接口技术主要研究机电一体化系统当中的关于接口的一些问题, 能使系统中的能量与信息的转换与传递更顺畅以及能使各个部分能有机结合起来形成统一的整体。接口技术既可以促进机电一体化的发展, 又可以使机电一体化技术得到迅速的发展。也可以说对机电一体化系统进行设计也就是按功能要求先对各个部分进行选择, 后进行接口设计。之所以说接口技术是机电一体化系统的关键的部分是因为接口的好坏会对系统的运行以及机电一体化系统的性能控制产生重要的直接的影响。
1 接口的定义与接口的方式
(1) 机电一体化系统是由各个不同的要素以及子系统所组成的, 是一个不可分割的整体, 各要素以及各个子系统间需要顺利进行能量与物质以及信息的交换与传递。故各个子系统与各个要素需要有联系的条件在系统的相连处, 从而可以满足系统正常工作需求实现相互之间的信息以及能量与物质的交换和传递。其中所不同子系统以及要素的转换与连接的部分可以成为接口。
(2) 机电一体化系统的接口方式分间接接口与直接接口两种方式。 (1) 所谓间接式接口指借助相应的子系统与要素以及中间系统各个接口部分进行连接的方式。此类型接口尤其在机电一体化系统中应用更为广泛。此接口不仅能对数据以及信息进行处理, 还可以对信息以及数据进行传递。以便能使各个子系统形成一个不可分割的有机整体。它可以是一台设备, 还可以是具备一定功能的部件。另外接口也能是计算机程序。接口程序主要连接计算机的各个子程序。从广义上说, 接口系统导出都有。所构成的每一个输出以及输入口作为它的接口。如果系统由多个子系统以及许多要素构成, 就可以把每个子系统以及要素看做是个子系统间以及前后两个要素的接口。 (2) 直接式接口。利用子系统或要素本身具有接口性能的那一部分进行连接, 这种连接方式的接口称为直接式接口。直接式接口只能传递信息而不能进行信息转换。例如:电气连接中的插座、插头、电缆等;机械连接中的铆钉、销、螺钉等都是直接接口方式。
2 微机系统的接口技术
(1) 计算机接口通常指所有的外部设备与中央处理器相互连接的部分器件与电路。它是外部设备与计算机进行信息交换的一个桥梁, 又是构成计算机系统的重要的逻辑的部件。严格地说, 接口也包括计算机的存储器接口, 使其将程序、原始数据、计算机处理结果送到输出设备, 以便显示、打印和实现各种控制。计算机的输入设备和输出设备均通过计算机接口交换信息。在微型计算机与外部设备间的接口中, 数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器分别对应于数据端口、状态端口和控制端口。为了便于访问, 每个寄存器都设有端口地址。C PU通过对IP接口的端口地址的寻址, 来与外设交换信息。微型计算机就是采用这种传递方式实现输入/输出。CPU都要通过接口才能与外设连接, 加上驱动接口所需的软件, 构成了计算机系统的接口技术。
(2) 计算机系统的接口, 按功能可分为通用接口和专用接口两大类。
(1) 计算机系统的通用接口。通用接口适用于大部分外设, 可分为串行接口和并行接口两种。在串行接口中, CPU与接口之间的数据是并行传送的, 而接口与外设之间的数据则是一位接一位串行传送的。在并行接口中, 可同时从接口输入与输出一个字节的信息 (即一个8位二进制数) 。在机电一体化系统中, 使用最普遍的通用接口是可编程接口PPI, 如可编程并行接口芯片8255A。PPI的输入/输出动作由微机的程序控制, 传感器、执行元件与微机之间通过转换接口电路与PPI相连, 信息的输入/输出非常方便。
(2) 计算机系统专用的接口。此类接口知识用于某微处理器以及某台外设。例如:面向外设的接口有可编程的CRT控制器827 5以及可编程的软盘控制器82 71等, 面向微机的可编程计数器等一般都是用来对中央处理器的功能进行加强。此外, 在实时控制系统中专为某个被控制对象而设计的接口, 也属于专用接口范畴。
(3) A/D转换扩展接口技术。A/D转换是微型机控制系统及检测系统的重要接口之一。在检测系统中, 当测量温度、压力、流量、重量、位置、成分、电压、位移、转速等未知参数时, A/D转换器的任务就是把传感器输出的电流或电压信号变换成数字量, 以便进行控制和计算。A/D转换器芯片种类繁多, 接输出的数字信号位数, 有4、8、10、12、16位等, 按转换原理分为逐次比较式、双积分式、量化反馈式和并行式等多种。
3 机电接口
开关信号的通道接口。在机电一体化系统控制中, 要经常对输入以及输出的信号进行处理。数字量包括指示灯的熄灭与明亮, 开关的断开和闭合, 继电器的释放以及吸合, 电动机的停止以及启动和阀门的关闭以及打开等。这些信号主要以二进制的逻辑“0”与“1”出现。在机电一体化的控制系统中, 对二进制数码中的每位都会作为一个状态存在, 作为控制的依据。
模拟信号输入接口。在机电一体化系统中, 反映被控对象运行状态信号是传感器或变送器的输出信号, 通常这些输出信号是模拟电压或电流信号 (如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等) 计算机要对被控对象进行控制, 必须获得反映系统运行的状态信号, 而计算机只能接受数字信号, 要达到获取信息的目的, 就应将模拟电信号转换为数字信号的接口——模拟信号输入接口。而计算机只能输出数字信号, 并通过运算产生控制信号, 达到控制生产过程的目的, 应有将数字信号转换成模拟电信号的接口——模拟信号输出接口。任务是把计算机输出的数字信号转换为模拟电压或电流信号, 以便驱动相应的执行器, 达到控制对象的目的。模拟信号输出接口一般由控制接口、数字模拟信号转换器、多路模拟开关和功率放大器几部分构成。
4 结语
机电一体化系统是由各许多要素和各种不同的子系统组成的, 它是一个将机械、电子和信息等各种技术融合为一体的综合有机的整体, 各要素之间与各子系统之间必须能够顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换。因此, 在机电一体化系统中, 各要素与子系统相连处的接口技术是很重要的, 接口技术是实现相互间的物质、能量和信息的传递与交换, 以满足系统正常工作时的需要, 从而完成所要求的动作或功能。
摘要：文章对接口的方式以及定义进行了论述, 并对微机系统的接口技术进行阐述, 并对机电接口进行了分析, 介绍了模拟信号的输入接口与输出接口以及开关信号的通道接口。最后指出机电一体化系统是由各种子系统所构成的, 它是一个综合的有机整体, 需要各要素以及各子系统间能顺利进行物质与能量以及信息的交换和传递。
关键词：机电一体化,接口,技术
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