1、第第5 5章章 接口技术接口技术机电一体化技术机电一体化技术5.4 5.4 机电接口机电接口5.4 机电接口机电接口1 1、机电接口类型及特点机电接口类型及特点根据信号的传递方向根据信号的传递方向,机电接口可分为信息采集接口机电接口可分为信息采集接口(传感器接口传感器接口)与控制输出与控制输出接口。接口。1.信息采集接口信息采集接口机电一体化系统中机电一体化系统中,控制微机为了实现对机械执行机构的有效控制控制微机为了实现对机械执行机构的有效控制,必须实时必须实时监测系统的运行参数。各类参数的获得必须通过传感器将物理信号转换为电信号监测系统的运行参数。各类参数的获得必须通过传感器将物理信号转换为
2、电信号,经过信息采集接口的整形、放大、匹配、转换经过信息采集接口的整形、放大、匹配、转换,变成控制微机可以接收的信号。变成控制微机可以接收的信号。2.控制输出接口控制输出接口控制微机通过信息采集接口检测机械系统的状态，经过运算处理控制微机通过信息采集接口检测机械系统的状态，经过运算处理,发出有关控发出有关控制信号制信号,经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大,驱动执行元件去调节系统的运驱动执行元件去调节系统的运行状态行状态,使其按设计要求运行。使其按设计要求运行。5.4 机电接口机电接口开关量数字量模拟量缓冲器缓冲器缓冲器 放大采样-保持A/D控制微机信息
3、采集接口各类传感信号与控制微机接口5.4 机电接口机电接口功率放大隔离 D/A功率放大控制输出接口控制输出接口的不同形式控制微机电动机继电器步进电机5.4 机电接口机电接口2 2、A/DA/D转换器转换器A/D转换器是将模拟量转换成转换器是将模拟量转换成n位二进制数字量，是信息采位二进制数字量，是信息采样接口中的核心器件样接口中的核心器件,其转换过程分为采样与保持、量化和编码其转换过程分为采样与保持、量化和编码,具体如下。具体如下。(1)采样是将模拟信号转换为离散的模拟信号。采样是将模拟信号转换为离散的模拟信号。(2)采样后的信号虽然时间上不连续，但幅值仍然连续，仍为采样后的信号虽然时间上不连
4、续，但幅值仍然连续，仍为模拟信号，必须经过量化转化成为数字信号，才能送入计算机模拟信号，必须经过量化转化成为数字信号，才能送入计算机(3)编码就是将量化的结果进行二进制编码。编码就是将量化的结果进行二进制编码。5.4 机电接口机电接口3 3、D/AD/A转换器转换器D/A转换器用来实现数字电信号到转换器用来实现数字电信号到模拟电信号的转换，是整模拟电信号的转换，是整个输出通道的核心环节。个输出通道的核心环节。D/A 转换器的分类：转换器的分类：【1 1】按照输出信号类型，分为电流输出型和电压输出型转按照输出信号类型，分为电流输出型和电压输出型转换器换器。【2 2】按照分辨率按照分辨率,可分为可
5、分为8位、位、10位、位、12位、位、16位位D/A5.4 机电接口机电接口3 3、D/AD/A转换器转换器 D/A转换器的主要性能参数有分辨率、转换精度、偏移量转换器的主要性能参数有分辨率、转换精度、偏移量误差和线性度。误差和线性度。(1)分辨率是指能分辨的最小输出模拟增量，即输入数字量的最低有分辨率是指能分辨的最小输出模拟增量，即输入数字量的最低有效位效位(LSB）变化时，所对应的输出模拟量）变化时，所对应的输出模拟量(常为电压常为电压)的变化量。的变化量。(2)转换精度是指满量程时转换精度是指满量程时D/A 转换器的实际模拟输出值和理论值的转换器的实际模拟输出值和理论值的接近程度。接近程
6、度。(3)偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移量。偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移量。(4)线性度是指线性度是指D/A 转换器的实际转换特性曲线和理想曲线之间的最转换器的实际转换特性曲线和理想曲线之间的最大偏差。大偏差。5.4 机电接口机电接口4 4、功率接口功率接口 在机电一体化系统中，执行元件在机电一体化系统中，执行元件(如电机、液压伺服缸等如电机、液压伺服缸等)通通常是功率较大的机电设备，而控制微机发出的控制信号常是功率较大的机电设备，而控制微机发出的控制信号(包括数包括数字控制信号和字控制信号和 D/A 转换获得的模拟控制信号转换获得的模拟控制信号)
7、的功率很小，因此的功率很小，因此控制信号必须通过功率接口电路实现功率放大后才能驱动执行控制信号必须通过功率接口电路实现功率放大后才能驱动执行元件工作。功率接口电路通常可以分为隔离和驱动两部分。元件工作。功率接口电路通常可以分为隔离和驱动两部分。第第5 5章章 接口技术接口技术机电一体化技术机电一体化技术5.5 5.5 总线接口总线接口5.5 总线接口总线接口1 1、串行通信串行通信通信是指计算机与外界的信息交换。根据交换数据的特点，通信分为通信是指计算机与外界的信息交换。根据交换数据的特点，通信分为并行通信和串行通信。并行通信中所传送数据的冬付同时进行发送或接收并行通信和串行通信。并行通信中所
8、传送数据的冬付同时进行发送或接收;串行通信中所传送数据一位一位地依次发送或接收串行通信中所传送数据一位一位地依次发送或接收,如图如图5.39所示。所示。随着科技的发展，机电一体化系统不再只是一个独立的单元，而随着科技的发展，机电一体化系统不再只是一个独立的单元，而是逐步发展成多机、多层的网终控制系统是逐步发展成多机、多层的网终控制系统,原有的机电一体化系统已经原有的机电一体化系统已经转换为整个控制网络的一个执行节点。机电一体化系统中，多机的连接转换为整个控制网络的一个执行节点。机电一体化系统中，多机的连接涌讨满足某种特定通信协议的总线接口实现，其中以串行通信最为常见。涌讨满足某种特定通信协议的
9、总线接口实现，其中以串行通信最为常见。5.5 总线接口总线接口2 2、串行通信标准总线串行通信标准总线在机电一体化系统中在机电一体化系统中,不同设备之间的数据传输不仅需要通不同设备之间的数据传输不仅需要通过电缆实现物理连接过电缆实现物理连接,也需要满足特定数据通信规范。为了降低也需要满足特定数据通信规范。为了降低机电一体化系统通信接口的设计难度机电一体化系统通信接口的设计难度,采用总线标准可实现通信采用总线标准可实现通信接口设计标准化、通用化。只要采用同一接口标准接口设计标准化、通用化。只要采用同一接口标准,通信双方无通信双方无须了解对方的内部结构即可进行软件、硬件设计，为设计人员须了解对方的
10、内部结构即可进行软件、硬件设计，为设计人员带来了极大的方带来了极大的方总线接口总线接口便。便。5.5 总线接口总线接口3 3、USBUSB总线总线USB(Universnl Ceorial Due通田电行总线通田电行总线)是由是由 Intel和和 Microsoft开发的一种高速串行传输总线开发的一种高速串行传输总线,它使用标记分别为它使用标记分别为D+和和D-的双绞线采用半双工差分信号传输数据。的双绞线采用半双工差分信号传输数据。USB具备以下几方面的特点具备以下几方面的特点:(1)USB 设备安装和配置简单。设备安装和配置简单。(2)相对于相对于RS-232C传输速度快。传输速度快。USB
11、2.0协议支持的最高传输协议支持的最高传输速率为速率为480 Mb/s;USB3的最大传输带宽高达的最大传输带宽高达5.0 Gb/s。5.5 总线接口总线接口3 3、USBUSB总线总线(3)USB具有控制模式、同步传输、中断传输和批量传输具有控制模式、同步传输、中断传输和批量传输4种种传输模式，可适应不同传输模式，可适应不同USB具备以下几方面的特点具备以下几方面的特点:(1)USB 设备设备安装和配置简单。安装和配置简单。(4)USB接口具有很强的可扩展性接口具有很强的可扩展性,一个一个 USB 口理论上可以连口理论上可以连接接127个个USB 设备设备,且连接方式十分灵活。且连接方式十分灵活。(5)USB 采用总线独立供电采用总线独立供电,USB接口可以对接口可以对USB设备提供电设备提供电源源,其最大电压为其最大电压为5V,电流为电流为500 mA。
