【文章內(nèi)容簡介】 B的程序存儲空間，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，且片外擴展的EPROM地址應從2000H開始。AT89S52單片機的P0口是分時復用的地址/數(shù)據(jù)總線，而且與I/O口線復用，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個狀態(tài)。通過鎖存信號輸入端G和輸出允許控制信號輸入端/OE組合，可實現(xiàn)上述3個狀態(tài)。當三態(tài)門的/OE=0且G=1時，三態(tài)門處于直通狀態(tài)，允許1Q—8Q輸出到Q0Q7；當/OE為高電平時，輸出三態(tài)門斷開，輸出線Q0Q7處于高阻狀態(tài)；當/OE=0且G端出現(xiàn)下降沿時，為鎖存狀態(tài)。74LS373作為地址鎖存器時，首先應使三態(tài)門的使能信號/OE為低電平，這時，當G輸入為高電平時，鎖存器直通狀態(tài)，此時輸出端Q0Q7狀態(tài)和輸入端D0D7狀態(tài)相同；當G端從高電平到低電平（下降沿）時，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直接與單片機的鎖存控制信號ALE相連，ALE下降沿進行低8位地址鎖存，直到下一次ALE變高，地址才發(fā)生變化。74LS138是一個廣泛應用的地址譯碼器，3位輸入A、B、C對應8位反向輸出YOY7，8選1，即YOY7有一個輸出為低電平有效，作片選。 數(shù)據(jù)存儲擴展在機電一體化設備的專用控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲器通常選用靜態(tài)RAM(SRAM)。因為在使用SRAM時，無需考慮刷新問題，且與CPU的接口較簡單。常用的SRAM芯片主要有 6116(2K8位)、6264(8K8位)、62256(32K8位)、628128(128K8位)等。本次設計中選用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)存儲器的擴展與程序存儲器的擴展，在地址線的處理上是相同的，所不同的是，除讀選通信號各異之外，尚需考慮寫選通的控制問題。6264芯片有一個片選/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。在很多應用場合，要求SRAM芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)在掉電后不丟失，這時就需要增加掉電保護電路。SRAM屬CMOS芯片，靜態(tài)電流小，正常運行時由電源對其供電，而在掉電狀態(tài)下，由小型蓄電池對其供電，連續(xù)掉電后，蓄電池可維持數(shù)據(jù)35個月不丟失。 鍵盤電路和LCD顯示電路設計 鍵盤顯示功能是數(shù)控系統(tǒng)中的一個很關(guān)鍵的部分，它能實現(xiàn)向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、傳達命令和顯示工作狀況等，是人工干預的主要依據(jù)和手段。 鍵盤電路鍵盤主要有獨立式和矩陣式。前者一個按鍵接一個輸入線，輸入口浪費很大，用于按鍵數(shù)量較少的場合；后者多用按鍵較多的場合，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，當按鍵按下時直接給出該鍵的鍵編碼，而且還能夠消除抖動和解決重復鍵問題。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)，當發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，用計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個按鍵的矩陣鍵盤連接，能對鍵盤不斷掃描，自動消抖，自動識別出按下的鍵并給出編碼，能對雙鍵或n鍵同時按下實現(xiàn)保護。8279為40列引腳封裝， 8279的引腳功能圖引腳簡介：1．數(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/CS=O選中8279，當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占用兩個端口地址。3．控制線:8279的控制線較多。這里介紹系統(tǒng)設計中幾個用到的控制線。4．IRQ:中斷請求輸出線，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。它們可以編程設定為編碼輸出(16中取l)或譯碼輸出(4中取l)。6．RLORL7(回復線):輸入線。它們是鍵盤矩陣或傳感器矩陣的列信號輸入線。7．SHIFT(移位信號):輸入線，高電平有效。該輸入信號是8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位D6，通常用來補充鍵盤開關(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，該輸入信號是鍵盤數(shù)據(jù)的最高位D7，通常用來擴充鍵開關(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個按鍵，鍵的個數(shù)不多，不能滿足系統(tǒng)需要，所以鍵盤電路設計采用編碼掃描。當設定8279的掃描線SL3SLO工作在編碼掃描方式時，SL3SLO四個引腳的輸出在0000 1111之間不斷循環(huán)。此時，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，組成矩陣鍵盤時采用了5根；列回饋線不必擴展，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個按鍵。 LCD電路設計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，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應用。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：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）程序簡單，如果用數(shù)碼管動態(tài)顯示，會占用很多時間來刷新顯示，而1602自動完成此功能。 1602模塊的實物圖1602采用標準的16腳接口，其中：（模塊背面有標注）第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，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)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了不同的點陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，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），可用以存儲自己定義的字符。 I/O口擴展及其外圍電路設計為了使系統(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備與輸出設備。在單片機的內(nèi)部，雖然設置了若干并行I/O接口電路用來與外設連接，但當外圍設備較多時，I/O接口可能就不夠用，需要進行擴展。常用的I/O接口芯片分為兩大類:簡單的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接口芯片的電路設計?？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擴展接口815可編程鍵盤/顯示接口827可編程定時/計數(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對其編程進行決定。下面對8255A、8253在本平臺中的運用進行詳細介紹。 可編程外圍并行接口設計 本系統(tǒng)中所要控制的外部設備主要有兩個步進電機（根據(jù)自制的步進電機驅(qū)動器需要用8個輸出口），加上上下左右的4個鍵盤輸口，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4位端口用，每個4位口都有一個4位所存器，這兩個4位端口可與A口及B口配合使用，輸出控制信號，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，才能通過三個數(shù)據(jù)口實現(xiàn)正確的I/O操作。它的3個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C端口的任一位進行置位/復位操作。 步進電機控制設計 步進電機是一種通過電脈沖信號控制相繞組電流實現(xiàn)定角轉(zhuǎn)動的機電元件，與其他類型電機相比具有易于開環(huán)精確控制、無積累誤差等優(yōu)點，在眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛的應用。為了得到性能優(yōu)越的控制效果，出現(xiàn)了很多步進電機控制系統(tǒng)，其中采用單片機作為控制核心的控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用。 步進電機的工作原理 反應式步進電機結(jié)構(gòu)圖，它的定子具有均勻分布的六個磁極，磁極上繞有繞組。兩個相對的磁極組成一組。下面介紹反應式步進電動機單三拍、六拍及雙三拍通電方式的基本原理。反應式步進電機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，使電機一步一步轉(zhuǎn)動的。以三相反應式步進電機為例。單三拍通電方式的基本原理 設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A、A’極就成為電磁極鐵的N、S極。在磁場的作用下，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)子便順時針方向轉(zhuǎn)過30176。，它的齒和C、C’極對齊（圖c）。不難理解，當脈沖信號一個一個發(fā)來時，如果按A→C→B→A→的順序通電，則電機轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動。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 單三拍通電方式時轉(zhuǎn)子的位置六拍通電方式的基本原理 設A相首先通電，轉(zhuǎn)子齒與定子A、A’對齊（），然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時定子B、B’極對轉(zhuǎn)子齒4產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動，但是A、A’極繼續(xù)拉住齒3，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動兩個磁拉力平衡為止。，“。接著A相斷電，B相繼續(xù)通電。這時轉(zhuǎn)子齒4和定子B、B’極對齊()，(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)子便順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動，步距角15176。電流換接六次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進了一個齒距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→，則電機轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動。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轉(zhuǎn)子走三步前進了一個齒距角，每走一步前進了三分之一齒距角。采用六拍方式時，轉(zhuǎn)子走六步前進了一個齒距角，每走一步前進了六分之一齒距角。因此步距角0可用下式計算： θ＝360176。／﹙Zrm﹚ （）式中Zr是轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m是運行拍數(shù)。一般步進電動機最常見的步距角是3176。176。所以，轉(zhuǎn)子上不只4個齒(齒距角90176。)，而有40個齒(齒距角為9176。)。 由式θ＝360176。／﹙Zrm﹚可知，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個步距角o，就相當于轉(zhuǎn)過了整個圓周的 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﹚ （） 步進電機的選擇如何正確選用步進電動機是一項重要的工作，它需要與系統(tǒng)總體設計相協(xié)調(diào)，一般從以下4個方面考慮如何選擇步進電機。步距角的選擇步距角是在一個電脈沖信號的作用下，步進電動機轉(zhuǎn)過的機械角位移。、、 、。步進電動機一旦選定以后，其步距角就固定不變，要想改變，只能通過驅(qū)動電源的細分功能來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩的選擇步進電機轉(zhuǎn)矩的選擇包括四個方面:最大靜轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩、矩頻特性、定位轉(zhuǎn)矩。最大靜轉(zhuǎn)矩是指步進電動機在通電狀態(tài)下，使轉(zhuǎn)子離開平衡位置時的極限力矩值，它反映了步進電動機承受外加轉(zhuǎn)矩的特性；啟動轉(zhuǎn)矩是指步進電動機單相繞組勵磁時所能帶動的極限負載轉(zhuǎn)矩；矩頻特性是指輸出轉(zhuǎn)