机电一体化 人机接口设计.ppt

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人机接口设计
胡永旭
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本节重点
了解人机接口的类型及特点
掌握输入接口的几种典型类型及设计方法
掌握输出接口的几种典型类型及设计方法
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人机接口类型及特点
人机接口是操作者与机电系统(主要是控制)之间进行信息
交换的接口。
按照信息传递的方式分为两大类:
输入接口
输出接口
通过输入接口向系统输入各种控制命令和参数,对
系统进行控制。
通过输出接口向操作者反映系统的各个状态和参数以
及结果等信息。
常用输入设备
控制开关
拨码码盘
键盘
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人机接口的特点
专用性
低速性
高性能性价格比
人机接口的设计方案要根据产品的要求而定。对
二值性的控制参数,可采用控制开关;对一些少
量的数值参数可使用拨码码盘;当系统要求输入
控制命令和参数较多时,可使用行列式键盘。
与控制微机的工作速度相比,大多数人机接口设
备的工作速度是很低的,在进行人机接口设计时
,要考虑速度匹配问题。
由于机电的结合,大大强化了机械系统的功
能,使整个机电系统具有高性能的价格比。
所以在人机接口设计时,输入/输出设备也应
以小型、微型、廉价为原则。
输入接口设计
左图为一简单开关输入电路,通过对A点电位进行检测,从而判断开关的状态。上拉电阻R的阻值越小,当开关处于断开状态(OFF)时,被传输的高电平值越高,但是当开关处于闭合状态(ON)时,流过开关触电的电流就越大。因此当采用这种电路时,上拉电阻的阻值应在全面考虑开关的触电电流和整个电路的功耗电流后再确定。
开关输入接口设计
R:上拉电阻
OFF:高电平
ON: 低电平
输入口
输入
波形
A
简单的开关输入电路
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当开关电路使用带机械触电的开关时,在开关进行开、闭的瞬间,由于开关簧片的反弹会导致输出信号的抖动,即开关的触电在开、闭操作的瞬间,因机械振动会导致输出信号产生不规则的波动,由于开关的抖动使输入微机的信号变成如右图所示的波形。
进行实际接口设计时可以采用以下
两种方法去抖:
软件去抖,通过程序对输入
的开关信号进行处理,在检测到
开关状态后,延时一段时间以进
行检测,若两次检测到的开关状
态相同则认为有效,否则按抖动
处理。
硬件去抖,采用如右图所示
的去抖电路。
开关:OFF
高电平
低电平
开关:ON
开关:OFF
开关:ON
发生抖动的时
间在10ms以下
OFF
ON
积分后
的输出
史密斯触
发器的输出
史密斯
触发器
积分电路
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拨盘输入接口设计
BCD码拨盘的结构
BCD码结构如右图:
它由处于前面板的拨码盘和处于后侧
板的接线端组成。拨码盘由上下两个
拨盘按钮和夹在按钮中间的拨位数码
指示器组成。拨位数码指示器是可随
拨盘的拨动进行转动0~9十个数字,用
以显示拨码盘当前数值。上面的拨码
按钮为增量按钮,每按下一次,拨码盘
正相旋转1/10周,拨位数码指示器显示
的数值加1,连续按十次,数据将被还原;
下面的拨码按钮为减量按钮,每按下一
次,拨码盘反相旋转1/10周,拨位数码指
示器显示的数值减1。接线端向外引出
标有8、4、2、1、A的五个引脚。在实
际应用中,BCD拨码盘可以直接插入
BCD拨码盘插座中使用,也可以采取
从5个引脚上分别焊接引线的方式使用.
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位置
8
4
2
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
l
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
l
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
BCD拨码盘的接线端是当前拨码盘位置的反映,拨码盘数码显示的数值直接
影响8、4、2、1四个引脚与公共引脚A的导通状态,例如,当前拨码盘拨位数
码指示器的显示数据为7时,上图中的4、2、1引脚均与A导通,8引脚与A不导
通;当前拨码盘拨位数码指示器的显示数据为4时,仅有4引脚与A导通,其余三
个引脚与A均不导通。拨码盘从0拨到9,A引脚与8、4、2、1四个引脚的导通
的状态如上表所示。此表中的0表示输入控制线A与输出线不通,表中的1表示
输入控制线A与输出线相通。