【正文】 設計中采用了 半閉環(huán)的控制對工作臺進行控制，其中要對反饋的信號進行一定得判斷與計算，而且要擴展出外接的鍵盤與顯示等。因此 AT89C51 本身的資源無法滿足需要 , 因此要對存儲器及 I/O 口進行擴展。 存儲器的擴展 存儲器配置的任務是確定片外存儲器的類型和容量，選定存儲器型號，設計擴展電路。對于 ROM 和 RAM，需分別確定容量。選擇存儲器芯片的型號時，應 西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 28 選擇常用型號，盡量減小芯片的數(shù)量。 由于本系統(tǒng)要進行一定量的數(shù)據(jù)對比，其中有數(shù)組 數(shù)據(jù) 結(jié)果，數(shù)組占用較大的空間，所以擴展數(shù)據(jù)存儲器 6264RAM， 8K 字節(jié)的空 間 。 單片機規(guī)定 P0 口提供 8為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低 8 位的地址信息，一般采用 74LS373 芯片作為地址鎖存器，并由 CPU 發(fā)出允許鎖存信號 ALE 的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。 采用 6264 芯片的程序存儲器擴展電路框圖如下 圖（ ） 所示 ： 圖 擴展 6264 電路圖 考慮到給控制軟件的調(diào)整留有余地及系統(tǒng)的擴展需要等原因，擴展 8K 字節(jié)的程序存儲空間，選擇 2764ROM 芯片。 采用 2764 芯片的程序存儲器擴展電路框圖如下 圖（ ） 所示 ： 西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 29 圖 擴展 2764 電路框圖 Ｉ／Ｏ 擴展電路設計 1） 通用可編程接口芯片 8255 選用 8255A 并行接口芯片 ， 由于 8255A 提供三個 8 位口，所以很方便的進行輸入輸出的擴展，可以實現(xiàn) 64 個鍵的鍵盤和 8 位的 LED 數(shù)碼顯示的擴展。8255A 芯片的讀寫信號 RD 、 WR ，復位信號 RESET，數(shù)據(jù)總線 D0~ D7 均與 CPU 相應的管腳直接相連。片選信號 CS 與高位地址 連接和數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。 另外由于考慮停機時中斷的需要， 由 PC 端引出鍵盤的行掃描線通過“與”門接到單片機的外部中斷信號輸入端。 2） 鍵盤與顯示接口電路的設計 由于本次選用了步進電機的并行控制，因此應在系統(tǒng)開始運行之前 輸入步進電機勻速的運行速度和運行的總步數(shù) 等 ，所以要進 行按鍵輸入數(shù)值以傳入?yún)?shù)。 根據(jù)上面對鍵盤要求的分析，考慮到本系統(tǒng)還要求有顯示功能，所以選用 8255A 并行接口芯片作為鍵盤與顯示接口。 下圖（ ）為 8255A 芯片與單片機的接口 連線圖： 西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 30 圖 8255A 芯片與單片機的接口連線圖 輔助電路的設計 AT89C51的時鐘電路 AT89C51 內(nèi)部有一個高增益的反相放大器， XTAL1 和 XTAL2 分別是它的輸入和輸出端，在這兩段之間接入晶體振蕩器，即可構(gòu)成一個高穩(wěn)定度的振 蕩器作為單片機的時鐘。 單片機的工作必須按照一定時序進行，時鐘電路 就是用來給單片機提供所需時間的同步信號。 如下圖 （ ） 所示 ： 圖 AT89C51 的時鐘電路 復位電路 單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘工作后，只要在 RESET 引腳上 西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 31 出現(xiàn)１０ ms 以上的高電平，單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復位，之后 cpu 便從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。在實際運用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復位電平與 AT89C51 復位要求一致時，可以直接相連。 此次中是 AT89C51 與 8255A 的復位一起連接。 計數(shù)電路 因為此 次設計為一維工作臺，需輸出兩路脈沖信號 （ X 正反方向） ，由于經(jīng)過光電編碼器以及四倍頻電路后，信 號輸出為正反兩路脈沖，單片機的選擇選用了AT89C51，它的 內(nèi) 部 包括了 2 個計數(shù)器，因此將輸出的信號直接連接到 芯片AT98C51 上的 以及 ， 對步進電機的步數(shù)進行計數(shù)，處理后 通過 主 芯片 接口與 8255 相連接， 將步數(shù)在顯示器上顯示輸出以供查詢 。 步進電機脈沖的分配 步進電機的 速度控制是通過改變脈沖的時間間隔來實現(xiàn)的， 由于本次設計采用的是并行控制 ，因此 是靠 軟件分配法來進行脈沖的分配，即利用查表或計算的方法來進行脈沖的環(huán)行分配 。 硬件系統(tǒng)的合成及其原理圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線為 D0～ D7，地址總線低 8 位由數(shù)據(jù)線經(jīng) 74LS373 鎖存器提供，高 5 位地址由 P2 口提供。 選通外部數(shù)據(jù)存儲器 6264 和 8255A 芯片， 2764 芯片片選接地。對輸出部分的控制信號由 ~ 口產(chǎn)生。 AT89C51 的四個并行口功能分配如下： P0 口：外接程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的地 址低位字節(jié)，并分時對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器進行讀、寫操作，對擴展的外設進行讀、寫。 、 分別接 8255A的 A0、 A1，以用來選定 8255A 的 PA、 PB、 PC 及控制口。 P1 口： 、 、 作為控制輸出口，外接驅(qū)動器。 P2 口： ～ 是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的部分高位地址線； 用來選通外部數(shù)據(jù)存儲器 6264 和 8255A 接口芯片。 在各個電路的設計完成之后，就可以進行硬件合成，就是將各單元的電路按照總 西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 32 體設計的硬件結(jié)構(gòu)框圖組合在一起，形成一個 完整的硬件系統(tǒng)原理圖。 西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 33 結(jié) 論 在本設計中 通過 采用 單片機對 步進電機 的控制，進而達到對 工作臺的水平移動的控制 ， 并且 因 考慮到步進電動機等優(yōu)缺點，以及減少工作臺等部件折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量，決定采用了一級減速器，和步進電動機的半閉環(huán)控制 ， 使工作系統(tǒng)的精度得到有效地提高。 本此畢業(yè)設計按照預定的計劃完成了以下工作： 1．根據(jù)一維工作臺機械部分的相關數(shù)據(jù)，選擇適合的減速器以及步進電動機。并根據(jù)電動機的型號來選擇適合的驅(qū)動電源以及檢測裝置光電編碼器。 2．根據(jù)系統(tǒng)的 總體要求進行了系統(tǒng)的硬件設計。以 AT89C51 單片機為核心，擴展外圍部件構(gòu)成了單片機對步進電機的控制系統(tǒng)。分別進行了鍵盤輸入、 LED顯示等 的設計。 3．用 光電編碼器、單片機、 設計了轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)，實時的檢測步進電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和步數(shù)，并在 LED 顯示器上顯示出來。 在此次設計中， 我們兼顧經(jīng)濟性，考 慮滿足精度的要求，因此對于設備及元件的選擇都要求具有高精度， 設計的成本較高。 但是也由于自身的知識有限以及時間倉促，所以在有關硬件設計上存在一定得缺陷，包括對輔助電路的設計，以及硬件原理圖上都有一定的不足。 綜上所 述 ，雖然設計中存在一些缺點，但是這些都不會影響控制的精度，并且都可以達 到設計任務中的要求，所以上述設計是滿足設計要求的，完全可以實現(xiàn)工作臺控制 。 西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 34 致 謝 《 畢業(yè)設計》是 我在西北工業(yè)大學明德學院里的 最后一門課程。通過 這次 畢業(yè)設計， 我學會了如何查閱現(xiàn)有的技術(shù)資料、如何舉一反三、如何通過改進并加入自己的想法與觀點，使之成為自己的東西。并且 結(jié)合生產(chǎn)知 識，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際以及分析和解決工程實際問題的才能，并使大學四 年所學的知識得到進一步鞏固、深化和擴展。 在本論文的寫作過程中，我的導師劉篤喜老師傾注 了大量的心血，從選 題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出設計 中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，在此我表示衷心感謝。其次我要感謝這四年里給我授課的所有老師，感謝你們傳給我知識，讓我的大學生活如此豐富多彩。在此 向各位 老師 表示誠摯的敬意和 感謝。 西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 35 參考文獻 [1] 尹志強 .機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書 .合肥工業(yè)大學， 2020 [2] 李廣弟 ,朱月秀，王秀山 .單片機基礎 .北京航空航天大學出版社 ， 2020 [3] 房小翠 .單片微型計算機與機電接口技術(shù) .國防工業(yè)出版社 ， 2020 [4] 王小明 . 電動機的單片機控制 . 北京航空航天大學出版社 ， 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西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 37 附 錄 西北工業(yè)大學明德學院畢業(yè)設計論文 38 驅(qū)動器編碼器步進電動機工作臺滾珠絲杠主動齒輪從動齒輪