機(jī)電工程微電子系統(tǒng)接口技術(shù)分析

摘?要：接口技術(shù)是在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來越重要;同時，接口技術(shù)的研究也必然促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展。接口的好與壞直接影響到機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制性能以及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，因此，接口技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章分述了接口技術(shù)的內(nèi)涵、功能、分類，并從微電子系統(tǒng)的角度詳細(xì)分析了接口技術(shù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;接口技術(shù);微電子;系統(tǒng)

一、 機(jī)電一體化系統(tǒng)接口（簡稱機(jī)電接口）的功能

機(jī)電接口傳遞和轉(zhuǎn)換信息和能量，并將機(jī)電一體化各組成技術(shù)的特性融為一體。機(jī)電接口包括硬件和軟件，硬件主要在子系統(tǒng)之間或人與機(jī)電一體化系統(tǒng)之間建立連接，為信息和能量的輸入/輸出、傳遞和轉(zhuǎn)換提供物理通道。軟件主要是提供系統(tǒng)信息交互、轉(zhuǎn)換、調(diào)整的方法和過程，協(xié)調(diào)和綜合機(jī)電一體化組成技術(shù)，使各子系統(tǒng)集成并融合為一個整體，實現(xiàn)新的功能。

二、 機(jī)電接口的分類

（一）人機(jī)接口人與機(jī)電一體化系統(tǒng)之間的接口，通過此接口，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，控制其運(yùn)行過程，即通過人機(jī)接口能夠使系統(tǒng)按照人的意志進(jìn)行工作。人機(jī)接口是雙向的，硬件包括輸入/輸出設(shè)備，主要有顯示屏、鍵盤、按鈕等。

（二）動力接口動力源連接到驅(qū)動系統(tǒng)的接口，為驅(qū)動系統(tǒng)提供相應(yīng)的動力。根據(jù)系統(tǒng)所需的動力類型不同如直流電、交流電、氣動、液壓等，動力接口的形式也有很大的不同。但動力接口有一個共同的特點(diǎn)，能夠通過較大的功率。

（三）智能接口智能接口主要存在于三處，控制系統(tǒng)到驅(qū)動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)到傳感器、傳感器到控制系統(tǒng)。智能接口的應(yīng)用情況相對比較復(fù)雜，但可以得出它的一些共性：智能接口傳遞和轉(zhuǎn)換各種信息，按照不同技術(shù)的要求改變信息形式，使不同的子系統(tǒng)、不同的技術(shù)能夠集成在一起，形成完整的系統(tǒng)。通常，智能接口是軟件表現(xiàn)出的功能連接。

（四）機(jī)電接口執(zhí)行機(jī)構(gòu)與驅(qū)動系統(tǒng)和傳感器之間的接口。將驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的信號，或?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械信號轉(zhuǎn)換成傳感器所需的信號。

三、 機(jī)電一體化控制系統(tǒng)——微電子系統(tǒng)

（一）機(jī)電接口由于機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)在性質(zhì)上有很大差別，兩者間的聯(lián)系須通過機(jī)電接口進(jìn)行調(diào)整、匹配、緩沖，因此機(jī)電接口起著非常重要的作用

1. 行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。一般微機(jī)的I/O芯片都是TTL電平，而控制設(shè)備則不一定，因此必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換;另外，在大負(fù)載時還需要進(jìn)行功率放大。

2. 抗干擾隔離。為防止干擾信號的串入，可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機(jī)系統(tǒng)和控制設(shè)備在電器上加以隔離。

3. 進(jìn)行A/D或D/A轉(zhuǎn)換。當(dāng)被控對象的檢測和控制信號為模擬量時，必須在微機(jī)系統(tǒng)和被控對象之間設(shè)置A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路，以保證微機(jī)所處理的數(shù)字量與被控的模擬量之間的匹配。

（1）模擬信號輸入接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，反映被控對象運(yùn)行狀態(tài)信號是傳感器或變送器的輸出信號，通常這些輸出信號是模擬電壓或電流信號計算機(jī)要對被控對象進(jìn)行控制，必須獲得反映系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)信號，而計算機(jī)只能接受數(shù)字信號，要達(dá)到獲取信息的目的，就應(yīng)將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的接口——模擬信號輸入接口。

（2）模擬信號輸出接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，控制生產(chǎn)過程執(zhí)行器的信號通常是模擬電壓或電流信號，如交流電動機(jī)變頻調(diào)速、直流電動機(jī)調(diào)速器、滑差電動機(jī)調(diào)速器等。而計算機(jī)只能輸出數(shù)字信號，并通過運(yùn)算產(chǎn)生控制信號，達(dá)到控制生產(chǎn)過程的目的，應(yīng)有將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電信號的接口——模擬信號輸出接口。任務(wù)是把計算機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器，達(dá)到控制對象的目的。

（3）開關(guān)信號通道接口。機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，需要經(jīng)常處理一類最基本的輸入/輸出信號，即數(shù)字量（開關(guān)量）信號包括開關(guān)的閉合與斷開;指示燈的亮與滅;繼電器或接觸器的吸合與釋放;電動機(jī)的啟動與停止;閥門的打開與關(guān)閉等。這些信號的共同特征是以二進(jìn)制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)碼的每一位都可以代表生產(chǎn)過程中的一個狀態(tài)，此狀態(tài)作為控制依據(jù)。

（二）人機(jī)接口

1. 撥盤輸入接口

撥盤是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常見的一種輸入設(shè)備，若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù)，如修正系數(shù)、控制目標(biāo)等，采用撥盤較為方便，這種方式具有保持性。撥盤的種類很多，作為人機(jī)接口使用最方便的是十進(jìn)制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機(jī)的并行口或擴(kuò)展口相連，以BCD碼形式輸入信息。

2. 鍵盤輸入接口鍵盤是一組按鍵集合，向計算機(jī)提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤：編碼鍵盤，自動提供被按鍵的編碼（如ASCII碼或二進(jìn)制碼）;

編碼鍵盤，僅僅簡單地提供按鍵的通或斷（“0”或“1”電位），而按鍵的掃描和識別，則由設(shè)計的鍵盤程序來實現(xiàn)。前者使用方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高;后者電路簡單，便于設(shè)計。

3. 輸出接口在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，發(fā)光二極管顯示器（LED）是典型的輸出設(shè)備，由于LED顯示器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高、壽命長、價格便宜，因此使用廣泛。常用的LED顯示器有7段發(fā)光二極管和點(diǎn)陣式LED顯示器。7段LED顯示器原理很簡單，是同名管腳上所加電平高低來控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同字形的。點(diǎn)陣式LED顯示器一般用來顯示復(fù)雜符號、字母及表格等，在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]畢振明.關(guān)于機(jī)電一體化中接口技術(shù)的探討[J].輕工設(shè)計，2011（6）：14.

作者簡介：高明，男，河北保定人，研究方向：機(jī)電工程。