【正文】 I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 8031 單片機(jī)雖有四個(gè) 8 位并行 I/O 口，但可供用戶(hù)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(jìn)行 I/O 口的擴(kuò)展。鎖存端 LE 由高變低時(shí)，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(xiàn)光照射 EPROM 的窗口，一般經(jīng)過(guò) 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(xiàn)，正常工作時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)。編程時(shí)，Vpp＝+25V（高壓），～PGM 端加入寬度為 50ms 的負(fù)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(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入 21V 的燒錄高壓。VCC：8051 電源正端輸入，接+5V。 外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB。④EA/VPP （引腳）：當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò) 0FFFH（對(duì)851/8751/80C51）或 1FFFH（對(duì) 8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。即使不訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE 端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì) HMOS 單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì) XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。在單片機(jī)的 40 條引腳中有 2 條專(zhuān)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(dòng)信號(hào)輸入端。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 時(shí)序：由于在單片機(jī)中程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器嚴(yán)格分開(kāi)，因此，程序存儲(chǔ)器的操作時(shí)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(chǔ)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(gè)字節(jié)中 00H~1FH 為四個(gè)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(shí)/計(jì)數(shù)器 0 ?：定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外部事件脈沖輸入端15.：：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(duì)片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)特殊功能的 EPROM，位于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器上，其地址為 80H~FFH 的區(qū)域。此信號(hào)在每個(gè)機(jī)器周期出現(xiàn) 2 次，只是訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間才會(huì)輸出 ALZ，在任何可使用外部數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)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(shí)鐘定時(shí)，當(dāng) 8751 片內(nèi)編程時(shí)，此端輸入編程脈沖信號(hào)（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(qiáng)的控制器，它的主要特點(diǎn)是集成度高可靠性好、運(yùn)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(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開(kāi)發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)，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(dāng)輸入信號(hào)加到輸入端時(shí)，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(guò)輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號(hào)傳輸。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制特性分析可見(jiàn)，在額定負(fù)載范圍內(nèi)，角位移量θ或直線(xiàn)位移量s、轉(zhuǎn)速n或線(xiàn)速度v不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化，因而很適合在開(kāi)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(jìn)角為 80hHBPL 型系列行星減速步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的顯著優(yōu)點(diǎn)如下：步進(jìn)電機(jī)可以直接接受數(shù)字量信號(hào)，控制較為方便；步進(jìn)電機(jī)具有快速起、停能力，可在一剎那實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止，定位準(zhǔn)確；步進(jìn)電機(jī)精度高，步距角可由每步90176。將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得 ???H?=350 M Pa＜ ??1H?10 / 36所以滿(mǎn)足齒面接觸疲勞強(qiáng)度?，F(xiàn)以沖量的計(jì)算方法來(lái)計(jì)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(yuǎn)的邊緣距離為 d=，則轉(zhuǎn)矩 M=F*d=*= N*m根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)軸的直徑 d由強(qiáng)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(dòng)范圍是與水平面的夾角為177。 信號(hào)處理系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由單片機(jī)、地址鎖存器、存儲(chǔ)器、I/O 口擴(kuò)展芯片、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成。4 / 36飛機(jī)實(shí)現(xiàn)方向偏轉(zhuǎn)是駕駛員通過(guò)左右推動(dòng)操縱桿偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)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(yùn)動(dòng)形式：左右尾翼分開(kāi)運(yùn)動(dòng)③ 驅(qū)動(dòng)方式：步進(jìn)電機(jī)④ 用單片機(jī)控制2. 系統(tǒng)總體方案整個(gè)系統(tǒng)由操縱系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)組成。 課題任務(wù)、研究的內(nèi)容和要求本設(shè)計(jì)要研制出針對(duì)飛機(jī)尾翼動(dòng)作的自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括手柄，執(zhí)行機(jī)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(dòng)方面，它的迎風(fēng)面積應(yīng)減小到最小，表面應(yīng)光滑，形狀應(yīng)流線(xiàn)化而沒(méi)有突角和縫隙，以便盡可能地減小阻力。所謂良好的氣動(dòng)外形，是指升力大、阻力小、穩(wěn)定操縱性好。另外，在機(jī)翼上還安裝有改善起飛和著陸性能的襟翼和用于飛機(jī)橫向操縱的副翼，有的還在機(jī)翼前緣裝有縫翼等增加升力的裝置。整個(gè)系統(tǒng)由操縱系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)組成。一般來(lái)說(shuō)，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(jī)的水平安定面就能夠使飛機(jī)在俯仰方向上（即飛機(jī)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(jī)翼的結(jié)構(gòu)。飛機(jī)機(jī)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(jī)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(gè)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(jī)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(qiáng)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(jī)翼前緣。尾翼傾角應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示。假設(shè)飛行駕駛員向前推操縱桿，傳感器接收到信號(hào)并將其傳送給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制飛機(jī)尾翼向下偏轉(zhuǎn)，這樣產(chǎn)生的附加空氣動(dòng)力和力矩打破了原來(lái)的平衡。電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)齒輪來(lái)控制水平尾翼。前者占用計(jì)算機(jī)機(jī)時(shí)較嚴(yán)重，計(jì)算機(jī)驗(yàn)時(shí)階段將不能處理其他事務(wù)，且延時(shí)不很精確，但實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不占用計(jì)算機(jī)硬件資源，主要用與CPU 較空閑的場(chǎng)合，后者可以精確定時(shí)，不占用 CPU 時(shí)間，但有時(shí)需要系統(tǒng)另行擴(kuò)展定時(shí)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(shí)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(qiáng)度設(shè)計(jì)閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，演算接觸強(qiáng)度。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角） 。從這個(gè)意義講，電機(jī)也是一個(gè)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(chǎng)合控制對(duì)象以及各種參數(shù)的要求來(lái)選擇 CPU。16 / 36XTA （19）：震蕩器反向放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，HMOS 芯片使用外部震蕩2l器時(shí)，此端用于輸入外部震蕩信號(hào)。I/O 線(xiàn)：（32~39）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)和低 8 位地址總線(xiàn)分時(shí)操作，先用作地址總線(xiàn)，在0pALE 信號(hào)的下降沿，地址鎖存，然后用作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)，也可用作雙向輸入/輸出口，它能吸入/方出 8 個(gè) TTL 負(fù)載（作總線(xiàn)工作時(shí)）（1~8）：8 位準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。兩種存儲(chǔ)器的尋址空間是分開(kāi)的，對(duì)于 MCS51 系列，實(shí)際上存在 3 個(gè)獨(dú)立空間，如圖 7 所示，程序存儲(chǔ)器用于存放程序 8051 片內(nèi)有 4KROM，8751 片內(nèi)有 4KEPROM。兩個(gè)為片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 芯片介紹 ADC0809ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。GND：地。20 / 36HMOS 制造工藝的 MCS51 單片機(jī)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(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì) HMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì) CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。當(dāng) 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(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）。1 個(gè)全多工串行通信端口 。EA/Vpp：EA為英文External Access的縮寫(xiě)，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來(lái)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(xiàn)镲除、電可編程只讀存儲(chǔ)器，單一+5V 供電，工作電流為 75mA，維持電流為 35mA，讀出時(shí)間最大為 250nS，28 腳雙列直插式封裝。這樣，程序就不會(huì)由于斷電而丟失。④ CE：選片信號(hào)。EPROM 的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可以擦除重寫(xiě)，而且允許擦除的次數(shù)超過(guò)上萬(wàn)次。當(dāng) G=1 時(shí)，74LS373 的輸出端與輸入端的相同，當(dāng) G 高電平返回低電平時(shí)，將輸入的數(shù)據(jù)鎖存入。其特點(diǎn)是：硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于所用片選線(xiàn)都是高位地址線(xiàn)，它們的權(quán)值較大，地址空間沒(méi)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(hào)分離出來(lái)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?yàn)樵谲浖{(diào)試過(guò)程中，程序經(jīng)常需要修改，此時(shí)可將程序先放在 6264 中，讀寫(xiě)修改都很方便。：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入信號(hào)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí) 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(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)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(dòng)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(jī)。5 個(gè)中斷向量源。對(duì)于 EPROM 型的單片機(jī)（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(dòng)（吸收或輸出電流）8 個(gè) LS 型的 TTL 輸入電路。推薦在此引腳與 VSS 引腳之間連接一個(gè)約 的下拉電阻，與 VCC 引腳之間連接一個(gè)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(gè)引腳。OE：輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。IN0IN7：8 位模擬量輸入引腳。此外，