通用二维运动平台设计(7)

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<10>RL0~RL7：键盘/传感器的返回线。无按键被按时，返回线为HI；有按键被按时，该按键的返回线为LO。在激发输入模式时，为8位的数据输入。 <11>SHIFT：在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与其它按键的状态一同储存(在BIT6)，内部有上拉电阻，未按时为HI，按时为LO。

<12>CNTL/STB：在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与SHIFT以及其它按键的状态同一储存，内部有上拉电阻，未按时为HI，按时为LO。在激发输入模式时，作为返回线8位数据的使能引脚。

<13>OUTA0~OUTA3：动态扫描显示的输出口(高4位)。 <14>OUTB0~OUTB3：动态扫描显示的输出口(低4位)。 <15>BD：消隐输出线。

3.3.5 8255

芯片简介

RESET：由CPU提供复位信号 CS：片选信号

RD：为主机发来的读数脉冲输入端 WR：为主机发来的读数脉冲输入端 A1、A0 ：端口选择信号

3.4 存储器扩展电路设计

MCS-51系列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑，对简单的应用场合MCS-51系列的最小系统用一片8031外扩一片EPROM就能满足功能的要求。对于复杂的应用场合，可利用MCS-51的扩展功能，构成功能强，规模大的系统。

3.4.1 程序存储器ROM的扩展

MCS-51的程序存储器的寻址空间为64K B。8031不带ROM，用作程序存储器的器件是EPROM。

（1）、16位地址总线的扩展

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由于P0口分时传送低字节地址和数据，所以接入74LS373锁存器，8031的ALE接373的LE，373的OC接地，使373常输出。74LS373的输出口Q与P2口一起扩展出12位地址总线AB。 (2）、地址线的连接

根据设计要求，需要扩展一片2732。一片2732的地址线分别与地址总线AB相连。

(3）、数据线的连接

两片存储器的8位数据线分别与数据总线DB按位依次相连。 (4）.控制线的连接

8031PSEN与EPROM的OE相连；8031的EA接地；2732的CE与138 Y0相连。

3.4.2 数据存储器RAM的扩展

由于8031芯片内部RAM只有128字节，远不能满足系统的需要，需扩展片外的数据存储器RAM，选择6116芯片即可满足设计要求。

6116的连接和2732大致相同，唯控制信号线的连接不同；6116的OE，WE与8031的RD，WR相连，CS与138的Y1相连。

3.4.3 译码电路的设计

8031单片机允许扩展64K ROM和64K RAM（包括I/O借口芯片） (1）、MCS-51单片机应用系统中的地址译码规则

第一：ROM与RAM独立编址

ROM地址和RAM地址可以重叠使用，都从0000H～FFFFH。地址的重复靠

片选信号和控制信号区分。

第二：外围I/O与RAM、ROM的统一编址

外围I/O不仅占用RAM的单元，而且使用RAM的读/写指令，本次课程设

计采用统一编址。

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(2）、地址译码法

常用地址的译码方法有线选法和全地址译码，在这里选择全地址译码。 对于容量较大的的系统，扩展的外围芯片较多，芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，就需要用全地址译码的方法。

通常采用3-8译码器（74LS138）。输入端占用3根最高地址线，剩余的13根低位地址线可作为片内的地址线。74LS138译码器的8根输出线分别对应8个8K字节的地址空间。

3.5 I/O接口电路的设计

8031单片机共有3个8位并行I/O口，但可供用户使用的只有P1口和部分P3

口，因此在大部分应用系统中都需要扩展I/O口芯片，本扩展系统采用8255芯片。

3.5.1 8255可编程接口芯片

8255是INTER公司开发的可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，分别为PA、PB、PC口，其中PC口又分为高4位和低4位，他们都可以通过软件编程来改变I/O口的工作方式，8255可与8031直接连接。 （1）、8255的三种工作方式

方式0：基本输入输出方式 方式1：应答式输入输出工作方式

方式2：应答式双向输入输出工作方式（仅A0口可选此种方式，此时C口的PC7～PC3五位作为其应答信号使用。 （2）、8031和8255的接口

连接无需任何外加逻辑电路，直接连接即可。

3.6 8031的时钟电路

单片机的时钟可以由两种方式产生。即内部方式和外部方式。内部方式利用芯片内部振荡电路在XTAL1，XTAL2引脚上外接定时元件。采用外部方式时把XTAL1接地，XTAL2接外部时钟电源。

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3.7 复位电路

单片机的复位都是用外部电路实现的，在时钟电路工作后，REST引脚上出现10ms以上高电平，单片机便实现状态复位。从0000H单元开始执行程序。单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种。原理图中为上电与按钮复位电路组合。在上电瞬间，RC电路充电。RST引脚出现正脉冲，只要在RST端保持10ms以上高电平就能使单片机有效的复位。

3.8 越界报警电路

为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。一旦某一方向越界，立即停止工作台的移动，这里采用中断方式。利用8031的外部中断INT0只要有任何一个行程开关闭合。即工作台在某一方向越界均能产生中断信号INT0。为了报警，设置红绿指示灯，两灯均由一个I/O口输出

3.9 控制系统的功能

1. X向，Y向的进给驱动系统 2. 键盘显示 3. 面板管理 4. 行程控制

3.10 控制系统的工作原理

为了便于说明，以控制面板为例。简述其工作原理。控制面板分为显示器、信号灯、键盘、按钮和旋钮。

1.显示器：用来显示工作过程中一些相关的数据

2.信号灯：在显示器下面的红灯为越界信号灯，显示器右面是与其对应的绿灯为正常工作的信号灯。当正常工作是时绿灯亮。当在X，Y 方向越界时红灯亮、绿灯灭。键盘右面的灯为电源指示灯，指示灯下放为一“急停”按钮，当需要立即停止时按此按钮。

3.键盘：简单的输入设备，可以进行编辑和控制系统的工作。

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4.按钮：旋钮右面四个按钮+X，-X，+Y，-Y是与手动挡配合使用的，旋钮下方的“X原点”，“Y原点”按钮是使车床刀具回原点的按钮。包括越界回原点、手动回原点。旋钮右下方的按钮位“启动”和“回零” 按钮，此回零为所有回零，任意方向，任何时刻的回零，与上面提到的回零不同，上面提到的“X原点”“Y原点”只是X，Y方向上的回零。

5.旋钮：此旋钮为适应不同工作条件而设，分为编辑、单步、自动、手动Ⅰ、手动Ⅱ、单段等档位。

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参考资料

[1] 机床设计手册组.机床设计手册（三分册）[M].北京：机械工业出版社,1986 [2] 尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社,2007,5

[3] 胡烨.Protel99 SE电路设计与仿真教程[M].北京：机械工业出版社,2005,4 [4]内蒙古工业大学机械学院.机电装备设计[M].呼和浩特：内工大印刷厂，2007 [5] 滚珠丝杠、线性滑轨[OL].天津海特传动机械有限公司

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