【文章內(nèi)容簡介】 型計(jì)算機(jī)都可以在原有存儲(chǔ)量的基礎(chǔ)上加以擴(kuò)充。 本機(jī)器人的控制系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)如圖31。它由主CPU板、I/O板、控制面板、示教盒、伺服板、和穩(wěn)壓電源板等組成。 I/O端口 及 電平轉(zhuǎn)換電路輔助運(yùn)算回路RAMROM8031CPU控制板 伺服板機(jī)器人伺服控制電路讀位置電路串行中斷電路串行通訊電路 示教盒脈沖分配電路 圖31控制系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)圖 主CPU板是本控制器的核心，其上有CPU、存儲(chǔ)器、多級中斷控制電路、脈沖分配電路、讀位置電路以及串行通訊電路等，完成系統(tǒng)的管理、控制運(yùn)算、伺服系統(tǒng)控制和仿置檢測等控制功能以及與示教盒、控制板的通訊。 I/O接口板主要負(fù)責(zé)輸入輸出和監(jiān)測各種故障報(bào)警的輸入信號。伺服板共8塊，負(fù)責(zé)完成四個(gè)軸的位置環(huán)速度環(huán)和電流環(huán)的伺服控制。 本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)CPU、ROM和RAM中斷處理電路示教盒以及串行通訊電路鍵盤顯示電路這幾個(gè)部分。 CPU采用8031微處理器地址譯碼器內(nèi)存RAM和EPROM以及鎖存器組成。（1） 8031的結(jié)構(gòu)1）寄存器堆 8031中有12個(gè)通用寄存器，6個(gè)專用寄存器，兩個(gè)累加器和兩個(gè)標(biāo)志寄存器。由于寄存器很多，故稱其為堆。它們各個(gè)單元不是以序號作為地址號，而是以其名稱作為地址號。它們?nèi)庆o態(tài)RAM實(shí)現(xiàn)。 各寄存器的功能如下： 堆棧指示器 SP：它是一個(gè)8位的專用寄存器。用以指示堆棧區(qū)的最上面的存儲(chǔ)單元的地址，即棧頂?shù)刂?。堆棧指示器是在?jì)算機(jī)中接受中斷要求而去處理某些外部設(shè)備提出的請求時(shí)需要用到的寄存器。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H，使得堆棧事實(shí)由08H單元開始?？紤]到08H~1FH單元分屬與工作寄存器區(qū)1~3，若程序設(shè)計(jì)中要用到這些區(qū)，則最好把SP值改置為1FH或更大值。 由于棧指針是一個(gè)8位的專用寄存器，其值可由軟件改變，因此在內(nèi)部RAM中的位置比較靈活。響應(yīng)中斷或子程序調(diào)用時(shí)，發(fā)生入棧操作，入棧的是16位PC值，PSW并不自動(dòng)入棧。在指令系統(tǒng)中有棧操作指令PUSH（壓入）和POP（彈出），如有必要，中斷時(shí)可用把PSW的內(nèi)容壓入堆棧，加以保護(hù)，返回前用POP指令恢復(fù)。 除用軟件直接改變SP值外，在執(zhí)行PUSH、POP、各種程序調(diào)用、中斷響應(yīng)、子程序返回RETI等指令時(shí)，SP值將自動(dòng)增量或減量。 變址寄存器IX及IY：它們能將其內(nèi)容加減一個(gè)稱作偏移量的數(shù)，以達(dá)到一個(gè)新的地址。 中斷向量地址寄存器IV：這個(gè)寄存器用以存放中斷服務(wù)子程序的入口地址。存儲(chǔ)器刷新寄存器R：8031可以使用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器。刷新存儲(chǔ)器是再生時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)用的。特殊功能寄存器SFR：8031單片機(jī)片內(nèi)的SFR與存儲(chǔ)器是獨(dú)立的，但它能像訪問內(nèi)部RAM一樣被訪問。8031單片機(jī)具有21個(gè)特殊功能寄存器，可分為3個(gè)16位寄存器和15個(gè)8位寄存器。這些寄存器分散地分布在片內(nèi)RAM的高128字節(jié)地址80H~FFH，訪問這些專用寄存器僅允許使用直接尋址的方式。寄存器并未占滿80H~FFH整個(gè)地址空間，對空閑地址的操作是無意義的。片內(nèi)的SFR能綜合的實(shí)時(shí)反映整個(gè)單片機(jī)基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式。因此，它是非常重要的。對單片機(jī)應(yīng)用者來說，掌握個(gè)各SFR的工作狀態(tài)，工作方式，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的控制具有重要的意義。表31列出了個(gè)SFR的名稱幾地址。ACC累加器0E0HBB寄存器0F0HPSW程序狀態(tài)字堆棧指針0D0HSP堆棧指針81HDPTR數(shù)據(jù)指針（包括DPH和（DPL）口083H和82HP0口080HP1口190HP2口20A0HP3口30B0HIP中斷優(yōu)先級控制0B8HIE允許中斷控制0A8HTMOD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制89HTCON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制88H+T2CON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2控制0C8HTH0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制0（高位字節(jié)）8CHTL0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制0（低位字節(jié)）8AHTH1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制1（高位字節(jié)）8DHTL1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制1（低位字節(jié)）8BH+TH2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制2（高位字節(jié)）0CDH+TL2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制2（低位字節(jié)）0CCH+RLDH定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制2自動(dòng)再裝載（高位字節(jié)）0CBH+RLDL定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制2自動(dòng)再裝載（低位字節(jié)）0CAHSCON串行控制98HSBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器99HPCON電源控制97H數(shù)據(jù)指針DPTR（83H，82H）：數(shù)據(jù)指針DPTR是一個(gè)16位專用寄存器，其高位字節(jié)寄存器用DPH表示，低位字節(jié)寄存器用DPL表示。即可以作為16位寄存器DPTR來處理，也可以作為2個(gè)獨(dú)立的8位寄存器DPH和DPL來處理 。DPTR主要用來保持16位地址，當(dāng)64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間尋址時(shí)，可作為間接寄存器用。這時(shí)有兩條傳送指令MOVX A，@DPTR和MOVX @DPTR, A。在訪問程序存儲(chǔ)器時(shí)，DPTR可用作基址寄存器，這時(shí)采用一條基址+變址尋址方式的指令MOVC A，@+DPTR,常用于讀取存放在程序存儲(chǔ)器內(nèi)的表格數(shù)據(jù)。2）8031的引腳功能8031為40引腳芯片如圖34，按其功能可分為三個(gè)部分：a． I/O口線：P0，P1，P2，P3共4個(gè)8位口。 P0（雙向I/O）口（39~32腳）：P0口既可作地址/ 數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用I/O口用。P1（準(zhǔn)雙向I/O）口（1~8腳）：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。P2（準(zhǔn)雙向I/O）口（21~28腳）：在結(jié)構(gòu)上，P2口比P1口多了一個(gè)輸出轉(zhuǎn)換控制部分。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)倒向左面時(shí)，P2口作通用的I/O端口用，是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。P3（雙功能）（10~17腳）：P3口是一個(gè)多用途的端口。：PSEN（片外取指控制），ALE（地地鎖存控制），EA（片外存儲(chǔ)器選擇），RESET（復(fù)位控制）。：Vcc，Vss，XTAL1，XTAL2。其應(yīng)用特性：a. I/O口線不能都用作用戶I/O口線。 b. I/O口的驅(qū)動(dòng)能力，P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門電 路，PPP3則只能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門?！　　　　　　　. P3口是雙重功能口，其功能如圖35所示。 :RXD(串行輸入口)。 :TXD(串行輸出口)。 :INT0(外部中斷0輸入線)。 :INT1(外部中斷1輸入線)。 :T0(T0外部記數(shù)脈沖輸入線)。 :T1(T1外部記數(shù)脈沖輸入線)。 :WR(外部RAM寫選通脈沖輸出線)。 :RD(外部RAM讀選通脈沖輸出線)。譯碼器采用74LS138（8205），它具有以下特性：能作為I/O口或存儲(chǔ)器地址選擇器，擴(kuò)充簡便，有輸入選擇端，采用了遵肖特基雙極型工藝，最大延遲為18ns，連接與TTL邏輯電路兼容，,是標(biāo)準(zhǔn)TTL輸入負(fù)載的1/6。INTEL8205譯碼器可以擴(kuò)充那些輸入口、輸出口和帶有低電平有效的片選輸入存儲(chǔ)器件的系統(tǒng)。當(dāng)8205被片選時(shí)，它的八個(gè)輸出端之一變“低”，于是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的一行被選中。對于擴(kuò)大的系統(tǒng)，可把8205級聯(lián)系起來，使得每一譯碼器能驅(qū)動(dòng)8個(gè)譯碼器 ，可任意擴(kuò)充存儲(chǔ)器。8205的邏輯符號、引腳排列，選通和譯碼真值表如下： 引腳說明：A0~A2為選址輸入，E1~E3為選通允許輸入（既片選），O0~O7為譯碼輸出。8205譯碼真值表如下：地址選通允許輸出A0A1A2E1E2E30 1 2 3 4 5 6 7－－－－－＋－ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋－－－－＋＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋－＋－－－＋＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋－－－＋＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ ＋－－＋－－＋＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋＋－＋－－＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋－＋＋－－＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － ＋＋＋＋－－＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋地址選通允許輸出A0A1A2E0E1E20 1 2 3 4 5 6 7－－－＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋－－＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋－＋－＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋－＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋－＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋－＋＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋鎖存器采用74LS373：它的作用是把輸入信號鎖存起來，一直保持到選通信號來取出信息。其工作原理：當(dāng)鎖存允許端為高電平時(shí)，Q端跟隨D端變化；當(dāng)鎖存允許由高變低時(shí)，將此變化前一瞬時(shí)輸入鎖存，此后輸入（D）不會(huì)影響輸出（Q）直至鎖存允許為高電平，E是讀選通脈沖。應(yīng)當(dāng)注意在讀期間鎖存允許不能變化。鎖存允許信號通常取自譯碼器和R/W線，地址譯碼有時(shí)需3到15級門延遲，來防止讀鎖存。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用6264（8K8），一共采用3塊6264，故RAM為24K，除了作為系統(tǒng)參數(shù)工作區(qū)，標(biāo)志單元外，主要用作用戶程序存儲(chǔ)區(qū)，為了保存RAM的內(nèi)容，一旦斷電，保證RAM中的用戶程序不會(huì)丟失，故采用電池利用CE2引腳的掉電保護(hù)裝置在此也得到了應(yīng)用，具體內(nèi)容在后詳講，這里不再敘述。6264靜態(tài)RAM的技術(shù)性能為：一組三態(tài)輸出引腳作為輸入/輸出公共引腳，輸入/輸出與TTL電路兼容，A0~A12為地址總線，I/O0~I/O7為數(shù)據(jù)輸入/輸出，CE1為片選1，CE2為片選2，WE為寫選通，OE為讀選通。WECE1CE2OE方式D0~D7高未選中高阻低未選中高阻高低高高禁止輸出高阻高低高低讀D輸出低低高高寫D輸入低低高低寫D輸入6264引腳排列如下：EPROM讀存儲(chǔ)器采用2764（8K8），一共3塊，達(dá)到24字節(jié)，它的技術(shù)性能。存取速度快，功耗低，編程簡單，采用雙線控制，全靜態(tài)方式，采用單一+5V電源。EPROM一個(gè)很好的特點(diǎn)就是把輸出元件控制（OE）和片選控制（CE）分開，保證了其良好接口特性。對于EPROM的工作方式簡述說明如下：1）.讀方式：EPROM有兩種控制功能，兩者邏輯上部滿足能夠按次序在輸出方面獲得數(shù)據(jù)的要求。片選（CE）是電源控制方面，用于器件的選擇。輸出允許（OE）是輸出控制方面，用作數(shù)據(jù)到輸出引腳的選通信號，它與器件選擇無關(guān)。2）.維持方式：在維持方式時(shí)，器件功耗從有效功耗減少到靜態(tài)維持功能。EPROM時(shí)一個(gè)TTL高電平信號加到CE輸入端而建立維持方式的。當(dāng)處于維持方式時(shí)，輸出端均為