【文章內(nèi)容簡介】 改，同樣為了實現(xiàn)產(chǎn)品的某項功能改善，也會導(dǎo)致很多零部件的修改。 在模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，零部件的功能與產(chǎn)品功能是一對一的關(guān)系，這樣對于零部件的更改和產(chǎn)品功能的改善不會造成其他零部件和功能的調(diào)整，也就是將產(chǎn)品的功能抽象與產(chǎn)品零部件的具體實現(xiàn)分離，模塊自身的單獨發(fā)展不會影響其他模塊。 由于模塊的功能必須考慮在一系列產(chǎn)品中互換的問題，因此某些模塊的功能在某一個產(chǎn)品中有可能是冗余的，但是從全局的角度看這樣做是值得的。比如，計算機主板上 PCI 插槽一般有 46 個，而大部分計算 機上僅僅使用 2 個，這種功能的部分冗余帶來的是很強的擴展能力和更大范圍的互換能力。 因此，選擇模塊化設(shè)計。 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 8 第四 章 硬件 設(shè)計 開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要目的是解決變化頻繁的需求與封閉控制系統(tǒng)之間的矛盾 ,從而建立一個統(tǒng)一的可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺 ,增強數(shù)控系統(tǒng)的柔性。通俗地講 ,開放的目的就是使 NC 控制器與當(dāng)今的 PC 機類似 ,系統(tǒng)構(gòu)筑于一個開放的平臺之上 ,具有模塊化組織結(jié)構(gòu) ,允許用戶根據(jù)需要進行選配和集成 ,更改或擴展系統(tǒng)的功能迅速適應(yīng)不同的應(yīng)用需求 ,而且 ,組成系統(tǒng)的各功能模塊可以來源于不同的部件供應(yīng)商并相互 兼容。一個開放式的系統(tǒng)必須具備不同應(yīng)用程序能很好地運行于不同供應(yīng)商提供的不同平臺之上的能力、不同應(yīng)用程序之間能夠相互操作的能力和一致的用戶交互風(fēng)格。 本文所設(shè)計的是一主控模塊， 介紹了 AT89S52 單片機構(gòu)造數(shù)控系統(tǒng)的硬件的可行性，在充分利用 AT89S52 單片機資源的基礎(chǔ)上，提出了研究目標(biāo)所規(guī)劃的 NC 系統(tǒng)接口電路方案，人機接口方案、存儲器接口配置方案，總線驅(qū)動接口方案及 中斷擴展方案等。通過本設(shè)計 可以對人機接口、運動控制、數(shù)據(jù)采集、開關(guān)量的輸入輸出等 進行控制。 經(jīng)過 分析可得 出 本設(shè)計的硬件框圖： C P UR O M 的 的 的R A M 的 的 的的 的I S P 的 的 的 的的 的的 的 的 的的 的 的 的的 的 的 的的 的2IC 圖 41 總體設(shè)計圖 數(shù)控裝置包括硬件和軟件兩部分，硬件支持軟件的運行，但離開軟件，硬件無法工作，兩者構(gòu)成一個有機整體，協(xié)同實現(xiàn) NC 的控制功能。數(shù)控裝置的硬件除了具有一般計算機的基本結(jié)構(gòu)外，還具有數(shù)控機床所特有的功能模塊和接口單元。 由圖可以看出本設(shè)計主要有以下模塊：人機接口模塊、通訊接口模塊、存儲器的擴展模塊、 ISP 在線可編程系統(tǒng)模塊等，各模塊都需要選用一定的器件用來實現(xiàn)其功 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 9 能 ，在下面的章節(jié)中都作了講解。 CPU單元介紹 NC 的性能與價格在很大程度上與核 心 CPU 的性能與價格相關(guān)，高性能低價格CPU 的出現(xiàn)和運用，使得指令的執(zhí)行速度和效率大大提高， CPU 字節(jié)的增加，使得較大范圍內(nèi)的數(shù)值運算速度大大加快。為提高 NC 的性價比，本文 選用 AT89S52 作為NC 的核心控制器。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 芯片介紹 AT89S52 具有以下標(biāo)準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 通過上述分析， AT89S52 滿足 NC 設(shè)計目標(biāo)。 其管腳圖如下所示： E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1P 89 S 5 2RDWRP 10P 11P 12P 13V C CR S TCSP 17P 14P 15P 16P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07A L EP 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27T0T1R X DT X DP S E NIN T 0 圖 42 AT89S52 管腳圖 引腳結(jié)構(gòu) 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 10 P0 口 ： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 P1口 ： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被 外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。此外， /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和時器/計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ）具體如 如圖 32所示 。 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口 ： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3 口 ： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下所示。 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 11 T0（定時器 0外部輸入） T1（定時器 1外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲器 寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) PSEN:外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 當(dāng) AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN將不被激活。 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash編程時，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。在每次訪問外部數(shù) 據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1” ， ALE操作將無效。這一位置 “ 1” ， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC指令時有效。否則， ALE 將被微弱拉高。這個 ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH的 SFR的第 0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， EA必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應(yīng)該接 VCC。在 flash編程期間， EA也接收 12伏 VPP電壓。 RST： 復(fù)位輸入。晶振工作時， RST腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址8EH)上的 DISRTO位可以使此功能無效。 DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 定時器 0 和定時器 1 在 AT89S52 中，定時器 0 和定時器 1 的操作與 AT89C51 和 AT89C52 一樣。 定時器 2 定時器 2是一個 16位定時 /計數(shù)器，它既可以做定 時器，又可以做事件計數(shù)器。其工作方式由特殊寄存器 T2CON中的 C/T2位選擇。定時器 2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載（向下或向上計數(shù)）和波特率發(fā)生器。工作模式由 T2CON中的相關(guān)位選擇。 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 12 定時器 2 有 2 個 8位寄存器： TH2和 TL2。在定時工作方式中，每個機器周期， TL2 寄存器都會加 1。由于一個機器周期由 12 個晶振周期構(gòu)成，因此，計數(shù)頻率就是晶振頻率的 1/12。 存儲器單元介紹 由于 本設(shè)計中所選 CPU內(nèi)部資源較少，為了存儲較大的源程序和現(xiàn)場保護需要擴展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 由于 在設(shè)計中，程序量較大，系統(tǒng)需擴展一片外部程序存儲器 。它需要反復(fù)擦除，即其存儲的內(nèi)容可以通過編程寫入新的內(nèi)容，這就為 用戶調(diào)試和修改程序帶來了很大方便。而 EPROM2764具有這種功能，于是，本文中選用了它。 它的管腳圖如下所示： A011A110A29A38A47A56A65A74A829A928A 1024NC1NC12NC17NC26CE23A 1127A 123OE25D Q 013D Q 114D Q 215D Q 318D Q 419D Q 520D Q 621D Q 722NC30P G M31U32 76 4A1A2A3A4A5A6A7P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 20P 21P 22P 23P 24P S E NY0A0 圖 43 2764 管腳圖 2764 為可改寫的只讀寫存儲器（ EPROM），它的內(nèi)容可以通過紫外線照射而徹底擦除，擦除后可以重新寫入新的程序。 引腳介紹： A12～ A0： 13 條地址線，表示有 132 個地址單元。 D7～ D0： 8 條數(shù)據(jù)線，表示地址單元字長 8 位。 － ALE/CS： 片選控制 輸入端，低有效。 － OE： 讀出控制輸入端，低有效。 Vcc： 工作電源＋ 5V。 Vpp： 編程電源＋ 5V。 設(shè)計（論文）用紙