【文章內(nèi)容簡介】 I/O線，分為A、B、C共3個(gè)端口來使用；8條數(shù)據(jù)線，用于數(shù)據(jù)和控制命令傳送；兩條地址線，讀/寫時(shí)用于選擇片內(nèi)的控制寄存器或A、B、C口對(duì)應(yīng)的3個(gè)端口寄存器PA、PB、PC；讀/寫信號(hào)控制線各一根；還有復(fù)位信號(hào)，片選信號(hào)、電源等引腳。8255A的24條I/O線可編程分為兩組，有3種工作方式，其中，方式0是最為簡單和常用的一種，該方式下端口A、B、C僅作簡單的出入/輸出使用。8255A的工作方式有其片內(nèi)的控制寄存器選擇。 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A內(nèi)部由PA、PB、PC這3個(gè)8位可編程雙向I/O口，A組控制器和B組控制器，數(shù)據(jù)緩沖器及讀/寫控制邏輯4部分電路組成，其結(jié)構(gòu)如圖36[5] 梁景凱,[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006,第108頁.所示。PA、PB、PC口：PA、PB、PC口均為8位I/O數(shù)據(jù)口，但結(jié)構(gòu)上略有差別。A口由一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖/鎖存器組成，B口和C口各由一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器(無輸入數(shù)據(jù)緩沖器，故B口不能在模式2下工作)組成。A組控制器和B組控制器：A、B組控制器對(duì)應(yīng)的控制字寄存器接受CPU送來的控制字，用于決定8255A的工作方式。A組控制器控制A口和C口上半部（PC4~PC7），B組控制器控制B口和C口下半部（PC0~PC3）。數(shù)據(jù)總線緩沖器：這是一個(gè)8位雙向三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，用于8255A和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，以實(shí)現(xiàn)8255A與單片機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送。讀/寫控制邏輯：接收CPU送來的讀/寫信號(hào)和選口地址，用于控制對(duì)8255A的讀/寫。圖36 8255A邏輯結(jié)構(gòu)圖 8255A的引腳功能8255A有40條引腳，采用雙列直插式封裝。圖37 8255A引腳圖① 數(shù)據(jù)總線（8條）：D0~D7，用于傳送CPU和8255A間的數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)字。② 控制總線（6條）： RESRT：復(fù)位線，高電平有效。 ：片選線，低電平有效。若為高電平，則8255A不被選中；若為低電平，則8255A選中。 為讀命令線，為寫命令線，皆為低電平有效。若為低電平（必為高電平），則所選8255A處于讀狀態(tài)；若為低電平（必為高電平），則所選8255A處于寫狀態(tài)。 A0、A1：地址輸入線，用于選中PA、PB、PC口和控制寄存器中哪一個(gè)工作。上述控制線的功能如表312所列。表312 8255A控制線功能A1A0功能00010讀端口A數(shù)據(jù)01010讀端口B數(shù)據(jù)10010讀端口C數(shù)據(jù)00100寫數(shù)據(jù)到端口A01100寫數(shù)據(jù)到端口B10100寫數(shù)據(jù)到端口C11100寫命令到控制寄存器————1數(shù)據(jù)總線呈高阻狀態(tài)11010非法條件——110數(shù)據(jù)總線呈高阻狀態(tài)③ 并行I/O總線（24條）：這些總線用于和外設(shè)相連，共分3組。 PA7~PA0：雙向I/O總線。PA7為最高位，用于傳送I/O數(shù)據(jù)，可以設(shè)定為輸入或輸出方式，也可設(shè)定為輸入/輸出雙向方式。 PB7~PB0：雙向I/O總線。PB7為最高位，用于傳送I/O數(shù)據(jù)，可以設(shè)定為輸入或輸出方式。 PC7~PC0：雙向數(shù)據(jù)/控制總線。PC7為最高位，用于傳送I/O數(shù)據(jù)或控制/狀態(tài)信息，可以設(shè)定為輸入或輸出方式，也可設(shè)定為控制/狀態(tài)方式。④ 電源線（2條）：Vcc為+5V電源線，GND為地線。 8255A的工作方式8255A有3種工作方式：方式0、方式方式2。方式0：基本輸入/輸出方式。這種方式中3個(gè)端口被設(shè)置成輸入或輸出口，但不能既作輸入又作輸出。PC口分成兩部分：上半口（PC4~PC7）、下半口（PC0~PC3），兩部分可分別設(shè)置傳動(dòng)方向。各端口均可用于無條件數(shù)據(jù)傳送，也可通過人為指定PC口的某些位作為PA口、PB口的狀態(tài)信號(hào)，進(jìn)行查詢方式傳送。方式1：選通輸入/輸出方式。這種方式下PA口、PB口通過編程設(shè)定為輸入口或輸出口，而PC口則分成兩部分，分別用作PA口和PB口的控制和同步信號(hào)，以便于8255A和CPU之間傳送信息和中斷請(qǐng)求。這種聯(lián)絡(luò)信號(hào)時(shí)由8155A內(nèi)部規(guī)定的，不是由使用者指定的。PC口的高4位服務(wù)于A口，稱A組。PC口的低4位服務(wù)于B口，稱B組。方式2：雙向總線方式。只有PA口可工作于此方式，這時(shí)PA口既可輸入又可輸出，PC口的PC3~PC7用作輸入/輸出的同步控制信號(hào)。此時(shí)，PB口可以工作于方式0，但不能工作于方式1。 8255A控制字8255A方式控制字如圖38，分為兩種類型控制字：。方式控制字圖38 方式選擇控制字格式C口置位/復(fù)位控制字圖39C口控制字格式4 基于PROTEUS仿真電路分析 XY數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)仿真電路圖圖41 XY數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)仿真電路圖 XY數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件資源及其分配XY數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件資源主要包括有：AT89C52單片機(jī)、鎖存器74LS37可編程控制器8255A、8位8段共陰數(shù)碼管、四行四列矩陣鍵盤、限位/急停按鈕、晶振電路、復(fù)位電路、以及六線制的四相八拍工作制的X和Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各一個(gè)?？刂葡到y(tǒng)硬件資源的分配如表41所列。表41 XY數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件資源分配硬件芯片端口（引腳）用途（功能）AT89C528位P0口地址總線：輸出電平信號(hào)到74LS373送到8255A的A0和A1口，控制8255A的工作方式數(shù)據(jù)總線：擴(kuò)展可編程控制器8255A，完成AT89C52單片機(jī)與8255A的數(shù)據(jù)輸入和輸出XTAL1連接晶振電路XTAL2連接晶振電路RST復(fù)位電路接線口ALE地址鎖存允許，與74LS373的LE口連接，ALE為高電平時(shí)，74LS373送數(shù)，低電平時(shí)，鎖存。~四行四列矩陣式鍵盤行掃描輸入輸出線~四行四列矩陣式鍵盤列掃描輸入輸出線8255A連接8255A片選端限位信號(hào)輸入口，低地平時(shí)請(qǐng)求外部中斷0可編程控制器8255A寫選通信號(hào)端口可編程控制器8255A讀選通信號(hào)端口D0~D7連接AT89C52的P0口，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入與輸出PA口連接8位8端數(shù)碼管的段驅(qū)動(dòng)端口PB口連接8位8端數(shù)碼管的位選端口PC0~PC3向X向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入脈沖數(shù)和脈沖相序PC4~PC7向Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入脈沖數(shù)和脈沖相序 電路模塊圖分析 XY向步進(jìn)電機(jī)控制電路分析圖42 X/Y向步進(jìn)電機(jī)控制電路模擬圖圖42為X/Y向步進(jìn)電機(jī)控制電路模擬圖，從圖從我們可以看到仿真選用的是6線制的四相八拍步進(jìn)電機(jī)，通過8255A的PC0~PC3口分別向X向步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖信號(hào)，PC4~PC7則分別向Y向步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖信號(hào)。四相八拍步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)相序是A→AB→B→BC→C→CD→D→DA，反轉(zhuǎn)相序是DA→D→CD→C→BC→B→BA→A；表23將給出X向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)PC口各引腳輸出電平與X向電機(jī)相位關(guān)系；表44將給出Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)PC口各引腳輸出電平與Y向電機(jī)相位關(guān)系；而反轉(zhuǎn)時(shí)，控制的方式只需把從上往下循環(huán)改為從下往上循環(huán)即可。表42 X向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)PC口各引腳輸出電平與Y向電機(jī)相位關(guān)系X向步進(jìn)電機(jī)相位可編程控制器8255A的PC口各引腳的電平PC口輸出的16進(jìn)制數(shù)PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A100000000x01AB110000000x03B010000000x02BC011000000x06C001000000x04CD001100000x0cD000100000x08DA100100000x09表43 Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)PC口各引腳輸出電平與Y向電機(jī)相位關(guān)系Y向步進(jìn)電機(jī)相位可編程控制器8255A的PC口各引腳的電平PC口輸出的16進(jìn)制數(shù)PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A000010000x10AB000011000x30B000001000x20BC000001100x60C000000100x40CD000000110xc0D000000010x80DA000010010x90 四行四列矩陣式鍵盤控制電路分析圖43為四行四列矩陣式鍵盤控制電路原理圖，原理圖的設(shè)計(jì)上，在鍵盤的行掃描線上設(shè)置了上拉電阻，~，~。鍵盤上設(shè)有了0~9共10個(gè)數(shù)字鍵、X坐標(biāo)鍵、Y左邊鍵、G代碼按鍵、數(shù)字符號(hào)—負(fù)號(hào)鍵、ENTER（確認(rèn)）鍵以及START（開始）按鍵。通過這些按鍵能我們能直接向AT89C52單片機(jī)輸入指令、X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。圖43 鍵盤硬件電路接線圖 XY數(shù)控工作臺(tái)顯示電路分析圖44 XY數(shù)控工作臺(tái)仿真顯示電路數(shù)控XY工作臺(tái)顯示電路使用的是8位8段共陰極數(shù)碼管如圖44所示，引腳A、B、C、D、E、F、G和DP是數(shù)碼管的段驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端口，從圖上看出，設(shè)計(jì)時(shí)連接的是8255A的PA口；引腳7和8分別是數(shù)碼管的位選擇信號(hào)輸入端口，設(shè)計(jì)時(shí)連接的是8255A的PB口。改顯示電路能及時(shí)的顯示鍵盤電路輸入的指令，如G代碼、X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。 程序在仿真電路圖中實(shí)現(xiàn)的功能本次的設(shè)計(jì)任務(wù)是要實(shí)現(xiàn)具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的基本功能。通過下面章節(jié)的設(shè)計(jì)分析，您將能看到我在程序上是如何完成代碼處理、直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)等軟件功能。本設(shè)計(jì)將涵蓋數(shù)控XY工作臺(tái)的所有功能程序，在同組成員完成的基本人機(jī)界面上，對(duì)輸入的指令進(jìn)行代碼處理，根據(jù)相應(yīng)的（G00、G0G02和G03）指令以及輸入的X與Y坐標(biāo)量，步進(jìn)電機(jī)實(shí)行相應(yīng)的工作方式，與之相對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)了不同的插補(bǔ)功能，從而完成平面輪廓加工。最終我們可以通過步進(jìn)電機(jī)的走刀路線就能檢驗(yàn)出程序是否能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。5 XY數(shù)控工作臺(tái)總程序軟件設(shè)計(jì) 程序總流程分析NNNNYYNYYY開始程序初始化顯示循環(huán)程序鍵盤掃描程序是否有鍵被按下?G00服務(wù)程序輸入代碼是否為G00?G01服務(wù)程序輸入代碼是否為G01?G02服務(wù)程序輸入代碼是否為G02?G03服務(wù)程序輸入代碼是否為G03?圖51 總程序流程圖總程序流程圖見圖51。在MAIN( ) 函數(shù)中對(duì)程序進(jìn)行初始化處理，通過first( ) 函數(shù)對(duì)八位七段LED數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)始化處理，完成初始化后，程序在stop函數(shù)中循環(huán)等待中斷，定時(shí)器1可以將程序帶入顯示循環(huán)程序（即函數(shù)led( ) ），顯示循環(huán)程序運(yùn)行一次后即開始運(yùn)行鍵盤程序（即函數(shù)keyboard( ) ），當(dāng)檢測到按下為start鍵時(shí)，開始進(jìn)行輸入指令分析程序（即函數(shù)panduan( ) ），通過分析程序按情況進(jìn)入相應(yīng)的查補(bǔ)程序。 Main 函數(shù)功能解釋Main函數(shù)完成了對(duì)程序的初始化，包括打開CPU總中斷、打開定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷、打開定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷、打開外部INT1中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式選擇為定時(shí)器方式一、將定時(shí)器T0/T1的計(jì)時(shí)初值分別寫入各自的計(jì)時(shí)初值寄存器、外部INTI中斷觸發(fā)方式設(shè)定為電平觸發(fā)、令電機(jī)轉(zhuǎn)向初始狀態(tài)、設(shè)定8255工作方式、在顯示內(nèi)容寄存器中存入相應(yīng)的初始數(shù)據(jù)。 逐點(diǎn)比較法的插補(bǔ)原理數(shù)控機(jī)床在加工曲線時(shí)，用折線逼近所要加工的曲線。而確定道具或繪圖筆的過程就稱為插補(bǔ)。常用的脈沖增量查補(bǔ)方法是逐點(diǎn)比較法。所謂逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)，就是道具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，看這點(diǎn)在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進(jìn)給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向給定軌跡的外面走，如此，走一步，看一看，比較一次，決定下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點(diǎn)比較插補(bǔ)。逐點(diǎn)比較法是以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線的，它與規(guī)定的加工直線或曲線之間的最大誤差為一個(gè)脈沖當(dāng)量，因此只要把脈沖當(dāng)量（每走一步的距離即步長）取得足夠小，就可達(dá)到加工精度的要求。 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)逐點(diǎn)比較法運(yùn)算直觀，插補(bǔ)誤差小于一個(gè)脈沖當(dāng)量，輸出脈沖均勻，而且輸出脈沖的速度變化小，調(diào)節(jié)方便，因此在兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較為普遍[6] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007,第81頁.。 插補(bǔ)總流程分析2341開始flag_g=?逆圓插補(bǔ)程序END直線插補(bǔ)程序快速進(jìn)給程序順圓插補(bǔ)程序圖52 插補(bǔ)總流程圖插補(bǔ)總理路程圖見圖52。當(dāng)按下start鍵時(shí)首先進(jìn)入象限判斷函數(shù)xiangxian( )，然后插補(bǔ)計(jì)時(shí)所用計(jì)時(shí)器0開始計(jì)時(shí)，每次計(jì)時(shí)器0溢出時(shí)便會(huì)進(jìn)入插補(bǔ)方式選擇函數(shù)panduan( )，在此函數(shù)中判斷輸入代碼標(biāo)志位fl