五、数字输入接口
以下几节讲述机器人控制电路（微控制器、计算机或微控制器）的数字输入端的常见连接方法。
1．基本接口概念
开关和其他严格意义上的数字（通／断）传感器可以方便地连接到控制电路。下图说明其中的各种方法，包括开关式传感器的直接连接、开关消颤器接口和缓冲器接口，建议多采用缓冲器以把输入源与控制电路隔开。
2．不同电压电平的接口
某些数字输入设备的工作电压可以不同于控制电路的工作电压。如果您把电压源差别很大的部件连接在一起，输入设备或控制电路就可能发生错误的动作甚或损坏。这样的一些接口需要所谓的逻辑翻译电路。有几种集成电路可以提供这些功能。您可以利用标准的CMOS和TTL逻辑芯片做成所需的大多数接口。
上图说明使用不同电源的TTL电路（5伏）如何与CMOS电路连接（即使两种电路都用+5伏电源，也要用这个电路）。下图有异曲同工之妙，是如何把使用不同电源的CMOS电路转换到1-1-L电路。
3．使用光电隔离器
请注意以上两个电路都有公共地。您可能需要使输入部分的电源和控制电路的电源完全分开。最容易的做法是使用现成的光电耦合器，其封装与lC封装一样。下图说明光电隔离器的基本概念：输入源控制发光二极管，而控制电路的输入端连至光电隔离器的光检测器。 请注意，由于光电隔离器的每一侧各有自已的电源，所以可以用这些器件来进行简单的电平移动，例如把+5Vdc信号变成+12Vdc信号，或者反过来。
4．齐纳二极管输入保护
如果信号源可能超过控制电路的工作电压，您可以用一个齐纳二极管去钳住输入端的电压。齐纳二极管的作用如同阀门，只有在加到其上的电压达到某一值时它才导通。如下图所示，把齐纳二极管连接于输入端的+V和地之间，您基本上就可以把多余的电压旁路掉，防止它达到控制电路。
齐纳二极管有各种不同的电压标准；47或5.1伏齐纳管作为输入端接口保护是最理想的。选用的齐纳二极管瓦数指标取决于输入端上承受的最大电压和输入端流过的电流。对于大多数应用来说，源信号不超过12～15伏，因此，1/4瓦的齐纳管对付这种情况绰绰有余。流过的电流越大，就要用更大瓦数的电阻。
六、模拟输入接口
在大多数情况下，模拟输入的变化特性表明它们不能直接连至机器人的控制电路。如果您想对输入信号进行量化，您应使用某种形式的模数转换。
此外，您可能需要对模拟输入进行条件优化，使得其数值可以可靠测量。这包括对输入的放大和缓冲。
1．电压比较器
电压比较器接受线性的模拟电压，输出一个简单的通／断（低／高）信号给机器人的控制电路。如果您不想知道输入的电平有多少，而只想知道电平何时超过一定的阈值，则比较器对此易如反掌。
下图是电压比较器电路。电位器被用来确定比较器的转折点。为了调节好这个电位器，先把您想用作转折点的电压加到比较器的输入端，调节这个电位器，使比较器的输出刚好改变状态。请注意，比较器芯片( LM339)输出端接有上拉电阻。LM339采用开路集电极输出，这意味着它可以把输出拉为LOW（低），但不能拉为HIGH（高）。上拉电阻使LM339的输出可以拉高( HIGH)。
2．信号放大
许多模拟输入虽提供开与关的信号，但其电压幅度还不足以控制机器人的控制电路。在这些情况下，必须用晶体管或运算放大器对信号进行放大。在大多数情况下运算放大器的方法是最容易的，LM741可能是最常用的运算放大器。下图说明基本运算放大器用作放大器的方法。R1用来决定放大器的输入阻抗，R2用来决定增益。
3．信号缓冲
机器人控制电路可能使所用的输入源因负载过重而垮掉。这通常是由于控制电路很低的输入阻抗引起的。当发生这种情况时，输入源的电特性发生改变，可能会产生错误的结果。通过对输入进行缓冲，您就可以控制加载量，减少或消除不希望的副效应。
下图所示的运算放大器是为控制电路输入端提供高阻抗缓冲的一种常用方法。R1确定输入阻抗。请注意，其中没有图16中的R2。在这种情况下，运算放大器被用作单位增益模式．对信号不进行放大。
4．公共输入接口
下图是模拟输入的公用接口。它们可用来连接模数转换器( ADC)、比较器和缓冲器等。最常用的接口如下：
■CdS(硫化镉)电池实质上就是可变电阻。把CdS电池与另一个电阻串联在电路的+V与地之间，就可以产生一个可变的电压，直接读入ADC或比较器，通常不需要放大。
■电位器在如图19那样连接时就构成一个分压器。电压可在地与+V之间变化，不必放大。
■光电晶体管输出变化的电流，可由电阻转变成电压（阻值越大，其灵敏度越高）。光电晶体管的输出端一般接到靠近+V的地，所以不必进一步放大。
■与光电晶体管一样，光电二极管的输出也是变化的电流。这个输出也可以通过电阻转变成电压（参阅图18，阻值越大，其灵敏度越高）。这个输出有一个相当大的弱点：它不是以伏计，而是以毫伏计，所以通常必须放大。
七、使用模数转换
计算机是二进制设备，它的数字式数据由一连串的O和1组成，要把它们组织在一起才能形成有意义的信息。
但实际世界是模拟的，数据基本上可以是任何数值，即在“无”和“极大”之间的千千万万的数值。
模数转换系统接收模拟信息，并把它翻译成数字式，即适合于机器人需要的格式。您可以用来连接到机器人的许多传感器在本质上是模拟式的。这包括温度传感器、话筒和其他的声音换能器、可变输出的触觉反馈（模感）传感器、位置电势计（如肘节角度传感器）、光检测器等。您可以把任何模数转换连至机器人。
1．模数转换如何工作
模数转换( ADC)就是把模拟值转变成二进制等效值。在大多数情况下，小的模拟值（如弱光照在光检测器上）可能只有很小的二进制等效值，如“1”或“2”。但是，大的模拟值可能有很大的二进制等效值，如“255”或更大。ADC电路要把模拟值的小变化转换为稍微不同的二进制数。需要产生不同二进制数的模拟信号的变化越小，ADC电路的“分辨率”就越高。转换的分辨率取决于电压范围(最常见为O～5伏）和用作二进制数的位数。
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