【正文】 刀庫（銑床）主 軸急停、STOP、清零等功能按鈕機(jī)械手控制電路電 機(jī)圖 控制系統(tǒng)框圖 單片機(jī)型號的選用按照要求，此控制系統(tǒng)只對進(jìn)給系統(tǒng)的兩個軸進(jìn)行控制，而且是開環(huán)系統(tǒng)，因此控制較為簡單；再加上鍵盤和顯示器的控制，也不復(fù)雜，應(yīng)采用較為經(jīng)濟(jì)的單片機(jī)。由《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》查得Intel公司的8031最為經(jīng)濟(jì)，因此選用8031單片機(jī)。8031單片機(jī)有P0P3四個8位口，P0可驅(qū)動8個TTL門電路，16根地址線由它經(jīng)地址鎖存器（74LS373）提供第8位A0A7，而高8位A8A15由由P2口提供。數(shù)據(jù)總線由P0口提供?？刂瓶偩€有P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立的控制線RESET，EA，ALE，PSEN組成。僅剩P1口可供控制外設(shè)，因此不能滿足上述要求，又由8031總片無ROM，且只有128字節(jié)的RAM，也不夠用，故需要擴(kuò)展。現(xiàn)采用8155和2761，6261作為I/O和存儲器擴(kuò)展芯片，其它輔助電路有復(fù)位電路，時鐘電路，越位報警指示電路，延時可利用8155的定時器/計數(shù)器的引腳TMRIN和TMROUT。(1)單片機(jī)引腳及其功能：電源線 2根Vcc：編程和正常操作時的電源電壓，接+5VVss：地電平晶振 2根XTAL1：震蕩器的反相放大器輸入。使用外部震蕩器時必須接地。XTAL2：震蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部震蕩器時用于輸入外邊震蕩信號。(2)I/O口共有p0 p1 p2 p3四個8位口，32根I/O線，其功能 (AD0AD7)是I/O端口O的引腳。端口O是一個8位漏極開路的雙向I/O端口。在存取外部存儲器時，該端口分時地用作低8位的地址線和8位雙向的數(shù)據(jù)端口。端口1的引腳，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口通道，專供用戶使用。 (A8A15)端口2的引腳。端口2是一個百內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址A8A15。端口3的引腳。端口3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，該口的每一位均可獨立地定義第一I/O口功能或第二I/O口功能。作為第一功能使用時，口的結(jié)構(gòu)與操作與p1口完全相同。(3)控制線PSEN：程序存儲器的使能引腳，是外部程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。從外部程序存儲器取數(shù)時，在每個機(jī)器周期內(nèi)二次有效。EA/Vpp：EA為高電平時，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。EA為低電平時CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器的指令。因8031沒有內(nèi)部程序存儲器，故EA必須接地。Vpp是在8751EPROM編程時為+21的編程電源輸入端。ALE/PROG，ALE是地址鎖存使能信號。作為地址鎖存允許時高電平有效。因為p0端口是分時傳送數(shù)據(jù)和低8位地址。故訪問外部存儲器時，ALE信號鎖存低8位地址。即使在不訪問外部存儲器時，也可以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鐘信號。ALE主要是提供一個定時信號，在從外部程序存儲器取令時，把p0口的低8位地址字節(jié)鎖存到外接的地址鎖存器中。(5)RST/VPD 是復(fù)位/備用電源端。在振蕩器運行時，使RST行腳至少保持兩個機(jī)器周期為高電平，可實現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后程序計數(shù)器清零，即程序從0000H單元開始執(zhí)行。在Vcc關(guān)斷之前加上VPD（掉電保護(hù)）RAM的內(nèi)容將不變。(6)單片機(jī)時鐘利用內(nèi)部振蕩電路，在XTL1，XTAL2 引腳上外接定時元件，電容在530PF之間，對時鐘有微調(diào)作用。越界報警，指示電路，采用4個點位開關(guān)。一旦越界，應(yīng)立即停止工作臺運動，這里采用中斷方式，利用8031外部中斷INT0，只要有一個開關(guān)閉合，即工作臺的X向或Y向有一越界，便能產(chǎn)生中斷信號INT0。為了報警，設(shè)置了兩個發(fā)光二極管燈，一個紅用于報警，綠的為正常工作。為了整體控制需要，應(yīng)將8155的輸出端TMROUT與8031的T0端相連，而且應(yīng)與不進(jìn)電機(jī)控制用環(huán)形分配器的CP端相連接。 存儲器的選用、擴(kuò)展及連接由控制系統(tǒng)所遷用單片機(jī)內(nèi)部集成ROM存儲器，同時128位的RAM輸出不能滿足控制系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)的存儲量，因此要進(jìn)行存儲器擴(kuò)展。程序存儲器選用Inter2764，它是一種5V的8K UVEPROM存儲器芯片，采用HMOS工藝制成，標(biāo)準(zhǔn)存取時間250ns具有可擦除特性，管腳數(shù)28。由于車削加工的指令數(shù)量較少，因而所需程序存儲器容量較少，所以選用Inter6264靜態(tài)RAM足夠，該存儲器具有8K的容量，200ns的存取時間，所需電源為5V，采用HMOS工藝， 管腳數(shù)28。8031對片外RAM和ROM的連接如圖10所示：其擴(kuò)展連線如下：8031和2766264的連線說明：由于2764和6264的存儲容量都為8KB，——A8相連，——A0，ROM和RAM各13條。片選地址線共3條，、 、 通過譯碼器分別與2764（1）、2764（2）、6268158255相連。因此，它們的地址分配如下：8031分給ROM（1）（2764）的地址范圍是：2000H—3FFFH 8031對片外RAM和ROM的連接8031分給ROM（2）（2764）的地址范圍是：0000H—1FFFH 8031分給RAM（6264）的地址范圍是：2000H—3FFFH8031分給（8155）的地址范圍是：00H—FFH8031分給（8255）的地址范圍是：4000H—4003H 地址鎖存器由于單片機(jī)8031芯片的p0口是分時傳送低8位地址線和數(shù)據(jù)線，故8031擴(kuò)展系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器。常用的地址鎖存器芯片是74LS373。74LS373是帶三態(tài)緩沖輸入的8D觸發(fā)器。 鍵盤與顯示接口電路在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，鍵盤與顯示系統(tǒng)是不可缺少的部件，它們由硬件電路和軟件程序兩部分組成。如圖所示，這是鍵盤與顯示系統(tǒng)常用的電路。(1) 鍵盤接口方式:行列方式行列方式是用n條I/O線組成行輸入口，m條I/O線組成列輸入口，在行列線的每一個交點上，設(shè)置一個按鍵。讀鍵值方法一般采用掃描方式，即輸出口按位輪換輸出低電平，再從輸入口讀入鍵信息，最后通過軟件方法獲得鍵碼。這種方式占用I/O線較少，因此，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最為常用。鍵盤與顯示電路及其程序單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU工作的內(nèi)容之一。CPU在忙于各項工作任務(wù)時，如何兼顧鍵盤掃描又不占用過多的時間。則采用程序掃描工作方式，它是利用CPU在完成其他工作的空閑，調(diào)用鍵盤掃描子程序，來響應(yīng)鍵輸入要求。在執(zhí)行鍵功能程序時，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求。由于非編碼鍵盤，硬件電路極為簡單，應(yīng)用廣泛，因而選用非編碼鍵盤作為數(shù)據(jù)輸入鍵盤。非編碼鍵盤常用一些按鍵排列成行列矩陣按鍵的作用只是使相應(yīng)接點接通或數(shù)據(jù)開，在相應(yīng)程序配合下也可產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼。為了減少硬件開鎖，提高系統(tǒng)可靠性和降低成本，單片機(jī)控制系統(tǒng)采用動態(tài)顯示。 鍵盤與顯示系統(tǒng)電路這里用8155來實現(xiàn)鍵盤、顯示的接口控制。(2)8155的引腳及其功能8155的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見113圖: 8155結(jié)構(gòu)框圖8155具有40條引腳的雙列直插式芯片，其引腳的功能見下表： 8031引腳排列引腳含義引腳含義AD0~AD7地址數(shù)據(jù)線ALE地址鎖存PA0~PA7A口RD讀PB0~PB7B口WR寫PC0~PC7C口RESET復(fù)位TIMERIN定時輸入Vss接地TIMEROUT定時輸出 Vcc電源IO/MIO/RAM口選擇CE片選 8031引腳接線圖其中IO/M是內(nèi)部RAM和I/O口的選擇線，IO/M=0（低電平時）選擇片內(nèi)RAM，AD0~AD7上的地址信息為8155中的RAM單元地址。當(dāng)IO/M=1時，選擇I/O口，AD0~AD7上的地址信息為I/O口地址。它利用ALE的下降沿將此信息鎖存到片內(nèi)鎖存器中。圖11是以8155為主構(gòu)成的動態(tài)掃描顯示與鍵盤接口電路。8155由單片機(jī)8031控制，這時8255各口的地址分別是PA口：100H；PB口：101H；PC口：102H；命令狀態(tài)口：100H。PA口做動態(tài)顯示數(shù)據(jù)輸出口，經(jīng)TTL7407后驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管；7407是開極輸出形式，在數(shù)據(jù)口輸出線上必須外加上電阻，本電路中上拉電阻為100Ω。PC口的PC0~PC4做顯示與鍵盤的動態(tài)掃描口，送出數(shù)據(jù)采用BCD編碼，經(jīng)TTL74LS04譯碼驅(qū)動輸出，供LED數(shù)據(jù)管掃描驅(qū)動和鍵盤掃描。PB0~，由硬件進(jìn)行譯碼。在顯示掃描過程中，掃描口PC0~PC4依次輸出BCD碼0到7，PA口輸出各位顯示數(shù)據(jù)的段碼。在鍵盤上掃描時，PC0~PC4輸出0~7，從PB0~PB8依次讀取鍵盤回送數(shù)據(jù)。當(dāng)讀回的數(shù)據(jù)取反后全為0時，則無鍵閉合；若不等于0，則有鍵閉合，將PB0~PB8讀回的數(shù)據(jù)與掃描口輸出的數(shù)據(jù)結(jié)合即可得到各鍵的代碼。（3） 8155工作方式查詢8155I/O工作方式選擇通過對8155內(nèi)部命令寄存器（命令口）設(shè)定命令控制字實現(xiàn)。命令寄存器格式及對應(yīng)的工作方式見下圖14： 8155I/O有四種工作方式，即ALT1，ALT2，ALT3，ALT4。其中各符號說明如下：AINTR：A口中斷，請求輸入信號，高電平有效。BINTR：B口中斷，請求輸入信號，高電平有效。ABF（BBF）：A口（B口）緩沖器滿狀態(tài)標(biāo)志輸出線，（緩沖器有數(shù)據(jù)時BF為高電平）。 命令寄存器格式ASTB（BSTB）：A口（B口）設(shè)備選通信號輸入線，低電平有效。（4） 狀態(tài)查詢8155還有一個狀態(tài)寄存器，用于鎖存I/O口和定時器的當(dāng)前狀態(tài)，供CPU 查詢用。其格式如圖15：狀態(tài)寄存器和命令寄存器共用一個地址，命令寄存器只能寫入不能讀出，而狀態(tài)寄存器只能讀出不能寫入。所以可以認(rèn)為，CPU讀該地址時，作為狀態(tài)寄存器，讀出的是當(dāng)前I/O口和定時器的狀態(tài)，而寫該地址時，則作為命令寄存器對I/O口工作方式的選擇。 （5） 8155定時功能8155芯片內(nèi)有一個14位減法計數(shù)器，可對輸入脈沖進(jìn)行減法計數(shù)。外部有兩個定時器引腳TINEIN 和TIMEOUT。TINEIN為定時器時鐘輸入，有外部輸入時鐘脈沖，TIMEOUT為定時器輸出，輸出各種信號脈沖波形。定時器的格式、輸出波形見圖16：由上圖可見，定時器的低8位和高6位計數(shù)器定時是出方式由04H、05H寄存器確定。對定時器編程時，首先將計數(shù)器及定時器方式送入定時器口，（定時器的低8位和高6位，定時器方式M）04H，05H。計數(shù)常數(shù)在002H~3FFF之間。計數(shù)器的起動和停止由命令寄存器的最高兩位TM2和TM1決定。但何時讀都可以 寄存器格式 8155定時器方式及輸出波形置定時器的長度和工作方式，然后必須將起動命令寫入命令寄存器。既使計數(shù)器已經(jīng)計數(shù)，在寫入起動命令后，仍可改變定時器的工作方式。（6） 8155擴(kuò)展I/O端口的初始化由上圖的硬件連接得到8155初始化程序：8155有關(guān)地址寄存器端口地址為:100H 命令字寄存器104H 定時器低字節(jié)105H 定時器高字節(jié)相應(yīng)初始化程序為:ORG 0A00HMOV DPTR,100HMOV A,7HMOVX @R0,A……END（7） IP初始化,處于高優(yōu)先級，所以IP初始化為SETB PX0 SETP PX1CLR PT0CLR PT1CLR PS（8） IE初始化SETB EX0SETB EX1SETB ET0SETB ET1SETB ESCLS ET2SETB EA（9） PSW初始化MOV PSW 00H10. TCON初始化SETB IT0SETB IT1 SETB IE0SETB IE1SETB TR0SETB TR1（11） TMOD初始化TMOD工作在方式2，所以初始化為：MOV TMOD 66H（12） 鍵盤顯示電路工作原理圖鍵盤與顯示系統(tǒng)電路中畫出了8031通過8155對六只共陰極LED的接口和30個按鍵的鍵盤。按鍵分為三類：一是數(shù)字鍵0—F，二是功能鍵12個；三是兩個鍵沒有定義，作為擴(kuò)展有鍵位。判數(shù)是否有鍵按下：CPU把全“1”送到8155C口就可以在所有行線L5—L0上得到TTL低電平，然后讀取B口的列值就可以判斷是否有鍵按下，若無鍵按下則所讀列值必為1FH；若有鍵按下，則列值必因被按按鍵的行列線接通而不等于1FH。被按按鍵行值和列值的讀取若CPU發(fā)現(xiàn)有鍵按下，CPU獲取被按接鍵行值和列值只要逐行對、鍵盤掃描，即輪流地使C口中每條行線變?yōu)榈碗娖揭约白x取和判斷B口的值。若列值為1FH，則表明有被按按鍵不在本行，若列值不為1FH，則對應(yīng)的行值和列值就是被按按鍵的的列值和行值。按鍵的去抖動和竄鍵處理在按下某個按鍵時，被按按鍵的簧片總會能輕微的抖動，這個科動常會持續(xù)10ms左右時間。因此，CPU在按鍵拌動期間掃描鍵盤必然會得到錯誤的行值和列值，最好的辦法是使CPU在檢測到有鍵按下時延時20ms再進(jìn)行行掃描。較低當(dāng)用戶在操作時常常不小心同時按下個以上的鍵時，即發(fā)生竄鍵盤，CPU處理竄鍵是以最后放開的按鍵認(rèn)和真正被按的鍵。CPU在行掃描時必須不以發(fā)現(xiàn)第一個被近鍵為滿足，而是繼續(xù)完成對所有行的一遍掃描，并在該行掃描結(jié)束后根據(jù)竄鍵標(biāo)志來判斷是否發(fā)生竄鍵。如果未發(fā)現(xiàn)竄鍵，則本遍掃描的行值和列值就是被按按鍵的行值和列值；如果發(fā)現(xiàn)了竄鍵，則CPU再進(jìn)行一遍行掃描