【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 B的程序存儲(chǔ)空間，如果不需要這一空間，可將其/EA引腳接地；如果需要使用這部分空間，/EA引腳必須接高電平，且片外擴(kuò)展的EPROM地址應(yīng)從2000H開始。AT89S52單片機(jī)的P0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，而且與I/O口線復(fù)用，為了將地址總線與數(shù)據(jù)總線分離出來，以便同片外的電路正確連接，需要在單片機(jī)外部增加地址鎖存器，構(gòu)成片外三總線結(jié)構(gòu)，一般常用鎖存器74LS373。74LS373有直通、高阻、鎖存3個(gè)狀態(tài)。通過鎖存信號(hào)輸入端G和輸出允許控制信號(hào)輸入端/OE組合，可實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)狀態(tài)。當(dāng)三態(tài)門的/OE=0且G=1時(shí)，三態(tài)門處于直通狀態(tài)，允許1Q—8Q輸出到Q0Q7；當(dāng)/OE為高電平時(shí)，輸出三態(tài)門斷開，輸出線Q0Q7處于高阻狀態(tài)；當(dāng)/OE=0且G端出現(xiàn)下降沿時(shí)，為鎖存狀態(tài)。74LS373作為地址鎖存器時(shí)，首先應(yīng)使三態(tài)門的使能信號(hào)/OE為低電平，這時(shí)，當(dāng)G輸入為高電平時(shí)，鎖存器直通狀態(tài)，此時(shí)輸出端Q0Q7狀態(tài)和輸入端D0D7狀態(tài)相同；當(dāng)G端從高電平到低電平（下降沿）時(shí)，輸入端1D—8D的數(shù)據(jù)鎖入1Q—8Q的8位鎖存器，為鎖存狀態(tài)。它的鎖存控制端G直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)ALE相連，ALE下降沿進(jìn)行低8位地址鎖存，直到下一次ALE變高，地址才發(fā)生變化。74LS138是一個(gè)廣泛應(yīng)用的地址譯碼器，3位輸入A、B、C對(duì)應(yīng)8位反向輸出YOY7，8選1，即YOY7有一個(gè)輸出為低電平有效，作片選。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擴(kuò)展在機(jī)電一體化設(shè)備的專用控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通常選用靜態(tài)RAM(SRAM)。因?yàn)樵谑褂肧RAM時(shí)，無需考慮刷新問題，且與CPU的接口較簡(jiǎn)單。常用的SRAM芯片主要有 6116(2K8位)、6264(8K8位)、62256(32K8位)、628128(128K8位)等。本次設(shè)計(jì)中選用6264芯片，其中，Ai是地址線；I/Oi是雙向數(shù)據(jù)線；/CE或/CS是片選線；/OE是數(shù)據(jù)讀出選通線，通常與CPU芯片的/RD引腳相連；/WE是數(shù)據(jù)寫入選通線，一般與CPU的/WR引腳連接；VCC是工作電源。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展與程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，在地址線的處理上是相同的，所不同的是，除讀選通信號(hào)各異之外，尚需考慮寫選通的控制問題。6264芯片有一個(gè)片選/CS1，今用“38”譯碼器輸出引腳CS0來選通它；8根數(shù)據(jù)線I/O7I/O0直接掛在CPU的P0口；13根地址線A12A0分為高5位和低8位，低8位與地址鎖存器74LS373的輸出端相連；數(shù)據(jù)讀允許引腳/OE與CPU的/RD連接；數(shù)據(jù)寫允許引腳/WE與CPU的WR連接?？梢运愠?264的地址范圍是:0000H1FFFH。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，要求SRAM芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)在掉電后不丟失，這時(shí)就需要增加掉電保護(hù)電路。SRAM屬CMOS芯片，靜態(tài)電流小，正常運(yùn)行時(shí)由電源對(duì)其供電，而在掉電狀態(tài)下，由小型蓄電池對(duì)其供電，連續(xù)掉電后，蓄電池可維持?jǐn)?shù)據(jù)35個(gè)月不丟失。 鍵盤電路和LCD顯示電路設(shè)計(jì) 鍵盤顯示功能是數(shù)控系統(tǒng)中的一個(gè)很關(guān)鍵的部分，它能實(shí)現(xiàn)向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、傳達(dá)命令和顯示工作狀況等，是人工干預(yù)的主要依據(jù)和手段。 鍵盤電路鍵盤主要有獨(dú)立式和矩陣式。前者一個(gè)按鍵接一個(gè)輸入線，輸入口浪費(fèi)很大，用于按鍵數(shù)量較少的場(chǎng)合；后者多用按鍵較多的場(chǎng)合，可以節(jié)省很多I/O口。矩陣式鍵盤又可分為兩大類：無編碼器鍵盤和帶編碼器鍵盤。帶編碼器鍵盤采用硬件方法，當(dāng)按鍵按下時(shí)直接給出該鍵的鍵編碼，而且還能夠消除抖動(dòng)和解決重復(fù)鍵問題。鍵盤編碼器有靜態(tài)編碼器，掃描式編碼器和反相編碼器等。無編碼器鍵盤采用軟件掃描法，逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下時(shí)，用計(jì)算的方法來得到該鍵的編碼。目前使用較多的是帶編碼器鍵盤。INTEL8279是一種通用可編程鍵盤顯示器接口芯片。它能完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能。鍵盤部分提供一種掃描工作方式，可于64個(gè)按鍵的矩陣鍵盤連接，能對(duì)鍵盤不斷掃描，自動(dòng)消抖，自動(dòng)識(shí)別出按下的鍵并給出編碼，能對(duì)雙鍵或n鍵同時(shí)按下實(shí)現(xiàn)保護(hù)。8279為40列引腳封裝， 8279的引腳功能圖引腳簡(jiǎn)介：1．?dāng)?shù)據(jù)總線:D0D7是雙向三態(tài)總線。用于和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，在CPU和8279之間傳送命令或數(shù)據(jù)。2．地址線:當(dāng)/CS=O選中8279，當(dāng)AO=l為命令字及狀態(tài)字地址，AO=0為片內(nèi)數(shù)據(jù)地址，故8279占用兩個(gè)端口地址。3．控制線:8279的控制線較多。這里介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)中幾個(gè)用到的控制線。4．IRQ:中斷請(qǐng)求輸出線，高電平有效。5．SLOSL3(掃描線):輸出線。這四條輸出線用來掃描鍵盤和顯示器。它們可以編程設(shè)定為編碼輸出(16中取l)或譯碼輸出(4中取l)。6．RLORL7(回復(fù)線):輸入線。它們是鍵盤矩陣或傳感器矩陣的列信號(hào)輸入線。7．SHIFT(移位信號(hào)):輸入線，高電平有效。該輸入信號(hào)是8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位D6，通常用來補(bǔ)充鍵盤開關(guān)的功能，可以用作鍵盤上、下檔功能鍵，在傳感器方式和選通方式中，SHIFT無效。8．CNTL/STB(控制/選通):輸入線，高電平有效。在鍵盤方式時(shí)，該輸入信號(hào)是鍵盤數(shù)據(jù)的最高位D7，通常用來擴(kuò)充鍵開關(guān)的控制功能，做控制功能鍵用。 鍵盤電路8279的鍵盤管理有兩種方式:SLOSL3采用譯碼掃描或編碼掃描。由于譯碼掃描提供的行線最多只有4根，與8根列線相交，只能得到32個(gè)按鍵，鍵的個(gè)數(shù)不多，不能滿足系統(tǒng)需要，所以鍵盤電路設(shè)計(jì)采用編碼掃描。當(dāng)設(shè)定8279的掃描線SL3SLO工作在編碼掃描方式時(shí)，SL3SLO四個(gè)引腳的輸出在0000 1111之間不斷循環(huán)。此時(shí)，不能用這四根輸出線作為行掃描線，但是，可將這四根線送到外接的譯碼器，從譯碼器輪流輸出的負(fù)脈沖就可以作為矩陣鍵盤的行掃描線了。圖中將8279的SLZSLO三根掃描線送給74LS138譯碼器，得到8根行掃描線，組成矩陣鍵盤時(shí)采用了5根；列回饋線不必?cái)U(kuò)展，直接使用8279的RL7RLO中的6根，但要接上拉電阻。組成的鍵盤為56矩陣，共有30個(gè)按鍵。 LCD電路設(shè)計(jì)液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字，2行16字，兩行20字等等。2行16字的字符型液晶模塊是一種通用模塊，與數(shù)碼管相比該模塊有如下優(yōu)點(diǎn)：1）位數(shù)多，共有兩行顯示。2）顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫字母。3）程序簡(jiǎn)單，如果用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，會(huì)占用很多時(shí)間來刷新顯示，而1602自動(dòng)完成此功能。 1602模塊的實(shí)物圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：（模塊背面有標(biāo)注）第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7~14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15~16腳：空腳（有的用來接背光）。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。其內(nèi)部還有自定義字符（CGRAM），可用以存儲(chǔ)自己定義的字符。 I/O口擴(kuò)展及其外圍電路設(shè)計(jì)為了使系統(tǒng)按要求工作，就必須將必要的命令和數(shù)據(jù)輸入到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)運(yùn)算或處理的結(jié)果也要通過一定的方式輸出，這就需要一定的輸入設(shè)備與輸出設(shè)備。在單片機(jī)的內(nèi)部，雖然設(shè)置了若干并行I/O接口電路用來與外設(shè)連接，但當(dāng)外圍設(shè)備較多時(shí)，I/O接口可能就不夠用，需要進(jìn)行擴(kuò)展。常用的I/O接口芯片分為兩大類:簡(jiǎn)單的I/O 接口芯片和可編程型I/O接口芯片。本節(jié)著重介紹系統(tǒng)中可編程I/O接口芯片的電路設(shè)計(jì)?？删幊?/0接口芯片種類很多，常用的有Intel公司的外圍器件，如可編程外圍并行接口8255A、可編程RAM/I0擴(kuò)展接口815可編程鍵盤/顯示接口827可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器825可編程串行通訊接口8251等。這些芯片都具有多種工作方式，可由CPU對(duì)其編程進(jìn)行決定。下面對(duì)8255A、8253在本平臺(tái)中的運(yùn)用進(jìn)行詳細(xì)介紹。 可編程外圍并行接口設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中所要控制的外部設(shè)備主要有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)（根據(jù)自制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需要用8個(gè)輸出口），加上上下左右的4個(gè)鍵盤輸口，選用8255A可編程外圍并行接口芯片。 8255A引腳可編程輸入/。Di是雙向數(shù)據(jù)線；/CS是片選線；/RD是數(shù)據(jù)讀出選通線，通常與CPU芯片的/RD引腳相連；/WR是數(shù)據(jù)寫入選通線，一般與CPU的/WR引腳連接；PA口是8位數(shù)據(jù)輸出口，既有上拉又有下拉總線保持器；PB口是8位數(shù)據(jù)輸入/輸出口，只有上拉總線保持器；PC口是8位數(shù)據(jù)輸入（無所存）/輸出（帶緩沖器）口，在方式控制下可分作兩個(gè)4位端口用，每個(gè)4位口都有一個(gè)4位所存器，這兩個(gè)4位端口可與A口及B口配合使用，輸出控制信號(hào)，輸入狀態(tài)信息，PC口的保持結(jié)構(gòu)與B口相同。向8255A控制口寫入控制字可決定它的工作方式，并且只有先寫入控制字，才能通過三個(gè)數(shù)據(jù)口實(shí)現(xiàn)正確的I/O操作。它的3個(gè)I/O并行口PA、PB、PC可選擇三種工作方式:方式O為基本的輸入輸出；方式1為選通輸入輸出；方式2為雙向傳送。8255A還能對(duì)C端口的任一位進(jìn)行置位/復(fù)位操作。 步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)是一種通過電脈沖信號(hào)控制相繞組電流實(shí)現(xiàn)定角轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)電元件，與其他類型電機(jī)相比具有易于開環(huán)精確控制、無積累誤差等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。為了得到性能優(yōu)越的控制效果，出現(xiàn)了很多步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中采用單片機(jī)作為控制核心的控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖，它的定子具有均勻分布的六個(gè)磁極，磁極上繞有繞組。兩個(gè)相對(duì)的磁極組成一組。下面介紹反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單三拍、六拍及雙三拍通電方式的基本原理。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理是利用了物理上的‘磁通總是力圖使自己所通過的路徑的磁阻最小’所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的。以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例。單三拍通電方式的基本原理 設(shè)A相首先通電（B、C兩相不通電），產(chǎn)生AA’軸線方向的磁通，并通過轉(zhuǎn)子形成閉合回路。這時(shí)A、A’極就成為電磁極鐵的N、S極。在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，也就是要轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子的齒對(duì)齊A、A’極的位置（）；接著B相通電（A、C兩相不通電），轉(zhuǎn)子便順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過30176。，它的齒和C、C’極對(duì)齊（圖c）。不難理解，當(dāng)脈沖信號(hào)一個(gè)一個(gè)發(fā)來時(shí)，如果按A→C→B→A→的順序通電，則電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種通電方式稱為單三拍方式。（a）A相通電 （b）B相通電 （c）C相通電 單三拍通電方式時(shí)轉(zhuǎn)子的位置六拍通電方式的基本原理 設(shè)A相首先通電，轉(zhuǎn)子齒與定子A、A’對(duì)齊（），然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時(shí)定子B、B’極對(duì)轉(zhuǎn)子齒4產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，但是A、A’極繼續(xù)拉住齒3，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)磁拉力平衡為止。，“。接著A相斷電，B相繼續(xù)通電。這時(shí)轉(zhuǎn)子齒4和定子B、B’極對(duì)齊()，(b)的位置又轉(zhuǎn)過了15“。這樣，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→，則轉(zhuǎn)子便順時(shí)針方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，步距角15176。電流換接六次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進(jìn)了一個(gè)齒距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→，則電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種通電方式稱為六拍方式（a） （b） （c） （d）a. A相通電 b. A、B相通電 c. B相通電 d. B、C相通電 原理示意圖雙三拍通電方式的基本原理如果每次都是兩相通電，即按A、B→B、C→C、A→A、B→…的順序通電，則稱為雙三拍方式，從圖4b，和圖4d可見，步距角也是30。因此，采用單三拍和雙三拍方式時(shí)轉(zhuǎn)子走三步前進(jìn)了一個(gè)齒距角，每走一步前進(jìn)了三分之一齒距角。采用六拍方式時(shí)，轉(zhuǎn)子走六步前進(jìn)了一個(gè)齒距角，每走一步前進(jìn)了六分之一齒距角。因此步距角0可用下式計(jì)算： θ＝360176。／﹙Zrm﹚ （）式中Zr是轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m是運(yùn)行拍數(shù)。一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最常見的步距角是3176。176。所以，轉(zhuǎn)子上不只4個(gè)齒(齒距角90176。)，而有40個(gè)齒(齒距角為9176。)。 由式θ＝360176。／﹙Zrm﹚可知，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角o，就相當(dāng)于轉(zhuǎn)過了整個(gè)圓周的 l/(Zrm)圈，若控制脈沖頻率為f，則轉(zhuǎn)子每秒鐘就轉(zhuǎn)過f/(Zrm)圈，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n為: n=60f／﹙Zrm﹚﹙r／min﹚ （） 步進(jìn)電機(jī)的選擇如何正確選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一項(xiàng)重要的工作，它需要與系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，一般從以下4個(gè)方面考慮如何選擇步進(jìn)電機(jī)。步距角的選擇步距角是在一個(gè)電脈沖信號(hào)的作用下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過的機(jī)械角位移。、、 、。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一旦選定以后，其步距角就固定不變，要想改變，只能通過驅(qū)動(dòng)電源的細(xì)分功能來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩的選擇步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇包括四個(gè)方面:最大靜轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、矩頻特性、定位轉(zhuǎn)矩。最大靜轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在通電狀態(tài)下，使轉(zhuǎn)子離開平衡位置時(shí)的極限力矩值，它反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)承受外加轉(zhuǎn)矩的特性；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相繞組勵(lì)磁時(shí)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載轉(zhuǎn)矩；矩頻特性是指輸出轉(zhuǎn)