新疆大学：《机电一体化技术》课程教学课件（PPT讲稿）第三章 接口设计

内容提要 本章将详细讨论机电一体化系统中常用 人机接口与机电接口的类型、各种接口的设 机电一体化技术基础第三章接口设计 计、工作原理及应用

内容提要 本章将详细讨论机电一体化系统中常用 人机接口与机电接口的类型、各种接口的设 计、工作原理及应用

目录 第一节概述 补充内容MCS51单片微机 机电一体化技术基础第三章接口设计 第二节人机接口设计 第三节机电接口设计

目录 ❖ 第一节 概述 ❖ 补充内容 MCS51单片微机 ❖ 第二节 人机接口设计 ❖ 第三节 机电接口设计

第一节概述 机 接口设计的重要性 电一 一个机电一体化产品由机械分系统和微电子分系统（控制 微机)两大部分组成，二者又分别由若干要素构成。要将各要 素、各子系统有机地结合起来，构成一个完整的系统，就必 技术基础 须能顺利地在各要素、各子系统之间进行物质、能量和信息 的传递与交换。为此，各要素和子系统的相接处必须具备一 定的联系条件，这个联系条件通常被称为接口。 因此也可以把机电一体化产品看成是由许多接口将组成 第三章接口设计 产品的各要素的输入/输出联系为一体的系统

第一节 概 述 一、接口设计的重要性 一个机电一体化产品由机械分系统和微电子分系统(控制 微机)两大部分组成，二者又分别由若干要素构成。要将各要 素、各子系统有机地结合起来，构成一个完整的系统，就必 须能顺利地在各要素、各子系统之间进行物质、能量和信息 的传递与交换。为此，各要素和子系统的相接处必须具备一 定的联系条件，这个联系条件通常被称为接口。 因此也可以把机电一体化产品看成是由许多接口将组成 产品的各要素的输入／输出联系为一体的系统

第一节概述 机 二、接口的分类和特点 机电一体化产品接口的分类方法较多，比如根据接口的 电一体化技术基础第三章接口设计 变换和调整功能，可将接口分为： 零接口（无变换和调整功能，如：插座、导线等） 被动接口（用被动要素进行变换、调整，如变压器、减速器等） 主动接口（含能动要素，主动进行匹配的接口，如：放大器、AWD 转换器等) 智能接口（含微处理器，可编程或可适应性地改变接口条件，如 PPI8255、STD总线等)

二、接口的分类和特点 机电一体化产品接口的分类方法较多，比如根据接口的 变换和调整功能，可将接口分为: 零接口 (无变换和调整功能，如：插座、导线等) 被动接口(用被动要素进行变换、调整，如变压器、减速器等) 主动接口(含能动要素，主动进行匹配的接口，如：放大器、A/D 转换器等) 智能接口(含微处理器，可编程或可适应性地改变接口条件，如 PPI8255、STD总线等) 第一节 概 述

第一节概述 二、 接口的分类和特点 根据接口的输入输出功能，可将接口分为： 电一体化技术基础 机械接口（进行机械连接的接口，如：管接头、联轴器等） 物理接口（受通过接口部位的物质、能量与信息的具体形态和物理 条件约束的接口，如：气压表、水表等) 信息接口（受规格、标准、语言、符号等逻辑、软件约束的接口， 如：GB、ASCIⅡ码、Basic等) 第三章 环境接口（对周围环境条件有保护作用和隔绝作用的接口，如：防 尘过滤器、防爆开关等) 接口设计 本书按照接口所联系的子系统不同，以控制微机（微电 子系统)为出发点，将接口分为人机接口与机电接口两大类

二、接口的分类和特点 根据接口的输入输出功能，可将接口分为： 机械接口(进行机械连接的接口，如：管接头、联轴器等) 物理接口(受通过接口部位的物质、能量与信息的具体形态和物理 条件约束的接口，如：气压表、水表等) 信息接口(受规格、标准、语言、符号等逻辑、软件约束的接口， 如：GB、ASCII码、Basic等) 环境接口(对周围环境条件有保护作用和隔绝作用的接口，如：防 尘过滤器、防爆开关等) 本书按照接口所联系的子系统不同，以控制微机(微电 子系统)为出发点，将接口分为人机接口与机电接口两大类。 第一节 概 述

第一节概述 机 机电接口：按信息和能量的传递方向，可分为信息采集接口（传感 电 器接口)与控制输出接口。控制微机通过信息采集接口接受传感 器输出信号，检测机械系统运行参数，经过运算处理后，发出有 关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动 化 执行元件来调节机械系统的运行状态，使其按要求动作。 人机接口：包括输出接口与输入接口两类，通过输出接口，操作 者对系统的运行状态、各种参数进行监测；通过输入接口，操作 者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制。 基础第三章接口设计 人机对话设备 人机接口 控制微机 传器 执行 机械分系统 接口 元件 机电接口 图3-1 机电 ·体化系统的基本组成

机电接口：按信息和能量的传递方向，可分为信息采集接口(传感 器接口)与 控制输出接口。控制微机通过信息采集接口接受传感 器输出信号，检测机械系统运行参数，经过运算处理后，发出有 关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动 执行元件来调节机械系统的运行状态，使其按要求动作。 人机接口：包括输出接口与输入接口两类，通过输出接口，操作 者对系统的运行状态、各种参数进行监测；通过输入接口，操作 者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制。 第一节 概 述

补充内容：MCS51单片微机 P1.0 Vec Vs Vee RST/VrD P]. 39 F00 P0-I XTALI P1 3- F0-2 机电一体化技术基础第三章接口设计 .4 36 P03 P1.5 3 P04 XTAL: P1:6 P0.5 (地址/数 P1,7- P0,6 AYm← P0.7 折总线) RST/Vrp 边 SEN◆ P30RX物 10 3引 Vm函 P3*1/TD一 1 3D一ALE,PRO ALE/PROG+ 食I口 P3·2WT 12 29 ·SEN p33T的 RXD一 (I0镜) 28一 27 TXD+ P34T一 27一26 师 35T1 26-P25 的口 P34W丽 6 P24 (011T, 度今2n P3,7迈 17 24 P23 XTAL:- 3 P22 (地址总线) XTALI一 9 21 吸 Vss 2 P2-0

补充内容 : MCS51单片微机

MCS51单片微机 机 )主电源引脚 电 VSs-(20脚)：电路地电平 Vcc-(40脚)：正常运行和编程校验(8051/8751)时为+5V电 体化技 源. 2)外接晶振或外部振荡器引脚 XTAL1一(19脚)：接外部晶振的一个引脚。. 在单片微机内 荡察是当来痛梨酪余雾入是引斋态接 是业金相效器的输入端 这个放大器构成了片内 XTAL2-(18脚)：接外部晶振的另一个引脚.在片内接至振荡 器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端.当采用 三章接口设计 外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入·

MCS51单片微机 1) 主电源引脚 Vss-(20脚)：电路地电平 Vcc-(40脚)：正常运行和编程校验(8051／8751)时为+5V电 源． 2) 外接晶振或外部振荡器引脚 XTAL1—（19脚）：接外部晶振的一个引脚。在单片微机内 部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内 振荡器．当采用外部振荡器时，此引脚应接地． XTAL2-(18脚)：接外部晶振的另一个引脚．在片内接至振荡 器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端．当采用 外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入．

MCS51单片微机 3)控制、选通或电源复用引脚 电一体化 RST/Vpo-(9脚)：RST即Reset(复位)信号输入端.振荡器工 作时，由该引脚输入脉宽2个以上机器周期的高电平时复位单 片微机.当外部在RST与Vcc之间接一个电容（约1OPF)和在 RST与Vss之间接一个电阻约8.2k2)时，就可实现加电复位功 术基础 能. Vp为备用电源输入端，即当Vcc掉电时，由此引脚提供备用电 源，以保持内部RAM的信息 ALE/PROG-(30脚)：ALE,允许地址锁存信号输出.当访问 外部存储器时，ALE信号的负跳变将PO口上的低8位地址送入 三章接口设计 锁存器。在非访问外部存储器期间；

MCS51单片微机 3)控制、选通或电源复用引脚 RST／VPD-(9脚)：RST即Reset(复位)信号输入端．振荡器工 作时，由该引脚输入脉宽2个以上机器周期的高电平时复位单 片微机．当外部在RST与VCC之间接一个电容(约10PF)和在 RST与VSS之间接一个电阻(约8.2k)时，就可实现加电复位功 能． VPD为备用电源输入端，即当Vcc掉电时，由此引脚提供备用电 源，以保持内部RAM的信息 ALE／PROG-(30脚): ALE，允许地址锁存信号输出．当访问 外部存储器时，ALE信号的负跳变将P0口上的低8位地址送入 锁存器。在非访问外部存储器期间；

MCS51单片微机 ALE仍以1/6振荡频率固定不变的速率输出，因而它 能作外部时钟或定时信号用.当访问外部数据存储 器时，将以1/12振荡频率输出.PROG为编程脉冲 电一体化技术基础第三章接口设计 输入端，即当选用8751单片微机时，对片内程序存 储器进行编程时，由此引脚输入编程脉冲， PSEN-(29脚)，访问外部程序存储器选通信号，低 电平有效.在访问外部程序存储器读取指令码时， 每个机器周期产生二次PSEN信号.在执行片内程序 存储器取指令时，不产生PSEN信号，在访问外部 数据存储器时，亦不产生PSEN信号

MCS51单片微机 ALE仍以1/6振荡频率固定不变的速率输出，因而它 能作外部时钟或定时信号用．当访问外部数据存储 器时，将以1/12振荡频率输出． PROG为编程脉冲 输入端，即当选用8751单片微机时，对片内程序存 储器进行编程时，由此引脚输入编程脉冲． PSEN-(29脚)，访问外部程序存储器选通信号，低 电平有效．在访问外部程序存储器读取指令码时， 每个机器周期产生二次PSEN信号．在执行片内程序 存储器取指令 时，不产生PSEN信号，在访问外部 数据存储器时，亦不产生PSEN信号．