【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。車(chē)床硬件電路由以下五部分組成。，即中央處理單元CPU，包括數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線。，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。，即I/O輸入/輸出接口電路。，如鍵盤(pán)，顯示器及光電輸入機(jī)等。見(jiàn)圖31RAMROM CPU光電隔離功 率放大器I/O接口步進(jìn)電機(jī) 外 設(shè)鍵盤(pán)，顯示器及其他 圖31 CA6140車(chē)數(shù)控車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開(kāi)環(huán)系統(tǒng)）二、選擇中央處理單元CPU的類(lèi)型在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選型應(yīng)考慮以下因素：，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度。（包括ROM和RAM）的容量。，影響編程的靈活性。，即對(duì)外設(shè)控制的能力。，包括支持開(kāi)發(fā)的軟件和硬件電路。此外還要考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求。目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，推薦使用MCS51系列單片微機(jī)作為主控制器。三、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)應(yīng)該包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，要考慮CPU與EPROM時(shí)序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量等問(wèn)題。在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中還應(yīng)該包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)。四、I/O即輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì)應(yīng)包括接口芯片的選擇，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤(pán)顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)（例如復(fù)位電路，越界報(bào)警電路，掉電保護(hù)電路等）。此外，不同的數(shù)控系統(tǒng)還要求配備不同的外設(shè)，這些部分的電路設(shè)計(jì)也應(yīng)包括。32 MCS51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介MCS51系列單片微機(jī)是美國(guó)Intel公司在MCS48系列單片微機(jī)基礎(chǔ)上推出的產(chǎn)品，于1980年問(wèn)世，它的集成度很高，是集片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)輸入/輸出部件和CPU于一體的優(yōu)良的單片機(jī)系統(tǒng)，在我國(guó)已廣泛地應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。MCS51系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品：8038051和8751。三種型號(hào)的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少數(shù)差異。8751具有片內(nèi)EPROM,但價(jià)格是8051的10～15倍，所以適合于開(kāi)發(fā)樣機(jī)，小批量生產(chǎn)和需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步完善的場(chǎng)合。8051的EPROM程序是Intel公司制作芯片時(shí)為用戶置備的，因此在國(guó)內(nèi)很難采用8051型芯片。而8031片內(nèi)無(wú)ROM，適用于需擴(kuò)展ROM，可在現(xiàn)場(chǎng)修改和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)合，其價(jià)格低，使用靈活，非常適合在我國(guó)使用。因此選用8031芯片一、 8031單片機(jī)的基本特征8031單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：1．具有功能很強(qiáng)的8位中央處理單元（CPU）。2．片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生器（6或12MHz）、每執(zhí)行一條指令時(shí)間為2或1。3．片內(nèi)具有128字節(jié)RAM。4．具有21個(gè)特殊寄存器。5．可擴(kuò)展64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器。6．具有4個(gè)I/O口，32根I/O線。7．具有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。8．具有5個(gè)中斷源，配備2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。9．具有一個(gè)全雙工串行接口。10．具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算。從上述特性可以看出，一塊8031的功能幾乎相當(dāng)于一塊Z80CPU、一塊RAM，一塊Z80CTC、兩塊Z80PIO和一塊Z80SIO所組成的微機(jī)系統(tǒng)。可以看出這種芯片集成度高，功能強(qiáng)，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)系統(tǒng)。二、 8031芯片引腳及其功能8031芯片具有40根引腳，其引腳圖如圖32所示40根引腳按其功能可分為四類(lèi)：1. 電源線2根 Vcc：編程和正常操作時(shí)的電源電壓，接+5V。Vss：地電平。2. 晶振：2根XTAL1：振蕩器的反相放大器輸入。使用外部震蕩器是必須接地。XTAL2：振蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)用于輸入外部振蕩信號(hào)。圖32 8031芯片引腳及功能圖3. I/O口共有p0、ppp3四個(gè)8位口，32根I/O線，其功能如下：（1）～ （AD0～AD7）是I/O端口O的引腳，端口O是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O端口。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，該端口分時(shí)地用作低8位的地址線和8位雙向的數(shù)據(jù)端口。（在此時(shí)內(nèi)部上拉電阻有效）（2）～端口1的引腳，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專(zhuān)供用戶使用。（3）～ （A8～A15）端口2的引腳。端口2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址A8～A15（4）～端口3的引腳。端口3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義第一I/O口功能或第二I/O口功能。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)與操作與P1口完全相同，第二功能如下示：口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） （外部中斷） （外部中斷） T0（定時(shí)器0外部輸入） T1（定時(shí)器1外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）由上面看出，單片機(jī)和Z—80單板機(jī)不同，不是將地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線分開(kāi)，而是地址線、數(shù)據(jù)線和部分控制均由I/O口完成。4．控制線（1）：程序存儲(chǔ)器的使能引腳，是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。從外部程序存儲(chǔ)器取數(shù)時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)二次有效。（2）：EA為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。EA為低電平時(shí)，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令。因8031芯片沒(méi)有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，故EA必須接地。Vpp是在8751EPROM編程時(shí)+21V的編程電源輸入端。（3）：ALE是地址鎖存使能信號(hào)。作為地址鎖存允許時(shí)高電平有效。因?yàn)閜0端口是分時(shí)傳送數(shù)據(jù)和8位地址。故訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)鎖存低8位地址。即使在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，也以1/6振蕩頻率的固定頻率產(chǎn)生ALE，因此可以用它作為外部的時(shí)鐘信號(hào)。ALE主要是提供一個(gè)定時(shí)信號(hào)，在從外部程序存儲(chǔ)器取令時(shí)，把p0口的低位地址字節(jié)鎖存到外接的地址鎖存器中。（4）是復(fù)位/備用電源端。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，使RST行腳至少保持兩個(gè)機(jī)器周期位高電平，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器清零，即程序從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行。在VCC關(guān)斷前加上VPD（掉電保護(hù)）RAM的內(nèi)容將不變。三、 8031芯片的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及地址分配8031芯片內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器，只有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址從00H~FFH。其地址分配如下圖33所示：圖33 8031芯片存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)8031芯片內(nèi)部256字節(jié)的空間被分為兩部分，其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）地址為00H~7FH，特殊功能寄存器（SFR）的地址為80H~FFH。在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的00H~1FH為四個(gè)工作寄存器區(qū)，其中：0區(qū) 00H~07H1區(qū) 08H~0FH2區(qū) 10H~17H3區(qū) 18H~1FH每個(gè)區(qū)都有8個(gè)8位寄存器R0～R7?？梢杂脕?lái)暫存運(yùn)算的中間結(jié)果以提高運(yùn)算速度，其中的R0和R1還可以用來(lái)存放8位地址。要確定采用哪個(gè)工作寄存器區(qū)，可通過(guò)標(biāo)志寄存器PSW中的RS0、RS1輛未來(lái)指定。從20H~2FH是“位尋址”空間：在此空間中CPU既可對(duì)其執(zhí)行按字節(jié)操作，又可對(duì)其中每個(gè)單元的8位二進(jìn)制代碼執(zhí)行按位的操作。從30H~7FH是可以按字節(jié)尋址的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在此區(qū)域中可以設(shè)置堆棧。由于8031復(fù)位后堆棧指針SP指向工作寄存器區(qū)（即SP=07H），所以必須在初始化程序中對(duì)SP設(shè)置30H以后的地址區(qū)間為初值。8031芯片內(nèi)部設(shè)有程序存儲(chǔ)器，且僅有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因而在組成控制系統(tǒng)時(shí)可根據(jù)需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于地址線是16位的，故最多能擴(kuò)展64K程序存儲(chǔ)器和64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其地址均為0000H~FFFFH，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為獨(dú)立編址；因此EPROM和TAM的地址分配比較自由，編程時(shí)不必考慮地址沖突問(wèn)題。四、 特殊功能寄存器 8031芯片內(nèi)的特殊功能（SFR）是用于對(duì)片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理、監(jiān)視、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器。是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)，其地址為80H~FFH。這些特殊功能寄存器的地址分配見(jiàn)表31：表31特殊功能寄存器名稱(chēng)及地址標(biāo)識(shí)符名稱(chēng) 地址 ACC B PSW SP DPTR P0 P1P2P3 IPIETOMDTCONT2CONTH0TL0TH1TL1TH2TL2RLDHRLDLSCONSBUFPCON 累加器 B寄存器 程序狀態(tài)字堆棧指針數(shù)據(jù)指針（包括DPH和DPL）口0口1口2口3中斷優(yōu)先級(jí)控制允許中斷控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（低位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（低位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（低位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)再裝載（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)再裝載（低位字節(jié)）串行控制串行數(shù)據(jù)線控制電源控制0E0H0F0H0D0H81H83H和82H80H90H0A0H0B0H0B8H0A8H89H88H0C8H8CH8AH8DH8BH0CDH0CCH0CBH0CAH98H99H87H內(nèi)放標(biāo)志寄存器，置位或清零，表示操作結(jié)果的某些特性。加減1指令不影響這些標(biāo)志。溢出標(biāo)志OV和進(jìn)位標(biāo)志CY是兩種性質(zhì)不同的標(biāo)志。溢出是指在有正負(fù)號(hào)兩個(gè)數(shù)運(yùn)算時(shí)，結(jié)果數(shù)超過(guò)+127~ 128。當(dāng)用于補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，因?yàn)樵谟蟹?hào)的結(jié)果不能用8位數(shù)表示時(shí)，OV將被置位，而進(jìn)位位是指兩個(gè)數(shù)最前一位（第七位）相加（或相減）有否進(jìn)位（或借位）。P標(biāo)志表示累加器中運(yùn)算結(jié)果1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)還是奇數(shù)來(lái)決定。有關(guān)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)的特殊功能寄存器在后面敘述。五、 MCS—51系列指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介在設(shè)計(jì)MCS—51系列單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件線路時(shí)，不可避免的要涉及到MCS—51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)。下面對(duì)MCS—51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)的尋址方式和主要指令作一簡(jiǎn)單介紹：MCS—51系列指令系統(tǒng)共有111條基本指令，其中單字節(jié)指令49條，雙字節(jié)指令45條，三字節(jié)指令17條?！?1指令系統(tǒng)尋址方式簡(jiǎn)介指令是由助記符來(lái)表達(dá)，助記符是由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。其規(guī)定的格式如下：操作碼 目的操作數(shù) 源操作數(shù)操作碼反映了指令的功能，助記符代表了指令的操作對(duì)象。操作數(shù)可以是數(shù)據(jù)也可以是地址。也就是說(shuō)操作數(shù)指定了參與操作的數(shù)或數(shù)所在單元的地址。而如何得到這個(gè)地址就叫尋址方式。MCS—51指令系統(tǒng)共有七種尋址方式。（1）立即尋址（2）直接尋址（3）寄存器尋址（4）J寄存器間接尋址（5）變址尋址（6）相對(duì)尋址（7）位尋址2. MCS—51系列指令系統(tǒng)主要指令簡(jiǎn)介MCS—51系列指令系統(tǒng)111條指令可以分為五類(lèi)（1） 數(shù)據(jù)傳輸類(lèi) 29條（2） 算術(shù)操作類(lèi) 24條（3） 邏輯操作類(lèi) 24條（4） 控制程序轉(zhuǎn)移類(lèi) 17