机电一体化的人机接口设计

     机电一体化系统通常都由许多要素和子系统构成，为了确保各个要素与系统之间能够顺利的进行信息，物质能量的传输和转换，在它们之间必须具备有一定的联系条件，这些联系条件都统称为接口。
    
     机电一体化系统的基本组成
     接口的分类
     按接口的变换和调整功能分为零接口、被动接口 、主动接口 、智能接口。
     按接口的输入输出功能分为机械接口 、物理接口 、信息接口 、环境接口 。
     按接口所联系的子系统不同分为人机接口 、机电接口。
     按信息和能量的传递方向信息采集接口、控制输出接口 。
     任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接。
     为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。
     总线的主要功能是传送数据，总线的数据传送能力如何，可以用以下3个主要指标来衡量：
     （1）总线宽度
     （2）总线频率
     （3）总线带宽
     1、ISA总线
     ISA（industrial standard architecture）总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。
     2、VESA 总线
     VESA（video electronics standard association）总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种基于80486CPU的32位局部总线，简称为VL (VESA local bus) 总线。
     3、PCI总线
     PCI（peripheral component interconnect）总线是当前最流行的总线之一。
     它支持33MHZ的时钟频率，定义了32位数据总线，且可扩展为64位。
     PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率为132MB/s，可同时支持多组外围设备。
     4、AGP标准
     随着90年代Pentium系列微处理器的出现，要求的总线频率都在66MHz或者66MHz以上，由于PCI总线的频率只有33MHz，这样就成了超高速系统的一个传送瓶颈，为了解决这个问题，而推出了AGP（Accelerated Graphics Port）标准。
     5、STD总线
     STD总线是美国PRO-LOG公司1978年推出的一种工业控制微型机的标准系统总线。
     STD总线采用小板结构，高度模块化，是一种以小尺寸插板结合LSI技术建立了一种以功能模块的方法来进行面向控制的系统设计。STD它被国际标准化会议定名为IEEE961。
     人机接口是检测与仪器系统不可缺少的重要组成部分，它是操作者与机电一体化系统之间进行信息交换的接口，按照信息的传递方向，可以分为两大类：输入接口和输出接口。
     1、输入接口
     在机电一体化系统中，常见的输入设备有控制开关，按键，键盘等，它们共同的特点就是在CPU允许输入接口进行数据输入的时候，将外设的数据传送到数据总线上。
    
     简单的开关输入电路
     软件去抖 通过程序对输入的开关信号进行处理．也能够去除下图所示中因开关抖动引起的读取错误，这种方法称为软件去抖。软件去抖办法是在检测到开关状态后，延时一段时间行进行检测，若两次检测到的开关状态相同则认为有效，否则按键抖动处理。延时时间应大于抖动时间。
    
     硬件去抖电路及工作原理
     键盘输入接口设计：键码识别就是判断闭合键的代码，通常有2种方法，一种是通过硬件电路来识别——称为编码键盘；另一种是通过软件方法来识别——成为非编码键盘。
     行扫描法
     （1）判断键盘中有无键按下
     将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。
     （2）判断闭合键所在的位置
     在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。
     2、输出接口
     从计算机输出的数据，要经过输出口传输给输出设备，输出接口是操作者对机电一体化系统进行检测和控制的接口，通过输出接口，系统向操作者显示自身的运行状态，参数和运行结果等，并进行故障报警。
    
     上图为七段LED显示器的结构图。将发光二极管组成阵列，封装于标准外壳内，可构成各种发光二极管显示器，即LED显示器。机电系统中的人机接口中，以七段LED显示器最为常用。为适应不同驱动电路，引线有共阳极和共阴极两种结构。用七段LED显示器可以显示0~9等十个数字和少数字母。显示器中还有一个小数点显示段，所以共计八段，分别用及表示。
     七段LED显示器的接口设计有两个任务：
     提供正确的驱动逻辑
     提供LED显示器的工作电流
     1) 静态显示概念
     静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。
     2) 动态显示概念
     动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示，必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码。依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符。虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人以同时显示的感觉。