機電工程微電子系統(tǒng)接口技術(shù)分析

摘?要：接口技術(shù)是在機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來越重要;同時，接口技術(shù)的研究也必然促進機電一體化的發(fā)展。接口的好與壞直接影響到機電一體化系統(tǒng)的控制性能以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，因此，接口技術(shù)是機電一體化系統(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)的角度詳細分析了接口技術(shù)。

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

一、 機電一體化系統(tǒng)接口（簡稱機電接口）的功能

機電接口傳遞和轉(zhuǎn)換信息和能量，并將機電一體化各組成技術(shù)的特性融為一體。機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、 機電接口的分類

（一）人機接口人與機電一體化系統(tǒng)之間的接口，通過此接口，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，控制其運行過程，即通過人機接口能夠使系統(tǒng)按照人的意志進行工作。人機接口是雙向的，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，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）機電接口執(zhí)行機構(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)行機構(gòu)所需的信號，或?qū)?zhí)行機構(gòu)的機械信號轉(zhuǎn)換成傳感器所需的信號。

三、 機電一體化控制系統(tǒng)——微電子系統(tǒng)

（一）機電接口由于機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)在性質(zhì)上有很大差別，兩者間的聯(lián)系須通過機電接口進行調(diào)整、匹配、緩沖，因此機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，因此必須進行電平轉(zhuǎn)換;另外，在大負載時還需要進行功率放大。

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系統(tǒng)和控制設(shè)備在電器上加以隔離。

3. 進行A/D或D/A轉(zhuǎn)換。當被控對象的檢測和控制信號為模擬量時，必須在微機系統(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。在機電一體化系統(tǒng)中，反映被控對象運行狀態(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要對被控對象進行控制，必須獲得反映系統(tǒng)運行的狀態(tài)信號，而計算機只能接受數(shù)字信號，要達到獲取信息的目的，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，如交流電動機變頻調(diào)速、直流電動機調(diào)速器、滑差電動機調(diào)速器等。而計算機只能輸出數(shù)字信號，并通過運算產(chǎn)生控制信號，達到控制生產(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，達到控制對象的目的。

（3）開關(guān)信號通道接口。機電一體化系統(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制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。在機電一體化控制系統(tǒng)中，對應(yīng)二進制數(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）人機接口

1. 撥盤輸入接口

撥盤是機電一體化系統(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，作為人機接口使用最方便的是十進制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機的并行口或擴展口相連，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)復雜，成本高;后者電路簡單，便于設(shè)計。

3. 輸出接口在機電一體化系統(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)光二極管是否點亮而顯示不同字形的。點陣式LED顯示器一般用來顯示復雜符號、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：

[1]畢振明.關(guān)于機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：機電工程。