《機(jī)電一體化技術(shù)》課件-第五章 5.4、5.5章

第5章接口技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)5.4機(jī)電接口5.4機(jī)電接口1、機(jī)電接口類型及特點(diǎn)根據(jù)信號(hào)的傳遞方向,機(jī)電接口可分為信息采集接口(傳感器接口)與控制輸出接口。1.信息采集接口機(jī)電一體化系統(tǒng)中,控制微機(jī)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有效控制,必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。各類參數(shù)的獲得必須通過傳感器將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),經(jīng)過信息采集接口的整形、放大、匹配、轉(zhuǎn)換,變成控制微機(jī)可以接收的信號(hào)。2.控制輸出接口控制微機(jī)通過信息采集接口檢測(cè)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(hào),經(jīng)過控制輸出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大,驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件去調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),使其按設(shè)計(jì)要求運(yùn)行。5.4機(jī)電接口開關(guān)量數(shù)字量模擬量緩沖器緩沖器緩沖器

放大采樣-保持A/D控制微機(jī)信息采集接口各類傳感信號(hào)與控制微機(jī)接口5.4機(jī)電接口功率放大隔離D/A功率放大控制輸出接口控制輸出接口的不同形式控制微機(jī)電動(dòng)機(jī)繼電器步進(jìn)電機(jī)5.4機(jī)電接口2、A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成n位二進(jìn)制數(shù)字量，是信息采樣接口中的核心器件,其轉(zhuǎn)換過程分為采樣與保持、量化和編碼,具體如下。(1)采樣是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的模擬信號(hào)。(2)采樣后的信號(hào)雖然時(shí)間上不連續(xù)，但幅值仍然連續(xù)，仍為模擬信號(hào)，必須經(jīng)過量化轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，才能送入計(jì)算機(jī)(3)編碼就是將量化的結(jié)果進(jìn)行二進(jìn)制編碼。5.4機(jī)電接口3、D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字電信號(hào)到模擬電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，是整個(gè)輸出通道的核心環(huán)節(jié)。D/A轉(zhuǎn)換器的分類：

【1】按照輸出信號(hào)類型，分為電流輸出型和電壓輸出型轉(zhuǎn)換器。【2】按照分辨率,可分為8位、10位、12位、16位D/A5.4機(jī)電接口3、D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)有分辨率、轉(zhuǎn)換精度、偏移量誤差和線性度。(1)分辨率是指能分辨的最小輸出模擬增量，即輸入數(shù)字量的最低有效位(LSB）變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量(常為電壓)的變化量。(2)轉(zhuǎn)換精度是指滿量程時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際模擬輸出值和理論值的接近程度。(3)偏移量誤差是指輸入數(shù)字量為零時(shí)，輸出模擬量對(duì)零的偏移量。(4)線性度是指D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想曲線之間的最大偏差。5.4機(jī)電接口4、功率接口

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件(如電機(jī)、液壓伺服缸等)通常是功率較大的機(jī)電設(shè)備，而控制微機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)(包括數(shù)字控制信號(hào)和D/A轉(zhuǎn)換獲得的模擬控制信號(hào))的功率很小，因此控制信號(hào)必須通過功率接口電路實(shí)現(xiàn)功率放大后才能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件工作。功率接口電路通?？梢苑譃楦綦x和驅(qū)動(dòng)兩部分。第5章接口技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)5.5總線接口5.5總線接口1、串行通信通信是指計(jì)算機(jī)與外界的信息交換。根據(jù)交換數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，通信分為并行通信和串行通信。并行通信中所傳送數(shù)據(jù)的冬付同時(shí)進(jìn)行發(fā)送或接收;串行通信中所傳送數(shù)據(jù)一位一位地依次發(fā)送或接收,如圖5.39所示。隨著科技的發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)不再只是一個(gè)獨(dú)立的單元，而是逐步發(fā)展成多機(jī)、多層的網(wǎng)終控制系統(tǒng),原有的機(jī)電一體化系統(tǒng)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)。機(jī)電一體化系統(tǒng)中，多機(jī)的連接涌討滿足某種特定通信協(xié)議的總線接口實(shí)現(xiàn)，其中以串行通信最為常見。5.5總線接口

2、串行通信標(biāo)準(zhǔn)總線在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸不僅需要通過電纜實(shí)現(xiàn)物理連接,也需要滿足特定數(shù)據(jù)通信規(guī)范。為了降低機(jī)電一體化系統(tǒng)通信接口的設(shè)計(jì)難度,采用總線標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)通信接口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。只要采用同一接口標(biāo)準(zhǔn),通信雙方無須了解對(duì)方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)即可進(jìn)行軟件、硬件設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員帶來了極大的方總線接口便。5.5總線接口

3、USB總線USB(UniversnlCeorialDue通田電行總線)是由Intel和Microsoft開發(fā)的一種高速串行傳輸總線,它使用標(biāo)記分別為D+和D-的雙絞線采用半雙工差分信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)。USB具備以下幾方面的特點(diǎn):(1)USB設(shè)備安裝和配置簡(jiǎn)單。(2)相對(duì)于RS-232C傳輸速度快。USB2.0協(xié)議支持的最高傳輸速率為480Mb/s;USB3的最大傳輸帶寬高達(dá)5.0Gb/s。5.5總線接口

3、USB總線(3)USB具有控制模式、同步傳輸、中斷傳輸和批量傳輸4種傳輸模式，可適應(yīng)不同USB具備以下幾方面的特點(diǎn):(1)USB設(shè)備安裝和配置簡(jiǎn)單。(4)USB