1、机电一体化

答：机电一体化乃是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术并将机械装置与电子设备以及相关软件有机结合而构成系统的总称。机电一体化不是机械与电子简单的叠加，而是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的应用技术。

1.简述机电一体化系统的特点？

2.简述机电一体化产品结构设计中通常应该遵循的一些基本原则。

3.简述机电一体化系统（或产品）的设计类型。

答： 1、 机电一体化系统的一大特点是由于机电一体化系统的微电子装置取代了人对机械的绝 大部分的控制，并加以延伸和扩大，克服了人体能力的不足和弱点；另一大特点是节省能源和材料消耗。这些特点正是实现机电一体化系统高性能化、智能化、省能省资源化及轻薄短小化的重要原因。

2、 机电一体化产品结构设计中通常应该遵循的一些基本原则: a) 任务分配原则：根据产品的性能，有时相同的功能可以由不同的零件来承担；有时不 同的功能又可以由同一个零件来承担。 b) 自补偿原则：通过技术系统本身结构或相互关系，产生加强功能、减载或平衡作用。 c) 从结构设计变元构造的解空间中寻找出最优解。d) 力传递原则：尽量缩短力流传递路线；尽量使力流变化缓慢。 e) 力平衡原则：利用零件本身的结构抵消附加的载荷。 f) 稳定性原则：在结构设计中应该使其结构即使在受到力的作用时也能处于稳定状态。 g) 等强度原则。 h) 降低噪声。

3、机电一体化产品的设计类型大致有以下三种：开发性设计、适应性设计和变异性设计。开发性设计是没有任何参照产品的设计。适应性设计是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸，使之适应于量的方面的要求。

例6.1 在8031单片机上扩展4KEPROM程序存储器

1. 选择芯片

本例要求选用8031单片机，内部无ROM区，无论程序长短都必须扩展程序存储器（目前较少这样使用，但扩展方法比较典型、实用）。

在选择程序存储器芯片时，首先必须满足程序容量，其次在价格合理情况下尽量选用容量大的芯片。芯片少，接线简单，芯片存储容量大，程序调整余量大。如估计程序总长3KB左右，最好扩展一片4KB的EPROM 2732，而不选用2片2716（2KB）。

在单片机应用系统硬件设计中应注意，尽量减少芯片使用个数，使得电路结构简单，提高可靠性，这也是8951比8031使用更加广泛的原因之一。

2. 硬件电路图

8031单片机扩展一片2732程序存储器电路如图6.2所示。

3. 芯片说明

(1) 74LS373

74LS373是带三态缓冲输出的8D锁存器，由于单片机的三总线结构中，数据线与地址线的低8位共用P0口，因此必须用地址锁存器将地址信号和数据信号区分开。74LS373的锁存控制端G直接与单片机的锁存控制信号ALE相连，在ALE的下降沿锁存低8位地址

(2)EPROM 2732

EPROM 2732的容量为4K×8位。4K表示有4×1024（22×210=212）个存储单元，8位表示每个单元存储数据的宽度是8位。前者确定了地址线的位数是12位（A0～A11），后者确定了数据线的位数是8位（O0～O7），目前除了串行存储器之外，一般情况下我们使用的都是8位数据存储器）。2732单一+5V供电，最大静态工作电流为100mA，维持电流为35mA，读出时间最大为250ns。2732 的封装形式为DIP24，管脚如图6.3所示。

图6.3 EPROM 2732管脚及说明

其中 A0～A11：地址线

O0～O7：数据线

CE：片选线

OE/VPP：输出允许/编程高压

除了12条地址线和8条数据线之外，CE为片选线，低电平有效，也就是说，只有当CE为低电平时，2732才被选中，否则，2732不工作。OE/VPP为双功能管脚，当2732用作程序存储器时，其功能是允许读数据出来；当对EPROM编程（也称为固化程序）时，该管脚用于高电压输入，不同生产厂家的芯片编程电压也有不同。当我们把它作为程序存储器使用时，不必关心其编程电压。

4. 扩展总线的产生

一般的CPU，象INTEL8086/8088、Z80等，都有单独的地址总线、数据总线和控制总线，而MCS-51系列单片机由于受管脚的限制，数据线与地址线是复用的，为了将它们分离开来，必须在单片机外部增加地址锁存器，构成与一般CPU相类似的三总线结构。

5. 连线说明

（1）地址线

单片机扩展片外存储器时，地址线是由P0和P2口提供的。图6.2中，2732的12条地址线（A0～A11）中，低8位A0～A7通过锁存器74LS373与P0口连接，高4位A8～A11直接与P2口的P2.0～P2.3连接，P2口本身有锁存功能。注意，锁存器的锁存使能端G必须和单片机的ALE管脚相连。

（2）数据线

2732的8位数据线直接与单片机的P0口相连。因此P0口是一个分时复用的地址/数据线。

（3）控制线

CPU执行2732中存放的程序指令时，取指阶段就是对2732进行读操作。注意，CPU对EPROM只能进行读操作，不能进行写操作。CPU对2732的读操作控制都是通过控制线实现的。2732控制线的连接有以下几条：

CE：直接接地。由于系统中只扩展了一个程序存储器芯片，因此 2732的 片选端CE直接接地，表示2732一直被选中。若同时扩展多片，需通过译码器来完成片选工作；

OE：接 8031的读选通信号PSEN端。在访问片外程序存储器时，只要PSEN 端出现负脉冲，即可从2732中读出程序。

6. 扩展程序存储器地址范围的确定

单片机扩展存储器的关键是搞清楚扩展芯片的地址范围，8031最大可以扩展64K字节（0000H—FFFFH）。决定存储器芯片地址范围的因素有两个：一个是片选端CE必须为低电平，另一个是芯片本身的地址线与单片机地址线的连接，单片机本身地址线的编码确定了芯片的容量。

本例中，2732的片选端CE总是接地，因此第一个条件总是满足的，另外，2732有12条地址线，与8031的低12位地址相连，编码结果如下：

8031 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P2.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

2732 CE

A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

0 x x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 x x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 x x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

0 x x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

0 x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

其中的“x”表示跟2732无关的管脚，取0或1都可以，通常取0

由此可见，本例中扩展的2732的地址范围是0000H～0FFFH（无关的管脚取0，地址范围不是唯一的），共4K字节容量。

实训电路中，系统扩展了一片EPROM2764，请读者对照上述6点理清连接方法，从而确定实训板中2764的地址范围。

7. EPROM的使用

存储器扩展电路是单片机应用系统的功能扩展部分，只有当应用系统的软件设计完成了，才能把程序通过特定的编程工具（一般称为编程器或EPROM固化器） 固化到2732中，然后再将2732插到用户板的插座上（扩展程序存储器一定要焊插座）。

当上电复位时，PC=0000H，自动从2732的0000H单元取指令，然后开始执行指令。

如果程序需要反复调试，可以用紫外线擦除器先将2732中的内容擦除，然后再固化修改后的程序进行调试。

如果要从EPROM中读出程序中定义的表格，使用查表指令：

MOVC A,@A+DPTR

MOVC A,@A+PC