【導(dǎo)讀】精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。過程，較詳盡地介紹了CA6140機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。為CPU的控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。利用現(xiàn)有的普通車床，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造是一條低成本，高效益的途徑。工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。我國作為機(jī)床大國，數(shù)控機(jī)床的占有率還不足百分之?？次疫^和歐美等發(fā)達(dá)國家還有相當(dāng)大的距離。其主要原因?yàn)閿?shù)控車床價(jià)格較貴，一次性。投資較大使企業(yè)心有余而力不足。對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策?？馗脑焖悸泛驮O(shè)計(jì)方法。制系統(tǒng)電氣控制線路經(jīng)濟(jì)實(shí)惠數(shù)控改造，

　　

【正文】 PA5PA4PA3PA2 346D0 CS PA0 4536WR RD 26 （ 2） 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1`和 XTAL2 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，該端引腳必須接地；對(duì)于 CHMOS 單片機(jī) ，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個(gè)振蕩電路反向放大電路的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對(duì)于 CHMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。 圖（ 6） .80C51 引腳圖 （ 3） 控制信號(hào)引腳 RST、 ALE//PROG、 PSEN、 /EA/Vpp RST（ 9腳）：單片機(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該引腳輸入 24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（ RESET）。 ALE//PROG：訪問片外存儲(chǔ)器時(shí) ， ALE 作鎖存擴(kuò)展地址低位字節(jié)的控制信號(hào)（稱允許鎖存地址）。平時(shí)不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，該端也以 1/6 的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出正脈沖，供定時(shí)或者其他需要使用；在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)會(huì)失去一個(gè)脈沖。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LSTTL（低功耗高速TTL）。 /PSEN（ 29 腳） ：在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。 CPU在向片外存儲(chǔ)器取指令期間， PSEN信號(hào)在 12 個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩個(gè)有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。 PSEN 端同樣可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 我們根據(jù) PSEN、ALE 和 XTAL2 輸出是否有信號(hào)輸出，可以判別 80C51 是否在工作。 /EA/Vpp（ 31 腳）：當(dāng) EA 端輸入高電平時(shí)， CPU 從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址 0000H 單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦^ 4KB時(shí)，將執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng) EA輸入低電平時(shí)， CPU 僅訪問片外程序存儲(chǔ)器。 （４） 輸入 /輸出引腳（ P0、 P P2 和 P3 端口引腳） P0~P3 是 4 個(gè)寄存器，也稱為 4 個(gè)端口，是 80C51 單片機(jī)與外界聯(lián)系的 4 個(gè) 8 位雙向并行 I/O口。由于在數(shù)據(jù)的傳輸過程中， CPU 需要對(duì)接口電路輸入輸出數(shù)據(jù)的寄存器進(jìn)行讀寫操作 ，所以在單片機(jī)中對(duì)這些寄存器象對(duì)存儲(chǔ)單元一樣進(jìn)行編址。通常把接口電路中這些已編址并能進(jìn)行讀寫操作的寄存器稱為端口（ PORT），或簡稱口。 ~（ 39~32 腳）： P0是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低 8位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)，故這些 I/O 線有地址線 /數(shù)據(jù)線之稱，簡寫為 AD0~AD7。在 EPROM編程時(shí)，從 P0輸入指令字節(jié)，在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)（驗(yàn)證時(shí)，要外接上拉電阻）。 ~（ 1~8 腳）： P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O端口。在 EPROM編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入低 8 位地址。 ~（ 21~28腳）： P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址，即 A8~A15。在對(duì) EPROM 編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入高 8 位地址。 ~（ 10~17 腳）： P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在整個(gè)系統(tǒng)中，這 8個(gè)引腳還具有專門的第二功能，如表（ 3）所示。 表 P3口各位的第二功能 P3口的各位 第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） INT0（外部中斷 0 輸入） INT1（外部中斷 1 輸入） 27 T0（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入） T1（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入） WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通控制輸出） RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通控制輸出） （二） 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展概述 80C51 片內(nèi)只有 4KB程序存儲(chǔ)器地址空間、 256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間（用 8 位地址，其中 128B 的專用寄存器地址空間僅有 21 個(gè)字節(jié)有實(shí)際意義）。所以需擴(kuò)展。 1． 擴(kuò)展概述 80C51的片外總線結(jié)構(gòu)：所有的外部芯片都通過三組總線進(jìn)行擴(kuò)展。（ 1）數(shù)據(jù)總線（ DB）：由P0口提供，數(shù)據(jù)總線要連到連接的所有外圍芯片上，但在同一時(shí)間只能夠有一個(gè)是有效的數(shù)據(jù)傳送通道。（ 2）地址總線（ AB）： 16位，可尋址范圍為 64K字節(jié)， AB 由 P0口提供低 8 位地址，與數(shù)據(jù)分時(shí)傳送，傳送數(shù)據(jù)時(shí)將低 8位地址鎖存；高 8 位地址由 P2 口提供。（ 3）控制總線（ CB）：系統(tǒng)擴(kuò)展用控制總線有 WR、 RD、 PSEN、 ALE、 EA。 2． 系統(tǒng)擴(kuò)展能力 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器的操作使用不同的指令和控制信號(hào)，允許兩者的地址重復(fù)。 故據(jù)地址的寬度，片外可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器分別為 64KB。此處擴(kuò)展了 16K的程序存儲(chǔ)器和 16K的地址存儲(chǔ)器，且沒有使用片內(nèi)存儲(chǔ)器。 擴(kuò)展的 I/O 口與片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，不再另外提供地址線。 3． 地址鎖存器 因?yàn)?P0口是分時(shí)提供低 8位地址和數(shù)據(jù)信息的，所以必須用鎖存器把地址鎖存住。本次設(shè)計(jì)使用帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 鎖存器 74HC373。其引腳見圖（ 7）。 圖（ 7）、 74HC373 引腳圖 D0~D7 信號(hào)輸入端 Q0~Q7 信號(hào)輸出端 G：下降沿時(shí)，將 D1~D8 鎖存于內(nèi)部 E：使能端， E=0時(shí) ，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出端 Q0~Q7 與輸入端 D0~D7 連通，當(dāng) E=1 時(shí)，輸出三態(tài)門斷開，輸入數(shù)據(jù)鎖存。 4． 地址譯碼器 80C51 擴(kuò)展電路中，都牽涉到外部地址空間的分配問題，即當(dāng) 80C51 數(shù)據(jù)總線分時(shí)與多個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，首選要進(jìn)行片選，然后再進(jìn)行片內(nèi)地址選擇。 地址譯碼實(shí)現(xiàn)片選的方法目前常用的有兩種：線選法和譯碼法。此處采用 74HC139 譯碼器組成的譯碼電路對(duì)系統(tǒng)的高位地址進(jìn)行譯碼。 74HC139 是雙“ 24”譯碼器，每個(gè)譯碼器僅有 1個(gè)使能端G， 0 電平選通。有 2 個(gè)選擇輸入端， 4 個(gè)譯碼輸出端，輸出 0 電 平有效。 2 個(gè)輸入信號(hào) A、 B 譯碼后有 4 個(gè)輸出狀態(tài)，其引腳與真值表如下所示。 表（ 4）、 74HC139 真值表 10 1GND OEG11181714138743D0D1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Vcc2025691215161974LS373 28 輸入 輸出 使能 選 擇 Y0 Y1 Y2 Y3 /G B A 1 179。 179。 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 （三） 存儲(chǔ)器擴(kuò)展 此處采用兩片 EPROM 芯片 6264（ 8K179。 8）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用靜態(tài) RAM62648（ 8K179。 8）。其引腳見左圖（ 8）。 圖（ 8）、 2764引腳圖 80C51芯片與存儲(chǔ)器的連接 存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)質(zhì)是三總線的連接。 （ 1） 據(jù)芯片存儲(chǔ)容量的大小確定數(shù)據(jù)、地址線的根數(shù)。此處為 13 根。 （ 2） 數(shù)據(jù)線的連接 將 80C51 的芯片的 ~ 按位與 RAM 數(shù)據(jù)線 D0~D7 直連。 （ 3） 地址總線的連接 據(jù)確定的地址線根數(shù)，將相應(yīng)低地址線相連，剩余高位地址線作為片選。 （ 4） 控制總線的連接 對(duì)應(yīng)控制線相連。 （四） I/O 口的擴(kuò)展 MCS51單 片機(jī)共有四個(gè) 8 位并行 I/O 口，可提供給用戶使用的只有 P1口和部分 P3口線，因此不可避免地要進(jìn)行 I/O 口的擴(kuò)展。這里采用 8255（可編程的 RAM/IO 擴(kuò)展接口電路）。 I/O 口擴(kuò)展采用總線擴(kuò)展方法，數(shù)據(jù)輸入線取自 80C51 的 P0口。這種擴(kuò)展方法分時(shí)占用 P0 口，不影響 P0口與其它擴(kuò)展芯片的連接操作。 8255 具有 3 個(gè) 8位的并行的 I/O 口，分別為 PA、 PB、 PC口，其中 PC口又分為高 4位（ PC7~PC4）和低 4 位（ PC3~PC0）。 （五）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)所選電機(jī)說明，選取合適的驅(qū)動(dòng)器 ，縱向驅(qū)動(dòng)器和橫向驅(qū)動(dòng)器均為SH20806N。其接線圖如下： 16 6 4 3 527 64A7A6A5A4 18D7D6 19D5D4 17 10 8 7 9CSVcc 11A0 A2 A3A1 13D3D2 15D1D0 122120 25 24 21 23 2A8 A9 A10 A11 A12PGM Vpp 27 1OE 22 29 圖（ 8）、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器連線圖 （六）、液晶顯示控制器 ： 使用由上海朗睿電子科技有限公司研制生產(chǎn)的工業(yè)彩色液晶（ VRAM 型）顯示器，型號(hào)為LR104VRAM。 簡介： 彩色液晶顯示器采用超大規(guī)模集成電路，以數(shù)字方式驅(qū)動(dòng)，可以從根本上消除傳統(tǒng) CRT顯示器 30 的屏幕閃爍現(xiàn)象。具有高亮度、高對(duì)比度、高可靠性、抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)；并且體積小、厚度小、功耗低、無輻射、抗干擾能力強(qiáng)。隨著彩色液晶技術(shù)的日趨成熟 ，正在逐步取代 CRT顯示器，成為許多高要求行業(yè)的首選，被越來越多地應(yīng)用到電力、醫(yī)療、儀表、電梯、工業(yè)控制等領(lǐng)域。 基本原理： LR104VRAM真彩色液晶顯示器，采用 VRAM顯示方式。 VRAM（ Video RandomAccess Memory）視頻存儲(chǔ)技術(shù)是近年來比較流行的專門用于圖形處理的雙端口存儲(chǔ)技術(shù)，常用于中、高檔顯示卡。采用緩存、邏輯仲裁、存儲(chǔ)陣列，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備同時(shí)對(duì)同一存儲(chǔ)陣列訪問而不需要等待，且互不干擾。 該顯示器接口采用并行總線方式（數(shù)據(jù)總線、地址總線以及選、讀、寫等信號(hào)），可 以很方便地連接到單片機(jī)或微處理器的總線上，用戶可以象使用普通存儲(chǔ)器一樣使用它。或者可以把顯示器看成是自己設(shè)備外掛的一個(gè) RAM。 LR104VRAM存儲(chǔ)器地址單元同液晶屏幕上的像素點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，用戶可以把這個(gè)存儲(chǔ)器理解為 “顯示映像 ”存儲(chǔ)器。如果希望在液晶屏幕上某一位置顯示文字或圖形，只需要向存儲(chǔ)器內(nèi)對(duì)應(yīng)區(qū)域?qū)懭胂鄳?yīng)的數(shù)據(jù)即可。 VRAM存儲(chǔ)器的一個(gè)字節(jié)由 8位構(gòu)成，顯示器屏幕上的一個(gè) “像素 ”點(diǎn)由 R、 G、 B三個(gè) “點(diǎn) ”來組成。 原理框圖： LR104VRAM 顯示器的基本原理框圖如圖（ 9）所示， DC/DC電壓變換器產(chǎn)生液晶所用各種驅(qū)動(dòng)電壓 DC/AC 逆變器則用來點(diǎn)亮冷陰極背光燈（ CCFL）。分時(shí)技術(shù)讓顯示與寫入數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了畫面的高速更新，且互不干擾。 圖（ 9）、 LR104VRAM 顯示器的基本原理框圖 性能指標(biāo) ： 視域?qū)蔷€ 外型尺寸 38mm 視域尺寸 (H)(V)mm 圖像點(diǎn)陣 640RGB480行 像素點(diǎn)尺寸 (H)179。 (V)mm 像素結(jié)構(gòu) 垂直條紋 接口方式 總線方式 VRAM容量 128K8位 顯示顏色 TFT 64色 / 256色 31 視野角度 左 75度，右 75度 ,上 60度，下 50度 工作電壓 DC 8V ～ 15V 消耗功率 小 于 8W 工作環(huán)境溫度 10℃ ～ +65℃ 保存溫度 30℃ ～ +70℃ 亮度 400cd/㎡ 液晶屏壽命 大于 5萬小時(shí)（連續(xù)工作） 背光燈壽命 大于 25000小時(shí)（連續(xù)工作） 凈重 克 毛重 克 包裝數(shù)量 只 /箱 內(nèi)包裝尺寸