【正文】 若 ALE=1，則 8155 允許 AD7～ AD0上地址鎖存到地址寄存器；否則， 8155 的地址鎖存處于封閉狀態(tài)。 RD 和 WR ： RD 是 8155 的讀 /寫命令輸入線， WR 為寫命令線，當 RD =0 和WR =1 時， 8155 處于讀數(shù)據(jù)狀態(tài)；當 RD =1 和 WR =0 時， 8155 處于寫入數(shù)據(jù)狀態(tài)。 CS 和 IO/M 為 8155 片選輸入線，若 CS =1，則 CPU 選中 8155。 PC5～ PC0 為 I/O 數(shù)據(jù) /控制線，共 6 條，在通用 I/O 方式下，用作傳送 I/O 數(shù)據(jù)，在選通 I/O 方式下，用 來 傳送命令 /狀態(tài)信息。 ② I/O 總線（ 22 條）： PA7～ PA0 是我們 通用 I/O 口線，用于傳送 A 口上的外設數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向由 8155 的 命令字決定。 8155 共有 40 個引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳如（圖 ）所示。 8155 可直接和 MS— 51 單片機連接，不需要增加任何硬件。兩個可編程 的 8 位并行口 PA 和 PB，一個可編程的 6 位并行口 PC，以及一個 14 位減法定時器 /計數(shù)器。 8522 接口芯片在 MCS51 單片機應用系統(tǒng)中廣泛用于連接外部設備，如打印機、鍵盤，顯示器以及作為控制信息的輸入、輸出口。 8255 的復位端與 8031 的復位端相連，都 接到 8031 的復位電路上。片選信號 CS 口及地址選擇線 A0、 A1 分別由 8031 的 、 、 經(jīng)地址鎖存器后提供。 可編程通用并行 I/O 接口 8255A 通用可編程并行接口芯片，它具有 3 個 8 位的并行 I/O 口，都可以選擇輸入或輸出工作方式，可通過程序改變其功能，因而使用方便，通用性強。所以，若一個 MCS51 應用系統(tǒng)需連接較多的并行輸入 /輸出的外圍設備（如打印機、鍵盤、顯示器等），單片機本身所提供的輸入輸出口不能滿足，就不可避免地要擴展并行 I/O 接口。 31 圖 6264的擴展電路 I/O 的擴展 MCS51 系列單片機大多具有四個 8 位 I/O 口（即 P0 口、 P1 口、 P2 口和 P3 口）， 原理上這四個 I/O 口均可用作雙向并行 I/O 接口。程序存貯器 2764的地址為： 0000H1FFFH。 對于一個完整的應 用系統(tǒng)，必須具備一定容量的程序存貯器和一定容量的數(shù)據(jù)存貯器。因為 6264 是 8KB 容量的 RAM，故用到了3根地址線。 下圖是 6264 與 8031 的連接圖。 ② 寫方式 —— CE 為低電平， WE 亦為低電平時 ,允許數(shù)據(jù)輸入。對實時控制系統(tǒng)而言 ,可靠是第一位的 ,此處選用大容量靜態(tài) RAM6264(8K 8 位 )一片。 數(shù)據(jù)存儲器 RAM 通常采用 MOS 型， MOS 型 RAM 分靜態(tài)、動態(tài)兩種。但在用于數(shù)據(jù)采集和處理時，僅靠片內(nèi)提供的 128 個字節(jié)的數(shù)據(jù)存貯器是遠遠不夠的。 圖 2764的擴展電路 數(shù)據(jù)存貯器的擴展 8031 單片機內(nèi)部有 128 個字節(jié) RAM 存貯器。 下圖為擴展兩片 EPROM 的連接方法。將數(shù)據(jù) 線上數(shù)據(jù)固化到指定地址單元。以便于更換各功能模塊程序和零件加工程序時，只需更換各自芯片即可，方便升級。如果只擴展一片程序存貯器 EPROM，故可將片選端 CE 直接接地。 根據(jù)程序存貯器擴展的原理，以 EPROM 和鎖存器 74L373 為例對 8031 單片機進行程序存貯器的擴展。通信地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 鎖存器 74LS373。用作程序存貯器的常用的器件是 EPROM。 程序存貯器的擴展 MCS51 系列單片機的程序存貯器空間和數(shù)據(jù)存貯器空間是相互獨立的。另外，在單片機內(nèi)部雖然設置了若干并行 I/O 接口電路，用來與外圍設備連接。同時，單片機內(nèi)部的存儲器容量較小，不能滿足實際需要，還要擴展數(shù)據(jù)存儲器。 上圖那上電按鈕復位電路只需將一個常開按鈕開關并聯(lián)于上電復位電路，按下開關一定時間就能使 RST 引腳端為高電平，從而使單片機復位 [16]。單片機在上電瞬間 ，由于 RC 電路充電，則 RST 引腳處出現(xiàn)正脈沖，只要 RST 端保持兩個機器周期上的高電平（因為振蕩器從起振到穩(wěn)定大約要 10ms），就能使單片機有效復位，當晶體振蕩頻率為 12MHZ 時， RC 的典型值為 10 8. 2C F R K?? ? ?， 。 MCS51 單片機通常采用上開關復位和電自動復位兩種方式。單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的， MCS51 單片機的復位引腳 RST（ Reset）提供了初始化的手段，高電平有效，只要在 RST 引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電 27 平，就能保證單片機可靠復位。電容 C C2 的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、振蕩電路起振速度大小有些影響。 如圖 所示， MCS51 系列的單片機大多采用 40 條引腳雙列直插式器件，采用CHMOS 工藝制造。 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏， MCS51 片內(nèi)有一個反相放大器， 12XTAL XTAL， 引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個自激振蕩器，產(chǎn)生的時鐘送至單片 機內(nèi)部的各個部件。 MCS51 單片機的時鐘電路 時鐘電路是表示應用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行之間的各種信號之間的相互關系。 P3（ ）：為 8位準雙向 I/O 口，是雙功能復用接口，可驅(qū)動 4個 TTL 負載。 P2（ ）：為 8 位準雙向 I/O 口，當作為 I/O 口使用時，可直接和外部 I/O設備相連。它是地址總線的低 8 位和 DB 分時復用接口，驅(qū)動著 8 個 TTL負載。 /輸出引腳 輸入 /輸出（ I/O）接口引腳有 P0 口、 P1 口、 P2口和 P3 口。對 8031 來說，由于它的內(nèi)部并沒有其他 51系列單片機包含的程序存儲器。 / ppEAV （ 31 腳）：當 EA 端保持高電平的狀態(tài)，訪問的是內(nèi)部程序存儲器，但當PC 值超過某個值時，將自行轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 PSEN （ 29腳）：此輸出為單片機內(nèi)訪問外部程序存儲器的讀選通信號。但是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時，在兩個機器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個 ALE 脈沖。 ALE/PROG （ 30 腳）：當單片機訪問外部存貯器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16位地址的低 8位。掉電期間，此引腳可接備用電源（ VPD），以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 25 RST/VPD（ 9 腳）：當振蕩器運行時，在此引腳加上兩個機器周期的高電平將使單片機復位（ RST）。 它包括 RST、 ALE 、 PSENEA、 等。 ssV （ 20 腳）：接地。 電源引腳接入單片機的工作電源。 8031 采用 40 條引腳的雙列直插式封裝（ DIP），引腳和功能分為三個部分 [15]?？刂葡到y(tǒng)的基本組成如圖 所示： 圖 總控制系統(tǒng)硬件電路設計 MCS51 系列單片機的設計 在控制系統(tǒng)設計中，我們采用的是 MCS51 系列單片機的 8031， 8031 可尋址 64KB字節(jié)程 序存儲器和 64KB 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器。 23 第 4 章 控制系統(tǒng)的設計 控制系統(tǒng)總體方案的擬訂 機電一體化控制系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大部分組成。 最快工作進給速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核如下： m a xm a x 1000 3 3 3 3 . 3 1 8 0 0 06 0 6 0 0 . 0 0 5ff vf ?? ? ? ?? 符合設計要求，同時查表得： max NmT ??，符合設計要求。所以有： e q1 a m a x 0T 0. 23 15 4 0. 00 09 1 0. 23 2 N mfT T T? ? ? ? ? ? ? （ 2）最大工作負載下電機轉(zhuǎn)軸承受的負載轉(zhuǎn)矩： eqT2 eq t 0TfT T T? ? ?2 fT 、 0T 在第一的設計中已經(jīng)計算過，僅用算以 tT ，其公式為 t 2fhFPT i??? 代入數(shù)據(jù)計算如下： t 1 6 0 0 . 0 0 4 0 . 0 3 8 62 2 3 . 1 4 0 . 8 3 . 3fhFPT N mi?? ?? ? ? ?? ? ? e q2 t 0. 03 86 0. 00 09 1 0. 03 95 1fT T T N m N m? ? ? ? ? ? ? 步進電機的初選和參數(shù)校核 選 擇步進電機最重要的參數(shù)是最大靜轉(zhuǎn)矩要滿足使用要求，同時考慮安全系數(shù) K， 22 對于開環(huán)控制，一般選 ~4 之間，此處取 2 且步 進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩的選取應符合eq1 eq2m ax{ }eqT T T? 、所 以 初 選 步 進 電 機 型 號 為 ： 55BF003 其 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩e q 1 0 .6 6 6 2 0 .2 3 2 = 0 .4 3 2T ? ? ?， 符合設計要求。代入數(shù)據(jù)計算如下： m a x 2 2 3 . 1 4 0 . 0 2 4 5 8 4 5 0 0 . 2 3 1 5 4 N m6 0 6 0 0 . 5e q ma e q aJnTJ t?? ? ? ?? ? ? ? ?? fT 為移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：有公式如下： h2f FPT i??? 摩 式中 F摩為導軌的摩擦力，單位為 N；計算公式 cFGF ??摩 （ + ）。本設計主要計算快速空載時起動以及承受最大工作載荷時的情況。 對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進行估算： 8 10J D L?? ? ? ? 式中 D 為圓柱零件直徑， L 為圓柱零件的長度。如圖 ： 2薄齒輪 , 3— 彈簧 , 8— 凸耳 , 5— 調(diào)節(jié)螺釘 , 7— 螺母 圖 雙片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu)圖 步進電機的選用 步進電機轉(zhuǎn)動軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 的計算 總傳動慣量 qJ? 主要包括電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、減速裝置與滾珠絲杠以及移動 20 部件等折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量。除了提高制造和裝配精度外，消隙的主要途徑有：設計可調(diào)傳動間隙的機構(gòu)；設置彈性補償元件。傳動間隙是不可避免的，其產(chǎn)生的這樣原因有：由于制造及裝配誤差所產(chǎn)生的間隙 ，為使用熱膨脹而特意留出的間隙。 傳動齒輪參數(shù)確定 （ 1）一級傳動齒輪參數(shù)確定： 取小齒輪齒數(shù) 1 35Z? 則大齒輪齒數(shù) 2 64Z ? 因傳遞的扭距較 小 ， 取模數(shù) m=1mm則 ： 分度圓直徑 : 11 1 3 5 3 5d m z m m? ? ? ? 22 1 64 64d m z m m? ? ? ? 齒頂圓直徑 : 11( 2) ( 35 2) 1 37ad z m m m? ? ? ? ? ? 22( 2) ( 64 2) 1 66ad z m mm? ? ? ? ? ? 齒根圓直徑 : 11( ) ( 35 ) 1 32 .5fd z m m m? ? ? ? ? ? 22( ) ( 64 ) 1 61 .5fd z m m m? ? ? ? ? ? 齒寬 : 1 1 3 5 3 5db d m m?? ? ? ? 取 1216, 16bb?? 19 中心距 : ( ) ( 35 64) 49. 5a d d m m? ? ? ? ? 分度圓壓力角 : 020?? 大小齒輪均采用漸開線標準圓柱齒輪 . （ 2）由于二級與一級傳動比相同，我們采用同樣的齒輪參數(shù)設計，故此處省略其計算過程。 00 1 .5 4 3 .33 6 0 3 6 0 0 .0 0 5b PLi ? ? ?? ? ?? 21Zi Z? 考慮到傳動比為 ，比較大，影響傳動精度，故本次傳動采用兩級傳動。所以計算如下： 61 53 . 3 8 4 3 4 2 0 . 1 4 3 7 4 1 02 . 1 1 0 3 8 3 . 4mFaES? ?? ? ? ? ? ??? 2 21 3 8 3 .44dS m m??? (2)滾珠與螺紋滾道間的接觸變形 量，且在有預緊的情況下，計算公式 : 2 230 .0 0 1 3 1 0 / 1 0mW Y JFD F Z? ?? 式中 WD 滾珠直徑，單位 mm，滾珠總數(shù)量0( / ) 3WZ d D???， ZZ? ? ? ?圈 數(shù) 列 數(shù) YJF預緊力 62 32233 . 3 8 40 . 0 0 1 3 0 . 0 0 1 3 3 . 4 4 1 0 m m1 0 / 1 0 1 0 2 . 3 8 1 1 0 8 5 9 0 /1 0mW Y JFD F Z? ??? ? ? ? ?? ? ?0( / ) 3 ( 4 25 / 81 ) 3 30WZ d D?? ? ? ? ? ? 18 ZZ? ? ? ? ? ?圈 數(shù) 列 數(shù) =30 1 3=9 0 所以絲杠的總變形量為： 6 6 62 0 .1 4 3 7 4 1 0 3 .4 4 1 0 3