《機電一體化技術(shù)》課件-第五章 5.4、5.5章

第5章接口技術(shù)機電一體化技術(shù)5.4機電接口5.4機電接口1、機電接口類型及特點根據(jù)信號的傳遞方向,機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.信息采集接口機電一體化系統(tǒng)中,控制微機為了實現(xiàn)對機械執(zhí)行機構(gòu)的有效控制,必須實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行參數(shù)。各類參數(shù)的獲得必須通過傳感器將物理信號轉(zhuǎn)換為電信號,經(jīng)過信息采集接口的整形、放大、匹配、轉(zhuǎn)換,變成控制微機可以接收的信號。2.控制輸出接口控制微機通過信息采集接口檢測機械系統(tǒng)的狀態(tài)，經(jīng)過運算處理,發(fā)出有關(guān)控制信號,經(jīng)過控制輸出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大,驅(qū)動執(zhí)行元件去調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行狀態(tài),使其按設(shè)計要求運行。5.4機電接口開關(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控制微機信息采集接口各類傳感信號與控制微機接口5.4機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電動機繼電器步進電機5.4機電接口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)采樣是將模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的模擬信號。(2)采樣后的信號雖然時間上不連續(xù)，但幅值仍然連續(xù)，仍為模擬信號，必須經(jīng)過量化轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，才能送入計算機(3)編碼就是將量化的結(jié)果進行二進制編碼。5.4機電接口3、D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器用來實現(xiàn)數(shù)字電信號到模擬電信號的轉(zhuǎn)換，是整個輸出通道的核心環(huán)節(jié)。D/A轉(zhuǎn)換器的分類：

【1】按照輸出信號類型，分為電流輸出型和電壓輸出型轉(zhuǎn)換器?！?】按照分辨率,可分為8位、10位、12位、16位D/A5.4機電接口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，所對應(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D/A轉(zhuǎn)換器的實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，輸出模擬量對零的偏移量。(4)線性度是指D/A轉(zhuǎn)換器的實際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想曲線之間的最大偏差。5.4機電接口4、功率接口

在機電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件(如電機、液壓伺服缸等)通常是功率較大的機電設(shè)備，而控制微機發(fā)出的控制信號(包括數(shù)字控制信號和D/A轉(zhuǎn)換獲得的模擬控制信號)的功率很小，因此控制信號必須通過功率接口電路實現(xiàn)功率放大后才能驅(qū)動執(zhí)行元件工作。功率接口電路通?？梢苑譃楦綦x和驅(qū)動兩部分。第5章接口技術(shù)機電一體化技術(shù)5.5總線接口5.5總線接口1、串行通信通信是指計算機與外界的信息交換。根據(jù)交換數(shù)據(jù)的特點，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)的冬付同時進行發(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，機電一體化系統(tǒng)不再只是一個獨立的單元，而是逐步發(fā)展成多機、多層的網(wǎng)終控制系統(tǒng),原有的機電一體化系統(tǒng)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為整個控制網(wǎng)絡(luò)的一個執(zhí)行節(jié)點。機電一體化系統(tǒng)中，多機的連接涌討滿足某種特定通信協(xié)議的總線接口實現(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。為了降低機電一體化系統(tǒng)通信接口的設(shè)計難度,采用總線標(biāo)準(zhǔn)可實現(xiàn)通信接口設(shè)計標(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方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)即可進行軟件、硬件設(shè)計，為設(shè)計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傳輸數(shù)據(jù)。USB具備以下幾方面的特點:(1)USB設(shè)備安裝和配置簡單。(2)相對于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:(1)USB設(shè)備安裝和配置簡單。(4)USB