛性系數為 k 的直線運動系統(tǒng)，其固有頻率為 :對于轉動慣量為 J,扭轉剛性系數為 k 的扭轉運動系統(tǒng)，固有頻率為：機械傳動系統(tǒng)的特性 當外界的激振頻率接近獲等于固有頻率時,系統(tǒng)將產生諧振而不能正常工作 機械傳動部件一般有若干個固有頻率,分別稱為一階諧振頻率和n 階諧振頻率為了減少機

18、械傳動部件轉矩反饋對電機動態(tài)性能的影響,要求機械部件的諧振頻率必須大于電氣驅動部件的諧振頻率機械傳動系統(tǒng)的特性6、 間隙 間隙使傳動系統(tǒng)產生回程誤差,影響伺服系統(tǒng)中位置環(huán)的穩(wěn)定性。 有間隙時,必須減小位置環(huán)的增益間隙的形式：齒輪傳動的齒測間隙、絲桿螺母的傳動間隙、絲桿軸承的軸向間隙、 連軸器的扭轉間隙。第二章結束第二章 傳感器檢測及其接口 傳感器是控制系統(tǒng)中所有原始信息的來源作為反饋元件,其直接影響到系統(tǒng)的運動性能、控制精度和智能水平。要求傳感器靈敏度高、動態(tài)特性好、穩(wěn)定性和抗干擾能力強,適應環(huán)境能力強 傳感器 ：把被測非電量轉換成為與之有確定對應關系, 且便于應用的某些物理量 （通 常為電量

19、）的測量裝置。測量電路 ： 把傳感器輸出的變量變換成電壓或電流信號,使之能在輸出單元的指示 儀上指示或記錄儀上記錄；或者能夠作為控制系統(tǒng)的檢測或反饋信號。 輸出單元：指示儀、記錄儀、累加器、報警器、數據處理電路等。測量誤差與數據處理正態(tài)分布隨機誤差是以不可預定的方式變化著的誤 差，但在一定條件下服從統(tǒng)計規(guī)律正態(tài)分布的隨機誤差分布規(guī)律（1）對稱性：絕對值相等的正誤差和負誤差出現的次數相等。（2）單峰性：絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現的次數多。（3）有界性：一定的測量條件下，隨機誤差的絕對值不會超過一定界限。（4）抵償性：隨測量次數的增加，隨機誤差的算術平均值趨向于零。隨機誤差的評價指標 由于

20、隨機誤差大部分按正態(tài)分布規(guī)律出現的，具有統(tǒng)計意義，通常以正態(tài)分布曲線的兩個參 數算術平均值和均方根誤差作為評價指標。（ 1）算術平均值（ 2）標準差（1）算術平均值（2 ）標準差測量列中單次測量的標準差測量列算術平均值的標準差 測量列中單次測量的標準差測量的極限誤差測量的極限誤差是極端誤差，檢測量結果的誤差不超過該極端誤差的概率為P,并使出現概率為（1 -P）誤差超過該極端誤差的檢測量的測量結果可以忽略。3.1 傳感器位移測量傳感器速度、加速度傳感器3.4 位置傳感器測力傳感器傳感器的前期信號處理傳感器接口技術傳感器非線性補償技術3.9 數字濾波傳感器3、傳感器性能和選用原則1）傳感器的靜特性

21、 傳感器的靜態(tài)特性是指當被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間 的關系。傳感器靜態(tài)特性的主要技術指標有：線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。（ 1 ）線性度傳感器的線性度是指傳感器實際輸出 輸入特性曲線與理論直線之間的最大偏 差與輸出滿度值之比，即傳感器（ 3 ）遲滯 傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨校敵鲚斎胩匦郧€不重合的程度稱為遲滯，遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分數表示傳感器傳感器3.1 傳感器2）傳感器的動態(tài)特性傳感器能測量動態(tài)信號的能力用動態(tài)特性表示動態(tài)特性是指傳感器測量動態(tài)信號時，輸出對輸入的響應特性。通過時域、頻域以及試驗分析的方法確定，動態(tài)特性參數包括：最大超

22、調量、上升 時間、調整時間、頻率響應范圍、臨界頻率等。模擬信號檢測系統(tǒng)振蕩器用于對傳感器信號進行調制，并為解調提供參考信號；量程變換電路的作用是避免放大器飽和并滿足不同測量范圍的需要； 解調器用于將已調制信號恢復成原有形式；數字信號檢測系統(tǒng)如如：絕對碼數字式和增量碼數字式。當傳感器輸出的編碼與被測量一一對應， 稱為絕對碼。絕對碼檢測系統(tǒng)如右圖所示，每一當傳感器輸出增量碼信號，即信號變化的周期數與被測量成正比，其增量碼數 字信號檢測系統(tǒng)的典型組成如右圖所示。3.6 傳感器的前期信號處理傳感器的輸出包括：電壓輸出、電流輸出、頻率輸出等。傳感器的輸出信號一般較弱，需要進行信號的前處理才能使用，包括濾

23、波和放大。信號前處理的核心器件一般是集成運算放大器3.6 傳感器的前期信號處理傳感器大多要在現場工作，而現場的條件往往是不可預料的。各種外界因素要影響傳感器的精度和性能，所以在檢測系統(tǒng)傳感信號處理中，抗干擾是非常重要的，尤其是在微弱輸入信號的系統(tǒng)中。常采用的抗干擾措施有屏蔽、接地、隔離和濾波等。3.6 傳感器的前期信號處理（1） 屏蔽屏蔽就是用低電阻材料或磁性材料把元件、傳輸導線、電路及組合件包圍起來，以隔離內外電磁或電場的相互干擾。屏蔽可分為三種，即電場屏蔽、磁場屏蔽及電 磁屏蔽。（2） 接地電路或傳感器中的地指的是一個等電位點，它是電路或傳感器的基準電位點，與基準電位點相連接，就是接地。3

24、.6 傳感器的前期信號處理（3） 隔離當電路信號在兩端接地時，容易形成地環(huán)路電流，引起噪聲干擾。這時，常采 用隔離的方法，把電路的兩端從電路上隔開。隔離的方法主要采用變壓器隔離和光 電耦合器隔離。（4） 濾波雖然采取了上述的一些抗干擾措施， 但仍會有一些噪聲信號混雜在檢測信號 中，因此檢測電路中還常設置濾波電路，對由外界干擾引入的噪聲信號加以濾除。 3.6 傳感器的前期信號處理（5） 放大在傳感器輸出信號中，必須考慮其中包含的工頻、靜電、電磁耦合等共模干擾，需 要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。具備以上特性的放大器一般稱為儀用放大器。傳感器的前期信號處理A）通用放大

25、器早期的測量放大電路設計：多運放搭建 缺點：假設了兩輸入的放大器性能（輸入阻抗和電壓增益）對稱，輸出漂移難以控 制。傳感器的前期信號處理B）專用儀用放大器優(yōu)點：體積小、外部電路簡單，成本較低 具有較好的線性度、高共模抑制比、噪聲低的特點。傳感器的前期信號處理C）程控增益放大出現的原因：ADC 在滿量程時的轉換誤差最小，需對輸入信號幅值進行動態(tài)調整。 基本原理：利用反饋電阻值的變化傳感器的前期信號處理 程控放大器可以由多路開關放大器搭建 專用程控放大器：已經將譯碼電路與模擬開關結合傳感器接口技術 傳感器的信號需要經過放大、濾波等系列處理，經模數轉換后才能輸入計算機； 模數轉換的過程需要一定的時間

26、，在這段時間內必須保持信號的電平，在轉換結束 后又必須快速跟蹤外部信號的電平變化，這時需要采用采樣保持電路。傳感器接口技術模擬量的轉換輸入方式傳感器接口技術多路模擬開關 又稱為多路轉換開關，簡稱多路開關，作用：分別或依次把各路檢測信號與 A/D 轉換器接通，以節(jié)省 A/D 轉換器件。傳感器接口技術信號采集與保持 采集，就是把時間連續(xù)的信號變成一串不連續(xù)的脈沖時間序列的過程。信號采樣是通過采樣開關來實現。采樣開關又稱采樣器，實質上它是一個模擬開關，每隔時間間隔 T 閉合一次，每次閉合持續(xù)時間T其中，T 稱為采樣周期，其倒數 fs=1/T 稱為采樣頻率，T稱為采樣時間或采樣寬度，采樣后的脈沖序列稱

27、為采樣信號。 采樣信號是離散的模擬信號，它在時間軸上是離散的，但在函數軸上仍是連續(xù)的， 因而還需要用 A/D 轉換器將其轉換成數字量。傳感器接口技術傳感器接口技術運算放大器 Ni和 N2接成跟隨器，作緩沖器用。當控制信號Uc為高電平時場效應管 VF 導通，對輸入信號采樣。輸入信號Ui通過 Ni和 VF向電容 C 充電，并通過 N2輸出 u。由于 Ni的輸出阻抗很小，N2的輸出阻抗很大，因而在 VF導通期間 u。=比。當Uc為低電平 時，VF截止，電容 C 將采樣器間的信號電平保持下來，并經N2緩沖后輸出。傳感器非線性補償技術 線性化處理與補償機電測控系統(tǒng)中，特別是需對被測參量進行顯示時，總是希

28、望傳感器及檢測電路的輸出和輸入特性呈線性關系，使測量對象在整個刻度范圍內靈敏度一致，以便于讀數及對系統(tǒng)進行分析處理。對于具體的檢測元件，一般只能在一定范圍內保持這種線性關系傳感器非線性補償技術 為了在較大的測量范圍內保持傳感器精度，就需要對輸入和輸出的關系進行補償。? 硬件電路補償：采用對數放大器、反對數放大器，設計反饋式回路。電路較 復雜，很難達到良好效果? 軟件補償（1）非線性補償 當傳感器及其調理電路至 A/D 轉換器的輸入 輸出有非線性， 可按反非線性特性進 行轉換， 進行非線性的校正， 使輸出 y 與輸入 x 呈理想直線關系。檢測系統(tǒng)的零位誤差是由溫度漂移和時間漂移引起的。采用軟件對

29、零位誤差進行補 償的方法又稱數字調零，其原理如下圖所示。增益誤差同樣是由溫度漂移和時間漂移等引起的。增益誤差補償又稱校準。 校準時，在微型機控制下先把多路開關接地，得到采樣值a0 ，然后把多路開關接基準輸入UR,得到采樣值 xR,并寄存 a0 和 xF。在正式測量時，如測得對應輸入信號Ui 的采樣值為 xi，則輸入信號可按下式計算：該校準方法可使測得的輸入信號 Ui 與檢測系統(tǒng)的漂移和增益變化無關,因而實現增 益誤差補償。數字濾波 干擾與噪聲在系統(tǒng)中客觀存在的 數字濾波是提高信號輸入可靠性、 減少虛假信息影響的有利因素 系統(tǒng)中的噪聲并非是越少越好,要根據實際情況進行判斷。數字濾波 實質是程序濾

30、波,與模擬濾波相比具有如下優(yōu)點：? 不需要額外的硬件設備, 不存在阻抗匹配問題, 可以使多個輸入通道共用 一套數字濾波程序,降低儀器硬件成本。? 可以對頻率很低或很高的信號實現濾波。? 可以根據信號的不同而采用不同的濾波方法或濾波參數,靈活、 方便、 功能強。數字濾波（1）中值濾波 中值濾波方法對緩慢變化的信號中由于偶然因素引起的脈沖干擾具有良好濾除效 果原理：對信號連續(xù)進行 n 次采樣,然后對采樣值排序,并取序列中位值作為采樣有 效值。程序算法就是通用的排序算法。采樣次數 n 一般取為大于 3 的奇數。數字濾波（2）算術平均濾波原理：對信號連續(xù)進行 n 次采樣,以其算術平均值作為有效采樣值。

31、 該方法對壓力、流量等具有周期脈動特點的信號具有良好的濾波效果。采樣次數 n 越大,濾波效果越好,但靈敏度也越低,為便于運算處理,常取n = 4、8、16。數字濾波滑動平均濾波用循環(huán)隊列作為采樣數據存儲器，隊列長度固定為n,每進行一次新的采樣，把采樣數據放入隊尾，扔掉原來隊首的一個數據。這樣，在隊列中始終有n 個最新的數據。對這 n 個最新數據求取平均值，作為此次采樣的有效值。這種方法每采樣一次， 便可得到一個有效采樣值,因而速度快,實時性好,對周期性干擾具有良好的抑制 作用數字濾波低通濾波 當被測信號緩慢變化時,可采用數字低通濾波的方法去除干擾。數字低通濾波器是 用軟件算法來模擬硬件低通濾波

32、的功能。一階 RC 低通濾波器的微分方程為數字濾波式中：T= RC 是電路的時間常數。用 X 替代 ui, Y 替代 uo,將微分方程轉換成差 分方程,并整理得 :式中一一采樣周期；X ( n)本次采樣值； Y(n )和 Y(n 1)本次和上次的濾波器輸出值。取,則式可改寫成數字濾波由上式可見濾波器的本次輸出值主要取決于其上次輸出值,本次采樣值對濾波器輸 出僅有較小的修正作用,因此該濾波器算法相當于一個具有較大慣性的一階慣性環(huán) 節(jié),模擬了低通濾波器的功能,其截止頻率為第五章工業(yè)控制計算機及其接口技術 工業(yè)控制計算機系統(tǒng)是機電控制系統(tǒng)的中樞,其主要作用：? 按編制好的程序完成系統(tǒng)信息采集、加工處

33、理、分析和判斷,作出相應的調 節(jié)和控制決策? 發(fā)出數字形式或模擬形式的控制信號? 控制執(zhí)行機構的動作? 機電系統(tǒng)集成體系的組成方法 組成機電系統(tǒng)的各要素和子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯系條件,這個聯系條 件稱為接口,簡單地說就是各子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)內各模塊之間相互聯接的硬件 及相關協議軟件。機電一體化產品的設計, 就是在根據功能要求選擇了各要素后,所進行的接口設 計。 從這一觀點出發(fā),機電產品的性能很大程度上取決于接口的性能,即各要素和 各子系統(tǒng)之間的接口性能是機電一體化系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。接口設計是機電一體化產品設計的關鍵環(huán)節(jié)。工業(yè)控制計算機工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的硬件組成：? 計算機基本

34、系統(tǒng)? 人機對話系統(tǒng)? 系統(tǒng)支持模塊? 過程輸入 /輸出子系統(tǒng) 過程輸入設備把系統(tǒng)測控對象的工作狀況和被控對象的物理、工位 接點狀態(tài)轉換為數字信號輸出設備把數字信息轉換為驅動機構的功率信號工業(yè)控制計算機工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的軟件包括? 適應工業(yè)控制的實時系統(tǒng)軟件? 通用軟件? 工業(yè)控制軟件。工業(yè)控制計算機 工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的基本要求：? 1 具有完善的過程輸入輸出功能? 要使計算機能控制機電一體化系統(tǒng)的正常運行， 它必須具有豐富的模擬和數 字輸入輸出通道， 以便使計算機能實現各種形式的數據采集、 過程連接和信 息變換等，這是計算機能否投入機電一體化系統(tǒng)運行的重要條件。? 2 具有實時控制功能?

35、 工業(yè)控制計算機應具有時間驅動和事件驅動的能力。 要能對生產的工況變化 實時地進行監(jiān)視和控制， 當過程參數出現偏差甚至故障時能迅速響應并及時 處理， 為此需配有實時操作系統(tǒng)及過程中斷系統(tǒng)。工業(yè)控制計算機? 3 具有可靠性? 機電一體化設備通常是晝夜連續(xù)工作， 控制計算機又兼有系統(tǒng)故障診斷的任 務， 這就要求工業(yè)控制計算機系統(tǒng)具有非常高的可靠性。? 4 具有較強的環(huán)境適應性和抗干擾能力? 在工業(yè)環(huán)境中，電、磁干擾嚴重，供電條件不良。工業(yè)控制計算機必須具有 極高的電磁兼容性， 要有高抗干擾能力和共模抑制能力。此外，系統(tǒng)還應適 應高溫、高濕、振動沖擊、灰塵等惡劣的工作環(huán)境。工業(yè)控制計算機 工業(yè)控制計

36、算機的分類及其應用特點1、可編程控制器( PLC)? (1)控制程序可變， 具有很好的柔性。 在生產工藝流程改變或被控設備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬件只需改變程序就可以滿足要求。? (2)可靠性強，適用于工業(yè)環(huán)境。PLC 是專門為工業(yè)環(huán)境應用而設計的計算機控制系統(tǒng)， 在硬件和軟件上采取了一系列有效措施， 以提高系統(tǒng)的可靠性和 抗干擾能力， 并有較完善的自診斷和自保護能力， 能夠適應惡劣的工業(yè)環(huán)境。PLc 的平均無故障工作時間可達數萬小時，這是其他計算機系統(tǒng)無法比擬的。工業(yè)控制計算機?(3)編程簡單，使用方便。大多數 PLC 采用 梯形圖”的編程方式。梯形圖類似于繼電接觸控制的電氣原理

37、團，使用者不需具備很深的計算機編程知識。 只 需將梯形圖轉換成邏輯表達式，將其輸入 PLC即可使用。?(4)功能完善 PLC 具備輸入輸出、邏輯運算、算術運算、定時、計數、順序控制、功率驅動、通訊、人 機對話、自檢、記錄和顯示等功能，使系統(tǒng)的 應用范圍大大提高。?(5)體積小、重量輕、易于裝入機器內部。工業(yè)控制計算機2、總線型工業(yè)控制計算機 控制系統(tǒng)劃分成具有一種或幾種獨立功能的硬件模塊，從內總線入手把各功能模塊 設計制造成 “標推 ”的印制電路板插件 (亦稱模塊 ) ，像搭積木一樣將硬件插件及模板插 入一塊公共的稱為 “底板 ”的電路板插槽上組成一個模塊網絡系統(tǒng)， 每塊插件之間的 信息都通過

38、底板進行交換，從而達到控制系統(tǒng)的整體功能，這就是所謂的模塊化設 計。由于總線結構的控制計算機系統(tǒng)將一個較復雜的系統(tǒng)分解成具有獨立功能的模 塊，再把所需的功能模板插到底披上，構成一個計算機控制系統(tǒng)。工業(yè)控制計算機 工業(yè)個人計算機(In dustrial Perso nal Computer IF)是一種加固的增強型個人計算機，它可以作為一個工 業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行，具有較好的抗噪聲、抗震等特性，也有更多的總線插槽。PC104 工業(yè)總線ISA 接口標準的延伸。IPC 的技術特點1、 采用符合“ EIA”準的全鋼化工業(yè)機箱，增強了抗電磁干擾能力。有些廠家的產品，例如研祥 EVOC 的 IPC

39、0880X IPC-810B 與 IPC-8419 等機箱都帶有 EMI 彈片，更 加穩(wěn)固。2、 采用總線結構和模塊化設計技術。CPU 卡及各功能卡皆使用插板式結構，并帶有 壓桿(或者橡膠墊)軟鎖定，提高了抗沖擊、抗振動能力。3、 機箱內裝有雙風扇，微正壓對流排風，并裝有濾塵網用以防塵。4、 配有高度可靠的工業(yè)開關電源，并有過壓、過流保護，也是最有關鍵的。IPC 的技術特點5、 電源及鍵盤均帶有電子鎖開關，可防止非法開、關和非法鍵盤輸入6、 具有自診斷功能。7、 可視需要選配 I/O 模板，ISA/PCI 總線的各類采集卡都可以選擇。8、 設有 “看門狗 ”定時器，在因故障死機時，無需人的干預

40、而自動復位。9、 開放性好，兼容性好，吸收了 PC 機的全部功能，可直接運行 PC 機的各種應用軟 件。10、可配置實時操作系統(tǒng)，便于多任務的調度和運行。11、可采用無源母板(底板) ，方便系統(tǒng)升級。工業(yè)控制計算機 總線型工業(yè)控制計算機的優(yōu)點：?(1)提高設計效率， 縮短設計和制造周期。 在系統(tǒng)的整體設計時， 將復雜的電路分布在若干功能模板上， 可同時并行地進行設計， 大量的功能模板可以直 接購得，從而縮短系統(tǒng)設計、制造周期。?(2)提高了系統(tǒng)的可靠性。由于各通用模塊均由專業(yè)制造廠以產品形式專業(yè)化大批量生產制造， 用戶可以根據自己的具體需要， 購買產品，如中央處理器、 內存、A/ D、D/ A

41、 等模板及專用 1/O 接口板卡等，來構成自己的計算機系 統(tǒng)。由于模板的質量穩(wěn)定，性能可靠，因此也就保證了控制計算機系統(tǒng)的可 靠性。工業(yè)控制計算機?(3)便于調試和維修。 由于模板是按照系統(tǒng)的功能進行分解的，維修或調試時，只要根據功能故障性質進行診斷，更換損壞的模板，就可以排除故障、進行 調試。?(4)能適應技術發(fā)展的需要， 迅速改進系統(tǒng)的性能。 總線結構的控制計算機只需改進模塊和軟件，不需對整個系統(tǒng)進行重新設計就能滿足對系統(tǒng)提出的新 的要求。?(5)軟件開發(fā)升級便利5.1 工業(yè)控制計算機3、單片機 滿足特定需要的專用工業(yè)控制系統(tǒng)，特點：? 1）受集成度限制，片內存儲器容量較小。一般片內ROM

42、 小于 48K 字節(jié)，片內 RAM 小于 256 字節(jié)；但可在外部進行擴展，如MCS-5I 系列單片機的片外可編程存儲器（EPROM）靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）可分別擴展至以 64K 字節(jié)。?2）可靠性高。單片機芯片本身是技工業(yè)測控環(huán)境要求設計的，其抗工業(yè)噪聲干擾的能力優(yōu)于一般通用CPU;程序指令及其常數、表格固化在ROM 中不易損壞；常用信號通道均集成在一個芯片內，信號傳輸可靠性高。5.1 工業(yè)控制計算機?3）易擴展。片內具有計算機正常運行所必須的部件，芯片外部有許多供擴展用的總線及并行、串行輸入輸出端口， 很容易構成各種規(guī)模的計算機控制系 統(tǒng)。?4）控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求，單片機

43、的指令系統(tǒng)中有豐富的條件分支轉移指令、1/O 口的邏輯操作以及位處理功能。一般來說，單片機的邏輯控制功能及運行使度均高于同一檔次的徽處理器。?5）般的單片機內無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，軟件開發(fā)工作量大。5.2 計算機控制接口技術1、信息采集接口2、DA 數據輸出接口在機電一體化產品中，被控對象所需要的驅動功率一般都比較大，而計算機發(fā) 出的數字控制信號或經D/A 轉換后得到的模擬控制信號的功率都很小，因而必須經過功率放大后才能用來驅動被控對象。實現功率放大的接口電路又稱為功率接口電 路。.光電藕合器在控制微機和功率放大電路之間，常常使用光電藕合器。光電藕合器由發(fā)光二 極管和光敏晶體管組成，

44、當在發(fā)光二極管二端加正向電壓時，發(fā)光二極管點亮，照 射光敏晶體管使之導通，產生輸出信號。光電藕合器的信號傳遞采取電-光-電形式， 發(fā)光部分和受光部分不接觸，因此其絕緣電阻可高達 1010門以上，并能承受 2000V 以上的高壓，被耦合的兩個部分可 以自成系統(tǒng)，能夠實現強電部分和弱電部分隔離，避免干擾由輸出通道竄入控制微 機。 光電藕合器的發(fā)光二極管是電流驅動器件，能夠吸收尖峰干擾信號，所以具有 很強的抑制干擾能力。光電藕合器作為開關應用時，具有耐用、可靠性高和高速等優(yōu)點，響應時間一 般為數微秒以內，高速型光電藕合器的響應時間有的甚至小于10ns。在接口電路設計中，應考慮光電藕合器的兩個參數:電

45、流傳輸比與時間延遲。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Ii 之比。時間延遲是指光電藕合器在傳輸脈沖信號時，輸出信號與輸入信號的延遲時 間。例子：采用 DAC8031 和 4N25 組成基礎電路。P1.O 低電平點亮發(fā)光二極管，電流為 10mA, 4N25 的電流傳輸比20%，所以光敏晶體管中的電流 Ic 2mA， 大功率晶 體管把這個電流放大就可以帶動步進電動機等負載。2晶閘管晶閘管又稱可控硅，是目前應用最廣的半導體功率開關元件，其控制電流可從數安到數千安。晶閘管的主要類型有? 單向晶閘管 SCR? 雙向晶閘管 Trim? 可關斷晶閘管 GTO? 光控晶閘管? 溫控

46、晶閘管3功率晶體管( GTR) 功率晶體管是指在大功率范圍應用的晶體管，有時也稱為電力晶體管。? 在中小功率領域可取代功率晶閘管；? 與晶閘管相比， GTR 不僅可以工作在開關狀態(tài)， 也可以工作在模擬狀態(tài)； GTR 的開關速度遠大于晶閘管，并且控制比晶閘管容易；? 價格高于晶閘管。4功率場效應晶體管 (MOSFET)TTL 集成電路就可驅動大功率的場效應晶體管。TTL 集成電路的高電平輸出為 3.55V,直接驅動功率場效應管偏低一些，所以在驅動電路中常采用集電極開路的 TTL 集成電路。5絕緣柵雙極晶體管( IGBT)絕緣柵雙極晶體管是 20 世紀 80 年代出現的新型復合器件， 它將MOSF

47、ET 和 GTR 的優(yōu)點集于一身， 既具有輸入阻抗高、 速度快、 熱穩(wěn)定性好和驅動電路簡單的特點，又具有通態(tài)電壓低、耐壓高和承受電流大等優(yōu)點。6固態(tài)繼電器 (SSR) 固態(tài)繼電器是一種無觸點功率型通斷電子開關，又名固態(tài)開關。固態(tài)繼電器與 電磁繼電器相比， 具有工作可靠、 使用壽命長、能與邏輯電路兼容、抗干擾能力強、開關速度快和使用方便等優(yōu)點。三、開關型功率接口6、繼電器輸出接口? 由于繼電器是通過改變金屬觸點的位置， 使動觸點與定觸點閉合或分開， 所 以具有接觸電阻小、 流過電流大及耐高壓等優(yōu)點， 但在動作可靠性上不及晶 閘管。? 繼電器有電壓線圈與電流線圈兩種工作類型， 它們在本質上是相同的

48、， 都是 在電能的作用下產生一定的磁勢。電壓繼電器的電氣參數包括線圈的電阻、電感或匝數、吸合電壓、釋放電壓和最大允許工作電壓。電流繼電器的電氣 參數包括線圈匝數、吸合電流和最大允許工作電流。三、 開關型功率接口 繼電器接觸器的供電系統(tǒng)分為直流電磁系統(tǒng)和交流電磁系統(tǒng)，工作電壓也較高，因此從控制計算機輸出的開關信號需經過驅動電路進行轉換，使輸出的電能能夠適 應其線圈的要求。繼電器 /接觸器動作時，對電源有一定的干擾，為了提高控制計算 機系統(tǒng)的可靠性，在驅動電路與控制計算機之間常采用光電耦合器隔離。三、開關型功率接口7、固態(tài)繼電器接口? 在繼電器控制中， 由于采用電磁吸合方式， 在開關瞬間， 觸點容

49、易產生火花， 從而引起干擾； 對于交流高壓等場合， 觸點還容易氧化， 影響系統(tǒng)的可靠性。? 固態(tài)繼電器輸入控制電流小，輸出無觸點，所以與電磁式繼電器相比，具有 體積小、重量輕、無機械噪聲、無抖動和回跳、開關速度快、工作可靠等優(yōu)點。三、開關型功率接口（1）直流型 SSR直流型 SSR 的輸入部分是一個光電隔離器，因此，可用晶體管直接驅動。它的輸出 端經整形放大后帶動大功率晶體管輸出，輸出工作電壓可達30180V。 三、開關型功率接口（2）交流型 SSR? 交流型 SSR 又可分為過零型和移相型兩類，采用雙向晶閘管作為開關器件，用于交流大功率驅動場合，如交流電動機、交流電磁閥控制等。? 對于非過零

50、型 SSR 在輸入信號時，不管負載電流相位如何，負載端立即導 通； 而過零型必須在負載電源電壓接近零且輸入控制信號有效時， 輸入端負 載電源才導通。當輸入的控制信號撤銷后，不論哪一種類型， 它們都只在流 過雙向晶閘管負載電流為零時才關斷。三、開關型功率接口固態(tài)繼電器缺點? 1）存在通態(tài)壓降和斷態(tài)漏電流，其通態(tài)壓降一般小于2V,斷態(tài)漏電流為510mA ，其中漏電流會使小電流執(zhí)行器件 （如幾毫安就能動作的靈敏繼電器 ） 產生誤動作，? 在使用時可在負載兩端并聯一個適當阻值的分流電阻抑制漏電流的影響。 固態(tài)繼電器缺點? 2 ）電壓過載能力差，當負載為感性時，在SSR 的輸出端必須接壓敏電阻，壓敏電阻

51、標稱電壓可取電源電壓有效值的1.61.9 倍。?3）固態(tài)繼電器的電流容量、負載能力隨溫度升高而下降，使用的溫度范圍不寬（-40+80），所以當溫度較高時.選用 SSR 的輸出電壓和電流應留有余量， 同時應裝散熱器。固態(tài)繼電器缺點?4）對于白熾燈、電爐等具有 “冷阻”特性的負載.在電源接通瞬間將產生超過額定電流的浪涌電流。在選擇額定電流時，應留有足夠的余量，一般可按負 載平時工作電流約等于固態(tài)繼電器額定電流的三分之二來選擇固態(tài)繼電器。浪涌電流電壓與電流都會發(fā)生快速波動? 浪涌電流指電源接通瞬間，流入電源設備的峰值電流。由于輸入濾波電容迅 速充電，該峰值電流遠大于穩(wěn)態(tài)輸入電流。? 產生原因：電網、

52、雷擊、爆破，人在地毯上行走所產生的上萬伏靜電感應電壓浪涌電流二極管型防護器件? 二極管型防護器件是利用硅 PN 結正向壓降（VF）和反向雪崩擊穿電壓 （Vz） 特性制成的，如瞬變電壓抑制二極管（ TVS）晶閘管型防護器件? 晶閘管型防護器件有兩種：第一種是控制柵極型雙向三端器件，優(yōu)點是耐電 流量大，缺點是點火電壓易變化。浪涌電流氣體放電管，優(yōu)點是耐電流量大和靜電容量小，缺點是點火電壓高，在直流電壓下不能恢復到截止狀態(tài)，不能用于防低電壓電路，經多次電壓瞬變和浪涌后其性能 會下降金屬氧化物壓敏電阻，以氧化鋅為主要原料制造的半導體陶瓷元件，利用ZnO 電壓的非線性來吸收瞬變電壓和浪涌。這種壓敏電壓器

53、件的電壓范圍很寬，可從幾伏 到幾千伏，吸收浪涌電流可從幾十到幾千安培，反應速度快，非線性指數大、無極 性、無續(xù)流、壽命長、成本低，缺點是箝位系數小，呈負溫度系數，經多次電壓瞬 變和浪涌后其性能會下降，使用溫度范圍低，不能采用氣密性封裝，其可靠性也不 高等。1. 開關輸入接口? 參數對象：二值型控制命令和參數? 控制微機通過 I/O 口或擴展 I/O 口對開關點電位進行檢測，從而判斷開關 的狀態(tài)。? 對于機械開關， 機械觸點的彈性作用使開關在閉合及斷開瞬間產生抖動， 造 成開關點點電位產生一系列脈沖，電壓抖動時間的長短，與機械特性有關， 一般為 510ms。? 對于按鈕，穩(wěn)定閉合期由操作員的按鍵

54、動作決定，一般在幾百微秒至幾秒之 間。? 接口設計需要采取軟件或硬件措施進行消抖處理。 軟件消抖是在檢測到開關狀態(tài)后，延時一段時間再進行檢測，若兩次檢測到的開關 狀態(tài)相同則認為有效。延時時間應大于抖動時間。硬件消抖常采用下圖電路，其中左為雙穩(wěn)態(tài)濾波消抖，右為單穩(wěn)態(tài)多諧震蕩消抖， 74xx121 是帶有施密特觸發(fā)器輸入端的單穩(wěn)態(tài)多諧震蕩器。2. 撥盤輸入接口BCD 碼撥盤的接口靜態(tài)接口動態(tài)接口3. 鍵盤輸入接口. 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) 交叉構成，按鍵位于交叉點上，為 對各個鍵進行區(qū)別，可以按一定規(guī)律分別為各個鍵命名鍵號，如右圖所示。將列線通過上拉

55、電阻接至 +5V 電源，當無鍵按下時，行線與列線斷開，列線呈高電平。當鍵盤上某鍵按下時，則該鍵對應的行線與列線被短路。例如，7 號鍵被按下閉合時，行線 X3與列線丫|被短路，此時丫|的電平由 X3電位決定。如果將列線 接至控制微機的輸入口，行線接至控制微機的輸出口，則在微機控制下依次從X0X3輸出低電平，并使其它線保持高電平，則通過對丫0丫3的讀取即可判斷有無鍵閉合、哪一個鍵閉合。鍵盤接口電路下圖示出了 8031 通過 P1 口與一個 4 X 4 鍵盤的接口電路，其中P1.0P1.3 作行掃描輸出線，P1.4P1.7 作列檢測輸入線。鍵輸入程序 鍵輸入程序具有下面四項功能：判斷鍵盤上有無鍵閉合 其方法為在掃描線 P1.0P1.3 上全部送“ 0，”然后讀取 P1.4P1.7 狀態(tài)，若全部為 “ 1；則無鍵閉合，若不全為“ 1；則有鍵閉合；判別閉合鍵的鍵號 其方法為對鍵盤行線進行掃描，依次從P1.0、P1.1、Pl.2、P1.3 送出低電平，并從其它行線送出高電平，相應地順序讀入P1.4P1.7 的狀態(tài)，若 P1.4P1.7 全為“ 1,則行線輸出為“0 的這一列上沒有鍵閉合；若 P1.4P1.7 不全為 “1，則說明有鍵閉合。行列交叉點即為該鍵鍵號，例如P1.0P1.3 輸出為 1101，讀