【導(dǎo)讀】算機控制有機地集成融合在一起，獨立設(shè)計一種具有特定功能的機電裝備。理、組成要素及核心技術(shù)問題的分析能力；法和規(guī)律，提高設(shè)計能力；化創(chuàng)新意識，在設(shè)計實踐中深刻領(lǐng)會機電裝備設(shè)計的內(nèi)涵。步進電機運行方式：空載：;切削：；控制芯片可采用8031、80C31或基于PLC的運動控制技術(shù)，在Protel99環(huán)境下，進行控制電路。[7]步進電機及驅(qū)動器[OL].北京斯達微步控制技術(shù)有限公司.本次課程設(shè)計，主要設(shè)計和研究Ｘ－Ｙ。要求，選擇了直線滾動導(dǎo)軌副，確定了其類型、轉(zhuǎn)動力矩、轉(zhuǎn)動慣量。擴展等MCS-51單片機設(shè)計其硬件電路圖。

　　

【正文】 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 25 I/O 接口電路設(shè)計 此次設(shè)計內(nèi)容包括接口芯片的選用，步進電機控制電路，鍵盤電路以及其他輔助電路的設(shè)計（例如復(fù)位電路，越界報警電路等） 各類芯片簡介 8031 芯片簡介 Vss：接地 VCC： +5 伏電壓 XTAL1：內(nèi)部振蕩電路反向放大器輸入端 XTAL2：內(nèi)部振蕩電路反向放大器輸出端 RST/VPD：復(fù)位 /備用電源 ALE/PROG：鎖存 /接收編程脈沖 PSEN：外部程序存儲器讀選通信號輸出端 EA/VPP： EA 為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲起選擇端，對于 8031 始終保持低電平； VPP 為在 EPROM 編程期間加 21伏編程電壓 ～ ：在訪問外存時，分時傳送低 8位地址和數(shù)據(jù)總線 ～ ： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，每一位都可作為可編程的輸入或輸出線 ～ ： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，訪問外存時輸出高 8 位地址 ～ ： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口及第二功能口 74LS373 芯片簡介 D0～ D7： 數(shù)據(jù)輸入端 Q0～ Q7： 數(shù)據(jù)輸出端 LE ： 鎖存信號輸入端 OE ： 鎖存信號輸出端 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 26 74LS138 芯片簡介 8279 芯片簡介 1DB0~DB7：雙向 數(shù)據(jù)總線 。在 CPU 與 8279 間做數(shù)據(jù)與命令傳送。 2CLK： 8279 的 系統(tǒng)時鐘 ， 100KHz 為最佳選擇。 3RESET：復(fù)位輸入線。輸入 HI 時可復(fù)位 8279。 4CS：芯片選擇信號線。當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，可將命令寫入 8279或讀取 8279 的數(shù)據(jù)。 5A0：緩沖器地址選擇線。 A0=0 時，讀寫一般數(shù)據(jù)； A0=1 時，讀取 狀態(tài)標(biāo)志 位或?qū)懭朊睢? 6RD：讀取控制線。 RD=0 時， 8279 輸送數(shù)據(jù)到 外部總線 。 7WR：寫入控制線。 WR=0 時， 8279 從 外部總線 接收數(shù)據(jù)。 8IRQ： 中斷請求 。平常 IRQ 為 LO，在鍵盤模式下，每次讀取 FIFO/SENSOR RAM 的數(shù)據(jù)時， IRQ 變?yōu)?HI，讀取后轉(zhuǎn)為 LO；在傳感器模式下，只要傳感器一有變化，就會使 IRQ 變?yōu)?HI，讀取后轉(zhuǎn)為 LO。 9SL0~SL3：掃描按鍵開關(guān)或傳感器 矩陣 及顯示器，可以是編碼模式 (16對 1)或解碼模式 (4 對 1)。 10RL0~RL7：鍵盤 /傳感器的返回線。無按鍵被按時，返回線為 HI；有按鍵被按時，該按鍵的返回線為 LO。在激發(fā)輸入模式時，為 8位的數(shù)據(jù)輸入。 11SHIFT：在鍵盤掃描模式時， 引腳 的輸入狀態(tài)會與其它按鍵的狀態(tài)一同儲存 (在 BIT6)，內(nèi)部有上拉電阻，未按時為 HI，按時為 LO。 12CNTL/STB：在鍵盤掃描模式時， 引腳 的輸入狀態(tài)會與 SHIFT 以及其它按鍵的狀態(tài)同一儲存，內(nèi)部有上拉電阻，未按時為 HI，按時為 LO。在 激發(fā)輸入模式時，作為返回線 8位數(shù)據(jù)的使能 引腳 。 13OUTA0~OUTA3：動態(tài)掃描顯示的輸出口 (高 4 位 )。 14OUTB0~OUTB3：動態(tài)掃描顯示的輸出口 (低 4 位 )。 15BD：消隱輸出線 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 27 8255 芯片簡介 RESET：由 CPU 提供復(fù)位信號 CS：片選信號 RD：為主機發(fā)來的讀數(shù)脈沖輸入端 WR：為主機發(fā)來的讀數(shù)脈沖輸入端 A A0 ：端 口選擇信號 存儲器擴展電路設(shè)計 MCS51 系列單片機的特點之一是硬件設(shè)計簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，對簡單的應(yīng)用場合 MCS51系列的最小系統(tǒng)用一片 8031外擴一片 EPROM就能滿足功能的要求。對于復(fù)雜的應(yīng)用場合，可利用 MCS51 的擴展功能，構(gòu)成功能強，規(guī)模大的系統(tǒng)。 程序存儲器 ROM 的擴展 MCS51 的程序存儲器的尋址空間為 64K B。 8031 不帶 ROM，用作程序存儲器的器件是 EPROM。 （ 1）、 16 位地址總線的擴展 由于 P0 口分時傳送低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)，所以接入 74LS373 鎖存器， 8031 的ALE 接 373 的 LE， 373 的 OC 接地，使 373 常輸出。 74LS373 的輸出口 Q與 P2 口一起擴展出 12位地址總線 AB。 (2）、地址線的連接 根據(jù)設(shè)計要求，需要擴展一片 2732。一片 2732 的地址線分別與地址總線 AB相連。 (3）、數(shù)據(jù)線的連接 兩片存儲器的 8 位數(shù)據(jù)線分別與數(shù)據(jù)總線 DB按位依次相連。 (4） .控制線的連接 8031PSEN 與 EPROM 的 OE 相連； 8031 的 EA 接地； 2732 的 CE與 138 Y0相連。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 28 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 的擴展 由于 8031 芯片內(nèi)部 RAM 只有 128 字節(jié)，遠不 能滿足系統(tǒng)的需要，需擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，選擇 6116 芯片即可滿足設(shè)計要求。 6116 的連接和 2732 大致相同，唯控制信號線的連接不同； 6116 的 OE， WE與 8031 的 RD， WR相連， CS 與 138 的 Y1相連。 譯碼電路的設(shè)計 8031 單片機允許擴展 64K ROM 和 64K RAM（包括 I/O 借口芯片） (1）、 MCS51 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的地址譯碼規(guī)則 第一： ROM 與 RAM 獨立編址 ROM 地址和 RAM 地址可以重疊使用，都從 0000H～ FFFFH。地址的重復(fù)靠片選信號和控制信號區(qū)分。 第二：外 圍 I/O 與 RAM、 ROM 的統(tǒng)一編址 外圍 I/O 不僅占用 RAM 的單元，而且使用 RAM 的讀 /寫指令，本次課程設(shè)計采用統(tǒng)一編址。 (2）、地址譯碼法 常用地址的譯碼方法有線選法和全地址譯碼，在這里選擇全地址譯碼。 對于容量較大的的系統(tǒng)，擴展的外圍芯片較多，芯片所需的片選信號多于可利用的地址線時，就需要用全地址譯碼的方法。 通常采用 38譯碼器（ 74LS138）。輸入端占用 3根最高地址線，剩余的 13根低 位地址線可作為片內(nèi)的地址線。 74LS138 譯碼器的 8根輸出線分別對應(yīng) 8 個8K 字節(jié)的地址空間。 I/O 接口電路的設(shè)計 8031 單片機共有 3 個 8 位并行 I/O 口，但可供用戶使用的只有 P1 口和部分P3 口，因此在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都需要擴展 I/O 口芯片，本擴展系統(tǒng)采用 8255芯片。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 29 8255 可編程接口 芯片 8255 是 INTER 公司開發(fā)的可編程輸入輸出接口芯片，它具有 3個 8位的并行 I/O 口，分別為 PA、 PB、 PC口，其中 PC 口又分為高 4位和低 4 位，他們都可以通過軟件編程來改變 I/O 口的工作方式， 8255 可與 8031 直接連接。 （ 1）、 8255 的三種工作方式 方式 0：基本輸入輸出方式 方式 1：應(yīng)答式輸入輸出工作方式 方式 2：應(yīng)答式雙向輸入輸出工作方式（僅 A0 口可選此種方式，此時 C口的 PC7～ PC3 五位作為其應(yīng)答信號使用。 （ 2）、 8031 和 8255 的接口 連接無需任何外加邏輯電路，直接連接即可。 8031 的時鐘電路 單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生。即內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路在 XTAL1， XTAL2引腳上外接定時元件。采用外部方式時把 XTAL1接地， XTAL2接外部時鐘電源。 復(fù)位電路 單片機的復(fù)位都是用外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后， REST 引腳上出現(xiàn) 10ms 以上高電平，單片機便實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位。從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。原理圖中為上電與按鈕復(fù)位電路組合。在上電瞬間， RC 電路充電。 RST 引腳出現(xiàn)正脈沖，只要在 RST 端保持 10ms以上高電平就能使單片機有效的復(fù)位。 越界報警電路 為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。一旦某一方向越界，立即停止工作臺的移動，這里采用中斷方式。利用 8031 的外部中斷 INT0只要有任何一個行程開關(guān)閉合。即工作臺在某一方向越界均能產(chǎn)生中斷信號 INT0。為了報警，設(shè)置紅綠指示燈，兩燈均由一個 I/O 口輸出 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 30 控制系統(tǒng)的功能 1. X 向， Y 向的進給驅(qū)動系統(tǒng) 2. 鍵盤顯示 3. 面板管理 4. 行程控制 控制系統(tǒng)的工作原理 為了便于說明，以控制面板為例。簡述其工作原理?？刂泼姘宸譃轱@示器、信號燈、鍵盤、按鈕和旋鈕。 ：用來顯示工作過程中一些相關(guān)的數(shù)據(jù) ：在顯示器下面的紅燈為越界信號燈，顯示器右面是與其對應(yīng)的綠燈為正常工作的信號燈。當(dāng)正常工作是時綠燈亮。當(dāng)在 X， Y 方向越界時紅燈亮、綠燈滅。鍵盤右面的燈為電源指示燈，指示燈下放為一“急停”按鈕，當(dāng)需要立即停止時按此按鈕。 ：簡單的輸入設(shè)備，可以進行編輯和控制系統(tǒng)的工作。 ：旋鈕右面四個按鈕 +X， X， +Y， Y是與手動擋配合使用的，旋鈕下方的“ X原點”，“ Y原點”按鈕是使車床刀具回原點的按鈕。包括越界回原點、手動回原點。旋鈕右下方的按鈕位“啟動”和“回零” 按鈕，此回零為所有回零，任意方向，任何時刻的回零，與上面提到的回零不同，上面提到的“ X 原點”“ Y 原點”只是 X， Y方向上的回零。 ：此旋鈕為適應(yīng)不同工作條件而設(shè)，分為編輯、單步、自動、手動Ⅰ、手動Ⅱ、單段等檔位。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書 31 參考資料 [1] 機床設(shè)計手冊組 .機床設(shè)計手冊（三分冊） [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,1986 [2] 尹志強 .機電一 體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,20xx,5 [3] 胡燁 .Protel99 SE 電路設(shè)計與仿真教程 [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,20xx,4 [4]內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院 .機電裝備設(shè)計 [M].呼和浩特：內(nèi)工大印刷廠， 20xx [5] 滾珠絲杠、線性滑軌 [OL].天津海特傳動機械有限公司