【正文】 I/O 口擴展電路設(shè)計 8031 單片機雖有四個 8 位并行 I/O 口，但可供用戶使用的只有部分接口，因此在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都不可避免地要進行 I/O 口的擴展。鎖存端 LE 由高變低時，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 LE 端再次有效。擦除器利用紫外線光照射 EPROM 的窗口，一般經(jīng)過 15—20min 即可擦除干凈。．⑤ PGM:編程脈沖輸入端。② D0～D7：8 根雙向數(shù)據(jù)線，正常工作時為數(shù)據(jù)輸出線。編程時，Vpp＝+25V（高壓），～PGM 端加入寬度為 50ms 的負脈沖。：INT1，外部中斷 1 輸入。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓。VCC：8051 電源正端輸入，接+5V。 外部程序存儲器可擴充至 64KB。④EA/VPP （引腳）：當 EA 端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在 PC（程序計數(shù)器）值超過 0FFFH（對851/8751/80C51）或 1FFFH（對 8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。即使不訪問外部存儲器，ALE 端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。采用外部振蕩器時，對 HMOS 單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對 XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。在單片機的 40 條引腳中有 2 條專用于主電源的引腳，2 條外接晶體的引腳，4 條控制或與其它電源復(fù)用的引腳，32 條輸入/輸出（I/O）引腳。START：A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 時序：由于在單片機中程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器嚴格分開，因此，程序存儲器的操作時序中分兩種情況：即不執(zhí)行 MOVX 指令和執(zhí)行 MOVX 指令。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址從 00H~7FH，其中內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM 為 0~127（00H~07H） ，特殊功能寄存器為 128~255（80H~1FH） ，256 個字節(jié)中 00H~1FH 為四個工作寄存器區(qū)，00H~07H 為 0 區(qū)，08H~0FH 為 1 區(qū)，10H~17H 為 2 區(qū)，18H~1FH 為 3 區(qū)。3p 3p： 串行輸入口DRx?0.： ：外部中斷 0 ：外部中斷 1 輸入口13.?17 / 36：定時/計數(shù)器 0 ?：定時/計數(shù)器 1 外部事件脈沖輸入端15.：：外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖Dp?7. 特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）是用于對片內(nèi)各功能模塊進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的 EPROM，位于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器上，其地址為 80H~FFH 的區(qū)域。此信號在每個機器周期出現(xiàn) 2 次，只是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間才會輸出 ALZ，在任何可使用外部數(shù)據(jù)在存儲器的系統(tǒng)中，ALE 以 1/6 震蕩頻率的固定速率輸出，用作外部時鐘定時，當 8751 片內(nèi)編程時，此端輸入編程脈沖信號（PROG） 。該系列產(chǎn)品是集中 CPU I/O端口及部分 RAM 等為一體的功能性很強的控制器，它的主要特點是集成度高可靠性好、運算速度快，另外，該系列產(chǎn)品只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強，編程靈活性大，硬件資料也很豐富，是較為理想的主選控制器芯片。當輸入信號加到輸入端時，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)出紅外光，受光三極管受光照射后，由于光敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流，通過輸出端輸出，從而實現(xiàn)了以光為媒介的電信號傳輸。由步進電動機的控制特性分析可見，在額定負載范圍內(nèi)，角位移量θ或直線位移量s、轉(zhuǎn)速n或線速度v不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化，因而很適合在開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)成本下降。參考技術(shù)要求，步進角為 80hHBPL 型系列行星減速步進電機步進電機作為執(zhí)行元件的顯著優(yōu)點如下：步進電機可以直接接受數(shù)字量信號，控制較為方便；步進電機具有快速起、停能力，可在一剎那實現(xiàn)啟動或停止，定位準確；步進電機精度高，步距角可由每步90176。將確定出的各項數(shù)值代入接觸強度校核公式，得 ???H?=350 M Pa＜ ??1H?10 / 36所以滿足齒面接觸疲勞強度。現(xiàn)以沖量的計算方法來計算襟翼的受3m力，(轉(zhuǎn)軸的材料為 45 鋼 取 30MPa)???面積 s=*= v=500km/h≈∵ Ft=mv F=mv/t=ρVv/t=ρsvv=***= N現(xiàn)假設(shè)力 F 作用于襟翼的離轉(zhuǎn)軸最遠的邊緣距離為 d=，則轉(zhuǎn)矩 M=F*d=*= N*m根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度條件設(shè)計軸的直徑 d由強度條件可知 ??maxaxmax316pMdW?????則 ??max33min m?????故軸安裝最小軸承處的軸徑為 ф25mm.。襟翼的轉(zhuǎn)軸位于襟翼的邊緣，如圖所示： 襟 翼 轉(zhuǎn) 軸6 / 36圖 襟翼示意圖襟翼的轉(zhuǎn)動范圍是與水平面的夾角為177。 信號處理系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由單片機、地址鎖存器、存儲器、I/O 口擴展芯片、步進電機驅(qū)動電路等組成。4 / 36飛機實現(xiàn)方向偏轉(zhuǎn)是駕駛員通過左右推動操縱桿偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。主要技術(shù)參數(shù)如下：① 最大轉(zhuǎn)角： （左右尾翼）45??② 運動形式：左右尾翼分開運動③ 驅(qū)動方式：步進電機④ 用單片機控制2. 系統(tǒng)總體方案整個系統(tǒng)由操縱系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、步進電機控制系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)組成。 課題任務(wù)、研究的內(nèi)容和要求本設(shè)計要研制出針對飛機尾翼動作的自動控制系統(tǒng)，包括手柄，執(zhí)行機構(gòu)和控制器。凸緣和腹板組成工字型梁，承受由外載荷轉(zhuǎn)化而成的彎矩和剪力。其次在氣動方面，它的迎風面積應(yīng)減小到最小，表面應(yīng)光滑，形狀應(yīng)流線化而沒有突角和縫隙，以便盡可能地減小阻力。所謂良好的氣動外形，是指升力大、阻力小、穩(wěn)定操縱性好。另外，在機翼上還安裝有改善起飛和著陸性能的襟翼和用于飛機橫向操縱的副翼，有的還在機翼前緣裝有縫翼等增加升力的裝置。整個系統(tǒng)由操縱系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、步進電機控制系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)組成。一般來說，水平尾翼由固定的水平安定面和可偏轉(zhuǎn)的升降舵組成飛機的水平安定面就能夠使飛機在俯仰方向上（即飛機抬頭或低頭）具有靜穩(wěn)定性。 while the rise time when the aircraft is disturbed, then the role of the level of stability in the aerodynamic surface will produce a bow of the moment the aircraft, the aircraft recovery to level flight attitude. The system consists of control systems, signal detection system, signal processing system, stepping motor control systems, gear transmission system ponent. Control mechanism with cross handle, including before and after the four directions of movement, so that each can control the direction of about plus or minus two rear corner 45 degrees, enabling the aircraft to take off, landing, turn left or turn right on the horizontal tail control。以下是典型的梁式機翼的結(jié)構(gòu)。飛機機身的功用主要是裝載人員、貨物、燃油、武器、各種裝備和其他物資，它還可用于連接機翼、尾翼、起落架和其他有關(guān)的構(gòu)件，并把它們連接成為一個整體。 翼梁是最主要的縱向構(gòu)件，它承受全部或大部分彎矩和剪力。橫向骨架 機翼的橫向骨架主要是指翼肋，而翼肋又包括普通翼肋和加強翼肋，橫向是指垂直于翼展的方向，它們的安裝方向一般都垂直于機翼前緣。尾翼傾角應(yīng)能實時顯示。假設(shè)飛行駕駛員向前推操縱桿，傳感器接收到信號并將其傳送給傳動機構(gòu)，傳動機構(gòu)控制飛機尾翼向下偏轉(zhuǎn)，這樣產(chǎn)生的附加空氣動力和力矩打破了原來的平衡。電信號經(jīng)過信號處理后，通過步進電機驅(qū)動電路來控制步進電機的運動，從而帶動齒輪來控制水平尾翼。前者占用計算機機時較嚴重，計算機驗時階段將不能處理其他事務(wù)，且延時不很精確，但實現(xiàn)簡單，不占用計算機硬件資源，主要用與CPU 較空閑的場合，后者可以精確定時，不占用 CPU 時間，但有時需要系統(tǒng)另行擴展定時器。假設(shè)把空氣示為粒子，空氣粒子的速度為正，空氣粒子在撞擊襟翼之后的速度為零（實際上空氣的速度仍然為正） 。選小齒輪齒數(shù) =20， =i =601z21z 按齒跟彎曲疲勞強度設(shè)計閉式硬齒面齒輪傳動，承載能力一般取決于彎曲強度，故先按彎曲強度設(shè)計，演算接觸強度。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角） 。從這個意義講，電機也是一個數(shù)字/角度傳感器。所以一般在接口電路功率放大器之間都要加上隔離電路，通常使用的是光電耦合器。除此之外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場合控制對象以及各種參數(shù)的要求來選擇 CPU。16 / 36XTA （19）：震蕩器反向放大器輸出和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，HMOS 芯片使用外部震蕩2l器時，此端用于輸入外部震蕩信號。I/O 線：（32~39）：單片機的雙向數(shù)據(jù)總線和低 8 位地址總線分時操作，先用作地址總線，在0pALE 信號的下降沿，地址鎖存，然后用作為數(shù)據(jù)總線，也可用作雙向輸入/輸出口，它能吸入/方出 8 個 TTL 負載（作總線工作時）（1~8）：8 位準雙向輸入/輸出口。兩種存儲器的尋址空間是分開的，對于 MCS51 系列，實際上存在 3 個獨立空間，如圖 7 所示，程序存儲器用于存放程序 8051 片內(nèi)有 4KROM，8751 片內(nèi)有 4KEPROM。兩個為片內(nèi)定時/計數(shù)器。 芯片介紹 ADC0809ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。GND：地。20 / 36HMOS 制造工藝的 MCS51 單片機都采用 40 引腳的直插封裝（DIP 方式），制造工藝為 CHMOS的 80C51/80C31 芯片除采用 DIP 封裝方式外，還采用方型封裝工藝，引腳排列如圖。當采用外部振蕩器時，對 HMOS 單片機，此引腳應(yīng)接地；對 CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。當 VCC 主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而 VPD 在其規(guī)定的電壓范圍（5177。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）。1 個全多工串行通信端口 。EA/Vpp：EA為英文External Access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來執(zhí)行程序。其引腳分配如下：：RXD，串行通信輸入。 2764 芯片2764 是 8K*8 字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只讀存儲器，單一+5V 供電，工作電流為 75mA，維持電流為 35mA，讀出時間最大為 250nS，28 腳雙列直插式封裝。這樣，程序就不會由于斷電而丟失。④ CE：選片信號。EPROM 的一個重要優(yōu)點是可以擦除重寫，而且允許擦除的次數(shù)超過上萬次。當 G=1 時，74LS373 的輸出端與輸入端的相同，當 G 高電平返回低電平時，將輸入的數(shù)據(jù)鎖存入。其特點是：硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，但由于所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，總片之間的地址不連續(xù)。其可尋址的寄存器相應(yīng) I/O 口編址如表 1。提供高 8 位地址（A8~A12） ，經(jīng)外部鎖存器后提供低 8 位地址（A0~A7） 。為了把地址信號分離出來保存以提供低 8 位地址信息，一般采用 74LS373 作為地址鎖存器。23 / 36⑥ VPP：編程電壓輸入端。低電平有效。因為在軟件調(diào)試過程中，程序經(jīng)常需要修改，此時可將程序先放在 6264 中，讀寫修改都很方便。：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。平時在程序執(zhí)行時 ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。5 個中斷向量源。對于 EPROM 型的單片機（如 8751），在 EPROM 編程期間，此引腳也用于施加 21V 的編程電源（VPP）。ALE 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8 個 LS 型的 TTL 輸入電路。推薦在此引腳與 VSS 引腳之間連接一個約 的下拉電阻，與 VCC 引腳之間連接一個約 10μF的電容，以保證可靠地復(fù)位。 外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（19 腳）接外部晶體的一個引腳。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。IN0IN7：8 位模擬量輸入引腳。此外，