1、机电一体化系统设计机电一体化系统设计第一章第一章 概论概论1.3机电一体化系统构成要素及功能构成构成要素：构成要素：五大部分五大部分1.3机电一体化系统构成要素及功能构成 机电一体化系统（产品）的五大要素及其对应的五大功能1.6机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型 1)1)机电互补法 2)2)结合(融合)法 3)3)组合法机电一体化系统（产品）设计的考系统（产品）设计的考虑虑 方方 法法1.6机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型二、机电一体化系统设计的设计类型 1）开发性设计）开发性设计 2）适应性设计）适应性设计 3）变异性设计第二章 机械系统部件的选择与设计第第2 2章小结章小结 机电
2、一体化机械系统的三大机构 传动机构：导向机构：执行机构：机械系统部件的设计要求(1)(1)高精度高精度(2)(2)快速响应性快速响应性 (3)(3)良好的稳定性良好的稳定性 2.1机械系统部件的设计要求2.1机械系统部件的设计要求1)低摩擦 2)短传动链 3)最佳传动比4)反向死区误差小5)高刚性本章小结本章小结机电一体化系统中常用的机械传动部件机电一体化系统中常用的机械传动部件 一、滚珠丝杠传动一、滚珠丝杠传动 二、齿轮传动二、齿轮传动 三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动 四、同步带传动四、同步带传动 五、间歇传动部件五、间歇传动部件2.2 机械传动部件的选择与设计 特点特点:滑动摩擦机构滑动
3、摩擦机构:结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁功能，传动效率低（30%40%）。滚动摩擦机构：滚动摩擦机构：结构复杂、制造成本高，无自锁功能，摩擦阻力小，传动效率高（摩擦阻力小，传动效率高（92%98%）。）。丝杠螺母机构丝杠螺母机构 作用：作用：将旋转运动转为直线运动或者将直线运动转为旋转运动。2.2 机械传动部件的选择与设计 丝杠螺母机构的基本传动形式丝杠螺母机构的基本传动形式a)螺母固定，丝杠转动并移动螺母固定，丝杠转动并移动 b)丝杠转动，螺母移动丝杠转动，螺母移动c）螺母转动，丝杠移动）螺母转动，丝杠移动 d)丝杠固定，螺母转动并移动丝杠固定，螺母转动并移动 螺纹滚道型面的（法向
4、）形状及主要尺寸螺纹滚道型面的（法向）形状及主要尺寸 本章小结本章小结本章小结本章小结 优点是滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。本章小结本章小结 滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧 常用的预紧方法有以下几种(5种)（1）双螺母）双螺母螺纹螺纹预紧调整式预紧调整式（2）双螺母）双螺母齿差齿差预紧调整式预紧调整式（3）双螺母垫片调整预紧式双螺母垫片调整预紧式（4）弹簧式自动调整预紧式）弹簧式自动调整预紧式（5）单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈）单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式预紧式本章小结本章小结iJLTm,TL,2.各级传动比的
5、最佳分配原则各级传动比的最佳分配原则对于小功率传动系统，使各级传动比满足，对于小功率传动系统，使各级传动比满足，niiii321对于大功率，各级传动比一般应以对于大功率，各级传动比一般应以“先小后大先小后大”（降速先慢后快）原则处理。原则处理。(1)重量最轻原则重量最轻原则本章小结本章小结(2)输出轴转角误差最小原则输出轴转角误差最小原则(3)等效转动惯量最小原则等效转动惯量最小原则 利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的等效转动惯量为最小。电机轴上的等效转动惯量为最小。本章小结本章小结2221421321iiJiJJJJme本章小结本章小结41
6、3132dgBJJ42232dgBJ44432dgBJ4141212iddJJ41424344141434)/(iiiddddJJJJ 4112iJJ4114214)/(iiJiJJ代入式：代入式：2221421321iiJiJJJJme本章小结本章小结可得：可得：1 谐波齿轮传动的工作原理谐波齿轮传动的工作原理 三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动谐波齿轮传动优点：谐波齿轮传动优点：具有结构简单、传动比大(一级传动传动比范围为50 500，二级可达2500 25000)；传动精度高、传动平稳；承载能力强、效率高（单级传动可达69%96%）。三、谐波齿轮传动三、谐波齿轮传动本章小结本章小结齿轮传动
7、间隙齿轮传动间隙的调整方法（传动精度）1.偏心调整法偏心调整法 2.轴向垫片调整法轴向垫片调整法 3.双片薄齿轮错齿调整法双片薄齿轮错齿调整法 4.斜齿轮传动调整法斜齿轮传动调整法本章小结本章小结 2.3 导向支撑部件的选择与设计 2.2.导轨副应满足的基本要求导轨副应满足的基本要求（a a）导向精度）导向精度（b b）刚度）刚度（c c）精度的保持性）精度的保持性(耐磨性耐磨性)（d d）运动的灵活性和低速运动的平稳性）运动的灵活性和低速运动的平稳性（e e）对温度的敏感性和结构工艺性）对温度的敏感性和结构工艺性本章小结本章小结 滑动摩擦的特点：导轨副相对静止时，静摩擦系数较大，一旦开始运动
8、，静摩擦变为动摩擦，动摩擦系数很小。弹簧-阻尼系统图1-主动件；2-弹簧-阻尼；3-运动件；4-静导轨本章小结本章小结防止爬行现象采取以下几项措施防止爬行现象采取以下几项措施 *为防止爬行现象的出现，可同时采取以下措施：1)减少动静摩擦系数的差异，采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴塑料层导轨等；在普通滑动导轨上使用含有极性添加剂的导轨油；2)提高传动系统的刚度，用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传动链、减少传动副数量等方法。3.3.导轨副间隙的调整导轨副间隙的调整 为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小，会增加摩擦阻力；间隙适当
9、的间隙。间隙过小，会增加摩擦阻力；间隙过大，会降低导向精度。导轨的间隙如依靠过大，会降低导向精度。导轨的间隙如依靠刮研刮研来保证，要费很大的劳动量，而且导轨经长期使来保证，要费很大的劳动量，而且导轨经长期使用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故导轨应有间隙调整装置。矩形导轨需要在垂直和导轨应有间隙调整装置。矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。水平两个方向上调整间隙。本章小结本章小结 常用的调整方法有常用的调整方法有压板和镶条法压板和镶条法两种方法。对两种方法。对燕尾形导轨可采用镶条燕尾形导轨可采用镶条(垫片垫片)方法同时调整垂直方法同时调整
10、垂直和水平两个方向的间隙。和水平两个方向的间隙。本章小结本章小结231a)c)b)燕尾形导轨及其组合的间隙调整1-斜镶条；2-压板；3-直镶条 对矩形导轨可采用对矩形导轨可采用修刮压板、修刮调整垫片修刮压板、修刮调整垫片的厚的厚度或调整螺钉的方法进行间隙的调整度或调整螺钉的方法进行间隙的调整本章小结本章小结a)b)c)1 234 矩形导轨垂直方向间隙的调整1-压板；2-接合面；3-调整螺钉；4-调整垫片 各种支承结构简图2.4 旋转支承的选择与设计旋转支承的选择与设计支承件支承件圆柱支承圆柱支承运动件运动件圆锥支承圆锥支承球面支承球面支承顶针支承顶针支承填入式支承填入式支承刀口支承刀口支承气液
11、摩擦支承气液摩擦支承弹性支承弹性支承 方向精度和置中精度方向精度和置中精度u 方向精度是指运动件转动时，其轴线与承导件的轴线产生倾斜的程度。u 置中精度是指在任意截面上，运动件的中心与承导件的中心之间产生偏移的程度。2.4 旋转支承的选择与设计旋转支承的选择与设计2.5 2.5 轴系部件的选择与设计轴系部件的选择与设计一、基本要求（一、基本要求（P75）二、二、轴轴(主轴主轴)系用轴承的类型与选择系用轴承的类型与选择标准滚动轴承标准滚动轴承 深沟球轴承深沟球轴承 双列向心短圆柱滚子轴承双列向心短圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 推力轴承推力轴承 2.5 2.5 轴系部件的选择与设计轴系部
12、件的选择与设计配套应用例*机架机架主轴主轴1.如何安装2.轴承间隙调整3.轴向力的传递2.6 2.6 机电一体化系统(产品)的机座或机架提高刚度的措施：1）合理选择截面形状与尺寸封闭空心截面的刚度比实心的大，矩形节截面的抗弯刚度最大，圆心截面的抗扭刚度最大；2）加肋板及加强肋 3）合理开孔和加盖面壁开孔：开孔时要尽量对称排列 4）机座连接处要加厚或加筋板2.6 2.6 机电一体化系统(产品)的机座或机架机座的结构工艺性机座的结构工艺性1）铸件形状简单，拔模容易，便于制造。2）机座壁厚应尽量均匀，避免截面的急剧变化。3）在同一侧面的加工表面，应处于同一个平面上，以便一起刨出或铣出。第三章第三章
13、执行元件的选择与设计 一、执行元件的种类及特点一、执行元件的种类及特点 根据使用能量的不同，可以将执行元件分为电磁式、液压式和气压式等几种类型，1.1.电气式执行元件电气式执行元件 2.2.液压式执行元件液压式执行元件 3.3.气压式执行元件气压式执行元件1.1.惯量小、动力大惯量小、动力大2.2.体积小、重量轻体积小、重量轻 通常用执行元件的单位重量所能达到的输出功率或比功率，即用功率密度 或比功率密度来评价这项指标。设执行元件的重量为G，则 功率密度 为 P/G。比功率 T2/J 比功率密度为 (T2/J)/G。3.3.便于维修、安装便于维修、安装 执行元件最好不需要维修。无刷DC及AC伺
14、服电动机就是走向无维修的一例。4.4.宜于微机控制宜于微机控制 用微机控制最方便的是电气式执行元件电气式执行元件。因此机电一体化系统所用执行元件的主流是电气式主流是电气式，其次是液压式和气压式(在驱动接口中需要增加电-液或电-气变换环节)。二、对执行元件的基本要求一、对控制用电动机的基本要求一、对控制用电动机的基本要求步进电动机具有以下特点：步进电动机的工作状态不易受各种干扰因步进电动机的步距角有误差，但不会长期积累。控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”。步进电动机的结构组成：2.2.步进电动机的种类步进电动机的种类 步进电动机的种类很多，有旋转式步进电动机，也有直线步进电动机；从励磁
15、相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电动机。常用的旋转式步进电动机的按转子结构的不同，可将其分为以下三种：1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance)型 2)永磁(PM-Permanent Magnet)型 3)混合(HB-Hybrid)型特点 1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance)型特点：转子结构简单、转子直径小，有利于高速响应。电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁 时没有保持力铁心无极性，故不需改变电流极性。步距角小、响应频率高 2)2)永磁永磁(PM-Permanent Magnet)(PM-Permanent Magnet)型型特点：定子的
16、磁场与永久磁铁的恒定磁场相互吸引与排斥产生转矩。定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用做定位驱动。励磁功率小、效率高、造价低，因此需要量也大。由于转子磁铁的磁化间距受到限制，难于制造，故步距角较大。与VR型相比转矩大，但转子惯量也较大。3)3)混合混合(HB-Hybrid)(HB-Hybrid)型型优点：步距角小、响应频率高（VR型步进电动机的优点），励磁功率小、效率高（PM型步进电动机）无励磁时具有保持力。励磁时的静止转矩都比VR型步进电动机的大HB步进电动机能够用做超低速同步电动机，如用60Hz驱动每步1.8的电动机可作为72rmin的同步电动机使用。步进电动机BCIAIBIC
17、NS 按按AB C A 的顺序给三相绕组的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过过30(步距角步距角)，每个通电循环周期，每个通电循环周期(3拍拍)磁场在磁场在空间旋转了空间旋转了360而转子而转子转过转过90(一个齿距角一个齿距角)。按按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通电。电。每拍有两相绕组同时通电每拍有两相绕组同时通电。与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循循环周期也分为三拍。每拍转子转过环周期也分为三拍。每拍转子转过30 (步距角步距角)，一一个通电循环周期个
18、通电循环周期(3拍拍)转子转过转子转过90(齿距角齿距角)。按按AAB B BC C CA的顺序给三相的顺序给三相绕组轮流通电。绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制这种方式可以获得更精确的控制特性。特性。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。小，更适用于需要精确定位的控制系统中。完成一个通电循环，转子将转过一个完成一个通电循环，转子将转过一个齿距角。齿距角。步距角的大小与通电方式和转子齿数有关，其大小可用下式计算：步距角360(z m)式中:z-转子齿数；m-运行拍数，m=KN(N为电动机的相数，K为通电状态系数，为
19、通电状态系数，单拍或双拍工作时单拍或双拍工作时K=1，单双拍混合方式工作时单双拍混合方式工作时K=2)。(1)三相单三拍工作方式，三相单三拍工作方式，A-B-C-A;K=1(2)三相双三拍工作方式，三相双三拍工作方式，AB-BC-CA-AB;K=1(3)三相单、双六拍工作方式，三相单、双六拍工作方式，A-AB-B-BC-CA-A;K=2三、步进电动机的运行特性及性能指标三、步进电动机的运行特性及性能指标*1.1.分辨力分辨力 2.2.静态特性静态特性 失调角：单相定子通电时，该相定子齿与转子齿的中心线不重合所夹角 最大静转矩Tmax：在规定的通电相数下，转矩的最大值 矩角特性:单相通入额定通电
20、时，其静转矩与失调角的关系sinmaxTTj步进电动机的静态稳定区：步进电动机的静态稳定区：为不稳定平衡点为稳定平衡点 0动稳定区动稳定区 步进电动机的动稳定区是指步进电机从一个稳定状态切步进电动机的动稳定区是指步进电机从一个稳定状态切换到另一稳定状态而不失步的区域。换到另一稳定状态而不失步的区域。空载稳定区：空载稳定区：3.动态特性步进电机运行的拍数越多，稳定裕量步进电机运行的拍数越多，稳定裕量r角越大，步进电机运角越大，步进电机运行越稳定。行越稳定。qLTT最大空载的运行频率最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。最大空载起动频率最大空载起动频
21、率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。maxffq运行矩频特性：运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。4.4.步进电动机技术指标实例步进电动机技术指标实例BF,BYG,BY分别代表什么类型的步进电机BF 反应式步进电动机反应式步进电动机BY 永磁永磁(PM-Permanent Magnet)型型BYG 混合混合(HB-Hybrid)型型四、步进电动机的驱动与控制四、步进电动机的驱动与控制*四、步进电动机的驱动与控制四、步进电动机的驱动与控制驱动
22、器的组成：驱动器的组成：由脉冲分配器、功率放大器等组成 变频信号源：变频信号源：是可提供从几赫兹到几万赫兹的频率信号连续可调的脉冲信号发生器。步进电动机的转角及转速如何控制？2.2.功率放大器功率放大器功率放大电路的类型电压型：单电压型、双电压型(高低压型)电流型：恒流驱动、斩波驱动等。（1)单电压功率放大电路（1)单电压功率放大电路时间常数=L/R 二级放大电路二级放大电路 利用三级管的放大作用，所用三级管利用三级管的放大作用，所用三级管均为型均为型 相得电，三极管、相得电，三极管、导通，线圈得电导通，线圈得电 二极管的作用：三级管截止时，二极管的作用：三级管截止时，使存储在绕组中的能量释放
23、，从而保使存储在绕组中的能量释放，从而保护三级管护三级管 为限流电阻，以免线圈发热烧坏。为限流电阻，以免线圈发热烧坏。（2)高低压功率放大电路特点：特点：不论电机工作频率如何，均利不论电机工作频率如何，均利用高电压用高电压UH供电来提高导通相绕组供电来提高导通相绕组的电流前沿，而在前沿过后，用低电的电流前沿，而在前沿过后，用低电压压UL来维持绕组的电流。来维持绕组的电流。为脉冲变压器为脉冲变压器 无脉冲输入时，无脉冲输入时，有脉冲输入时，有脉冲输入时，二极管的作用：三级管截止时，二极管的作用：三级管截止时，使存储在绕组中的能量释放，从而保使存储在绕组中的能量释放，从而保护三级管护三级管 为限流
24、电阻，以免线圈发热烧坏。为限流电阻，以免线圈发热烧坏。、的作用？、的作用？在步进电机步距角不能满足使用条件时，在步进电机步距角不能满足使用条件时，可采用细分驱动器来驱动步进电机可采用细分驱动器来驱动步进电机 3.3.细分驱动细分驱动以AB为例，若将各相电流看作是向量，则从整步到半步的变换，就是在IA与IB之间插入过渡向量IAB，因为电流向量的合成方向决定了步进电机合成磁势的方向，而合成磁势的转动角度本身就是步进电机的步进角度。显然，I AB的插入改变了合成磁势的转动大小，使得步进电机的步进角度由b变为0.5 b，从而也就实现了2步细分。IAIB在步进电机步距角不能满足使用条件时，在步进电机步距
25、角不能满足使用条件时，可采用细分驱动器来驱动步进电机可采用细分驱动器来驱动步进电机 3.3.细分驱动细分驱动由此可见，步进电机的细分原理就是通过等角度有规律的插入电流合成向量，从而减小合成磁势转动角度，达到步进电机细分控制的目的。3.3.细分驱动细分驱动 细分驱动的特点：细分驱动的特点：在不改动电动机结构参数的情况下，能使步距角减小。但细分后的步距角精度不高，功率放大驱动电路也相应复杂；能使步进电动机运行平稳、提高匀速性，并能减弱或消除振荡。细分的方法：细分的方法：（1）采用多路功率开关器件 （2）将各开关的控制脉冲信号进行叠加4.步进电动机的微机控制步进电动机的微机控制（串行、并行控制示意）
26、（串行、并行控制示意）串行控制：串行控制：采用串行控制时，单片机与步进电机的功率接口之间必须有两条控制线：一条用于发送走步脉冲传（CP），另一条用于发送控制旋转方向的电平信号。并行控制：并行控制：用微型计算机的数个端口直接控制步进电机各项驱动电路第四章 微机控制系统的选择及接口设计 CPU、MC与MCS的关系第三节第三节微型计算机的系统构成及种类微型计算机的系统构成及种类 微机的基本构成微机的基本构成 ROM通常存储固定程序和数据，RAM而输入输出数据和作业领域的数据由存储。2 2微型计算机的种类微型计算机的种类 (1)(1)按组装形式分类按组装形式分类 按组装形式可将微型计算机分为单片机、单
27、板机和微机系统等。(2)按微处理机位数分类按微处理机位数分类按微处理机位数可将微型计算机分为位片、4位、8位、16位、32位和64位等机种。所谓位数是指微处理机并行处理的数据位数，即可同时传送数据的总线宽度。(3)按用途分类按用途分类 对单片机来说：可分为通用型和专用型。三、存储器 微机控制系统中使用的存储器的分类如下图所示。按其功能可分为随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两大类。2716EPROM：只读：工作时，数据单向输出只读：工作时，数据单向输出；编程状态：数据输入。编程状态：数据输入。2716EPROM功能表功能表静态静态RAM2114静态静态RAM6116和和6264 P
28、PI(Programmable Peripheral Interface)8255芯片具有可按照程序指定进行数据输入或输出的三个独立的端口三个独立的端口A A、B B、C C，每个端口都是8 8位位，其引脚配置见下图所示。通常，A A或或B B端口为输入、输出数据端口；而端口为输入、输出数据端口；而C C端口作为端口作为控制或状态信息的端口控制或状态信息的端口。它在“状态”字控制下，可以分成两个4位的端口，每个端口均有锁存器，分别与A端口或B端口配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。PPl8255芯片的工作方式是通过工作方式是通过CPUCPU的控制字来指定的的控制字来指定的。在PPI
29、内有控制寄存器，接受来自CPU输出的控制字。端口C是按照控制字来实现每一位的“复位”与“置位”控制的。1.PPI8255芯片使用简介芯片使用简介ABC2.I/O寻址方法（端口端口 的选择的选择）82558255有三种工作方式：有三种工作方式：0 0方式：基本输入输出方式，可分别将方式：基本输入输出方式，可分别将A A、B B、C C设为输入输出使用；设为输入输出使用；1 1方式：选通控制方式，方式：选通控制方式，A A、B B用于输入输出，端口用于输入输出，端口A A由端口由端口C C（高（高4 4位）位）控制；控制；端口端口B由端口由端口C（低（低4位）控制；位）控制；2 2方式：双向选通输
30、入输出方式，只能使用方式：双向选通输入输出方式，只能使用A A口，且端口口，且端口A A由端口由端口C C控制控制。3、实现片选的方法、实现片选的方法3、实现片选的方法、实现片选的方法I/O地址码见地址码见P154第八节第八节 单片机的结构特点及其最小应用系统单片机的结构特点及其最小应用系统 一、一、MCS-51MCS-51系列单片机的结构特点系列单片机的结构特点 MCS-51系列单片机包括805l、8751和8031三种产品，其硬件设计简单灵活。8051片内有4KB的ROM。用户将已开发好的程序交给芯片制造厂商，在制造芯片时用掩膜工序将用户程序写入ROM。显然用户本身是无法将自己的程序写入8
31、051芯片的。程序一经写入片内ROM，用户也无法改变程序。所以8051用在批量较大(1000片以上)时，经济上才合算。8751片内有4KB的EPROM。用户可以用高压脉冲将用户程序写入片内EPROM。所以当用户的程序不长时使用这种芯片可简化电路，也可以作为开发系统片内8051ROM单片机的代用芯片。由于EPROM可通过照射紫外光线抹去原有程序进行改写，所以这类芯片也可用于程序的开发工作。8031芯片内无ROM或EPROM，使用时必须配置外部的程序存储器EPROM。如不使用805l或8751芯片片内的ROM或EPROM即可将其作为8031芯片使用。这三种引脚相容的产品均可寻址64KB的外部程序存
32、储器和64KB的外部数据存储器。下图为MCS-51系列单片机的引脚及功能。MCS-51单片机片外总线配置地址总线：P2口（高8位A15A8）和P0口（低8位A7A0）可寻址64KB。数据总线：P0口（D7D0）控制总线：ALE、PSEN、WR、RD8051地址锁存器 ALEPSEN WR RD地址总线数据总线控制总线.程序存储器的作用-存放程序代码或常数表格.存储器地址分析-究竟单片机输出什么地址值时，可以指向存储器中的某一单元。程序存储器的扩展2764-8K EPROM2764-8K EPROM27642764引脚功能引脚功能A0A0A12A12地址线地址线 CE CE选片选片 OE OE读
33、读D0D0D7D7数据线数据线VPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGMN.CA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D32764.扩展时所用芯片1编程脉冲编程脉冲输入输入 PGM PGM编程电源编程电源 Vpp VppD7D6D5D4D3D2D1D0G74LS373GND+5VEQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0.扩展时所用芯片2 373 373引脚功能引脚功能D0D0D7D7数据输入数据输入 E E输出允许输出允许 G G数据输出数据输出 Q0 Q0Q7Q7使能端使能端当E=0，G=1时，输出Q=输入D(透明)；当E=0，G=0时，输出Q端不变（锁存）当E
34、=1，输出高阻态.扩展电路连接扩展电路连接扩展电路图单片机单片机 8031P2.0:.A8.ALEPSEN74LS373G2764A7.A0O0.O7P0.0P0.0 :P0.7P0.7OECEQ0.Q7D0.D7 8031 8031 27642764数据数据总线的连接：P0.0-P0.7（数据总线）-O0-O7地址地址总线的连接：P0.0-P0.7（地址总线低8位）-A0-A7P2.0-P2.4（地址总线高8位中的5位）-A8-A12控制控制总线的连接：PSEN（程序存储器允许，即读指令）-OE ALE（地址锁存允许）-接373的使能端G 经过锁存器经过锁存器373373 A12P2.4.存
35、储器地址分析-究竟单片机输出什么地址值时，可以指向存储器中的某一单元。指向存储器中的某一单元。80318031 P2.4 P2.4 P2.0 P0.7 P2.0 P0.7P0.0P0.0 选中单元(27322732 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0)A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0)0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0（0000H）0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1（0001H）1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0（0002H）2 0 0 0
36、0 0 0 0 0 0 0 0 1 1（0003H）3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0（0004H）4 .1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1（1FFFH）8K-1 可见，当单片机输出地址可见，当单片机输出地址0000H0000H1FFFH1FFFH时，选中时，选中27642764的的0 08K-18K-1号单元，号单元，即按照上面电路扩展的即按照上面电路扩展的4K4K存储器的地址范围是存储器的地址范围是0000H0000H1FFFH1FFFH（共（共8K8K字字节）。节）。数据存储器的扩展数据存储器的扩展.数据存储器的作用-存放数据，可改写.扩展时所用芯片-
37、一般用静态读写型存储器芯片SRAM，也可以用E2PROM、FLASH芯片等.扩展电路连接-用SRAM 6264扩展程序存储器。.存储器地址分析-究竟单片机输出什么地址值时，可以指向存储器中的某一单元。.扩展时所用芯片6264-8K SRAM6264-8K SRAM6264引脚功能A0A0A12A12地址线 CE选片 OE读D0D7数据线N.CA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccWECSA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D36264写 WE.扩展电路连接扩展电路连接扩展电路数据数据总线的连接：总线的连接：P0.0P0.7P0.0P0.7（数据总线）（数据总线）
38、-D0D7-D0D7 地址地址总线的连接：P0.0P0.7（地址总线低8位）-A0A7P2.0P2.4（地址总线高8位中的5位）-A8A12控制控制总线的连接：总线的连接：RDRD（读外部数据）（读外部数据）-OE-OE WRWR（写外部数据）（写外部数据）-WE-WE ALEALE（地址锁存允许）（地址锁存允许）-接接373373的使能端的使能端 G G 经过373 A86264WE单片机单片机 8031P2.0:.A8.ALERD74LS373GA7.A0P0.0P0.0 :P0.7P0.7OECEQ0.Q7D0.D7A12P2.4WR8031803162646264.存储器地址分析存储器
39、地址分析-究竟单片机输出什么地址值时，可以究竟单片机输出什么地址值时，可以指向存储器中的某一单元。指向存储器中的某一单元。80318031 P2.7P2.7 P2.4 P2.4 P2.0P2.0 P0.7 P0.0 选中单元(62646264 CE A12 A11 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0)0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0（0000H）0 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1（0001H）1 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0（0002H）2 0 X X 0 0 0 0 0 0 0
40、0 0 0 0 1 1（0003H）3 0 X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0（0004H）4 .0 X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1（1FFFH）8K-1 可见，可见，当单片机输出地址当单片机输出地址0000H1FFFH时，选中时，选中62646264的的08K-1号号单元，即按照上面电路扩展的单元，即按照上面电路扩展的4K存储器的地址范围是存储器的地址范围是0000H1FFFH（共（共8K字节）。字节）。第九节第九节 数字显示器及键盘的接口电路数字显示器及键盘的接口电路 一、数字显示器的结构及其工作原理一、数字显示器的结构及其工作原理 LE
41、D(Low Emitting Diode发光二极管)CRT（Cathode-ray tube显示器 LCD(Liquid Crystal Display 液晶显示器)显示器有静态和动态两种方法：1.静态显示 如：3FH:0 0 1 1 1 1 1 1 3 F 7FH：0 1 1 1 1 1 1 1 7 F 段数据口段数据口扫描口扫描口 2.动态显示1.1.键盘工作原理键盘工作原理 行列式键盘电路原理，按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5V时，被嵌位在高电平状态。键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的。其方法方法是：给列线
42、的所有I/O线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器A中。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入不全为l。例如：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 1 1 0 1 1 1 7 7 H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 1 1 1 0 1 1 7 B H 键盘的工作方式有编程扫描方式、定时扫描方编程扫描方式、定时扫描方式和中断扫描式和中断扫描方式三种。这里仅简单介绍一下编程扫描方式。编程扫描工作方式是利用CPU在完成其他工作的空闲，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求。2.键盘工作方式
43、键盘工作方式（1）判断键盘上有无键按下。其方法为：PA口输出全扫描字00H，读PC口状态，PC0PC3为全l，则键盘无键按下，若不全为1，则有键按下。（2）去键的机械抖动影响。其方法为，在判断有键按下后，软件延时一段时间再判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个确定的键按下，否则按键抖动处理。例 如：FEXE：“0”键PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 1 1 1 1 1 1 1 0PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 X 1 1 1 0 FDXE：“1”键PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 1 1 1
44、1 1 1 0 1PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 X 1 1 1 0 （3）求按下键的键号。按照行列式键盘工作原理，在“8155扩展I/O口组成的行列式键盘”的图中32个键的键值应对应作如下分布(PA、PC口为二进制码，X为任意值)：FEXE FDXE FBXE F7XE EFXE DFXE BFXE 7FXE FEXD FDXD FBXD F7XD EFXD DFXD BFXD 7FXD FEXB FDXB FBXB F7XB EFXB DFXB BFXB 7FXB FEX7 FDX7 FBX7 F7X7 EFX7 DFX7 BFX7 7FX7 其相对应的键号
45、如图中所示。这种顺序排列的键号按照行首键 号与列号相加的办法处理，每行的行首键号依次为：0，8，16，24，列首依列线顺序为07。在上述键值中，从零电平对应的位可以找出行首键号与相应的列号。（4）键闭合一次仅进行一次功能操作其方法为，等待键释放以后再将键号送入累加器A中。右图为键扫描子程序框图。编程扫描工作方式只有在CPU空闲时才调用键盘扫描子程序。因此，在应用系统软件方案设计时，应考虑这种键盘扫描子程序的编程调用应能满足键盘响应要求。第十节第十节 微机应用系统的输入输出控微机应用系统的输入输出控制的可靠性设计制的可靠性设计 微机应用系统的输入输出是通过硬件电路和软件共同完成的。对其硬件电路的
46、要求是：能够可靠地传递控制信息，并能够输入有关运动机构的状态信息；能够进行相应的信息转换，以满足微机对输入输出信息的转换要求，如D/A、A/D转换，并行数字量转换成串行电脉冲、电平的转换与匹配，电量与非电量之间的转换，弱电与强电的转换以及功率的匹配等；应具有较强的阻断干扰信号进入微机控制系统的能力，以提高系统的可靠性。1.光电隔离电路 为了防止强电干扰以及其他干扰信号通过I/O控制电路进入计算机，影响其工作，通常的办法是首先采用滤波吸收，通常的办法是首先采用滤波吸收，抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法，使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导
47、。光电隔离电路主要由光电耦合器的光电转换元件组成，如下图所示.一、光电隔离电路设计光电隔离电路的作用主要有以下几个方面光电隔离电路的作用主要有以下几个方面：（1）可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电。这样信息通过光电转换，单向传递，又由于光电耦合器输入与输出端之又由于光电耦合器输入与输出端之间绝缘电阻非常大间绝缘电阻非常大(一般为一般为10111013)，寄生电容，寄生电容很小很小(一般为一般为0.52pF)，因此，干扰信号很难从输出端反馈到输入端，从而起到隔离作用。（2）可以进行电平转换。如上图a所示电路，通过光电耦合器可以很方便地把微机的输出信号变为12V。（3）提高
48、驱动能力。隔离驱动用光电耦合器件，如达林顿晶体管输出和晶闸管输出型光电耦合器件，不但具有隔离功能，而且还具有较强的驱动负载能力。微机输出信号通过这种光电耦合器件后，就能直接驱动负载。人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。
