畢業(yè)論文基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)07668

1、摘摘要要 很多工業(yè)控制設(shè)備對(duì)位移和角度的控制精度要求較高，一般電機(jī)很難實(shí)現(xiàn)，而步進(jìn) 電機(jī)可精確實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的角度和轉(zhuǎn)數(shù)。本設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用 51 單片機(jī)控制四相步進(jìn)電機(jī)系 統(tǒng)。由單片機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速向某一方向產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn) 動(dòng)角度。而步進(jìn)電機(jī)具有控制簡(jiǎn)便、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在許多領(lǐng)域 將得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用專門(mén)的集成電路構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，體積小，軟件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。由此集成電路構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)簡(jiǎn) 單的編程就可以任意設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)和控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 在此基礎(chǔ)上提出了步進(jìn)電機(jī)程序控制的硬件接

2、口電路、程序流程圖和匯編程序。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；步進(jìn)電機(jī)；數(shù)控系統(tǒng) abstract many industrial control equipment to control the displacement and angle of higher accuracy, it is difficult to achieve the general motor, and stepper motor can be set to achieve the precise angle and rotation. this design is the use of 51 single-chip 4-p

3、hase stepper motor control system. generated by the single-chip drive pulse signal to control the stepper motor speed to a certain direction to a certain degree of rotation angle. and stepper motor control is simple, accurate positioning. with the development of science and technology in many fields

4、 will be a wide range of applications. the design of integrated circuits consisting of a dedicated stepper motor driver control system. this system has a simple structure, high cost, small size, simple software development. this integrated circuit consisting of cnc programming through simple on the

5、stepper motor can set the speed, rotation angle, rotation frequency and control motor running. on this basis a stepper motor control circuit of the hardware interface, the program flow chart and the assembler keywords: single-chip microcontroller; stepping motor; numerical control system. 目錄 1 緒論.1

6、1.1 引言.1 1.2 數(shù)控技術(shù)的基本概念.1 1.3 數(shù)控系統(tǒng)的組成.1 1.4 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì).2 2 課題分析及整體方案的確定.4 2.1 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求.4 2.2 課題分析及系統(tǒng)特點(diǎn)分析.4 2.3 系統(tǒng)總體方案的確定.4 3 模塊電路分析與設(shè)計(jì).5 3.1 電源模塊電路分析與設(shè)計(jì).5 3.1.1 電源模塊電路的分析.5 3.1.2 電源模塊電路的設(shè)計(jì).6 3.2 控制模塊電路分析與設(shè)計(jì).12 3.2.1 控制模塊電路分析.12 3.2.2 部分硬件簡(jiǎn)介.12 3.33.3 驅(qū)動(dòng)模塊分析及其設(shè)計(jì).32 3.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理.32 3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng).35 4

7、 數(shù)控機(jī)床軟件控制.37 4.1 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制.37 4.2 步進(jìn)電機(jī)插補(bǔ)程序設(shè)計(jì).38 總結(jié).44 致謝.45 參考文獻(xiàn).46 1 緒論緒論 1.1 引言 在工業(yè)控制系統(tǒng)中, 通常要控制機(jī)械部件的平移和轉(zhuǎn)動(dòng), 對(duì)位移和角度的控制要求較 高, 一般電機(jī)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)位置和角度的精確控制, 而步進(jìn)電機(jī)可精確實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的角度和 轉(zhuǎn)數(shù), 具有良好的步進(jìn)特性, 最適合于數(shù)字控制, 因此它在數(shù)控機(jī)床等設(shè)備中得到了廣泛 的應(yīng)用。在工業(yè)被控設(shè)備對(duì)位移和角度控制要求較高的場(chǎng)所步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用很多, 而單片機(jī) 芯片體積小、兼容性強(qiáng)、高速度、低價(jià)格、低工作電壓、低功耗等特點(diǎn), 使單片機(jī)成為驅(qū) 動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制單

8、元, 所以基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)控制精度高、運(yùn)行穩(wěn)定, 在控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 1.2 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)控(nmmericalcontr01，nc)是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過(guò) 程進(jìn)行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此，也可以稱為計(jì) 算機(jī)數(shù)控(computer numericalcontr01，cnc)。 為了對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化信息控制，必須具備相應(yīng)的硬件和軟件。用 來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息控制的硬件和軟件的整體稱為數(shù)控系統(tǒng)(numer5calcontr01system)， 數(shù)控系統(tǒng)的核心是數(shù)控裝置(nmmericalcontr01

9、1er)。由于數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控裝置的英文縮 寫(xiě)亦采用 nc(或 cnc)，因此，在實(shí)際使用中，在不同場(chǎng)合 nc(或 cnc)具有三種不同含義： 既可以在廣義上代表一種控制技術(shù)，又可以在狹義上代表一種控制系統(tǒng)的實(shí)體，還可以 代表一種具體的控制裝置數(shù)控裝置。 采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床，稱為數(shù)控機(jī)床(nc 機(jī)床)。它是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算 機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品， 是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。 1.3 數(shù)控系統(tǒng)的組成 1控制介質(zhì) 數(shù)控設(shè)備工作時(shí)，不需要操作者直接進(jìn)行手工加工，但設(shè)備必須按操作者的意圖進(jìn) 行工作，這就必須在操作者與設(shè)備間建立某種聯(lián)系，對(duì)這種聯(lián)

10、系的中間媒介物稱之為控 制介質(zhì)?？刂平橘|(zhì)也稱為信息載體，它可以是穿孔帶、穿孔卡、磁帶、軟磁盤(pán)等。 在控制介質(zhì)上存儲(chǔ)著加工零件所需要的全部操作信息，它是數(shù)控系統(tǒng)用來(lái)指揮和控 制設(shè)備進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的唯一指令信息。 2輸入裝置 輸入裝置的作用是將控制介質(zhì)上的程序代碼變成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，傳送并存入數(shù) 控裝置中。根據(jù)不同的控制介質(zhì)，輸入裝置可以是光電讀帶機(jī)、錄音機(jī)或軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。 現(xiàn)在有很多數(shù)控設(shè)備不用任何控制介質(zhì)，而是將數(shù)控加工程序單上的內(nèi)容通過(guò)數(shù)控裝置 上的鍵盤(pán)直接輸入給數(shù)控裝置，稱為 mdi 方式。有的還可格數(shù)控加工程序由編程計(jì)算機(jī) 用通信方式傳送給數(shù)控裝置。 3數(shù)徑裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控設(shè)備的核心，

11、它接受輸入裝置送來(lái)的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的控 制軟件和邏輯電路進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理，然后將各種信息指令輸出給伺服系統(tǒng)， 使設(shè)備各部分進(jìn)行規(guī)范而有序的動(dòng)作。這些指令主要是經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算決定的各坐標(biāo)軸的進(jìn) 給速度、進(jìn)給方向和位移量；主運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停信號(hào)；選擇和交換刀具的 指令信號(hào)；切削液的開(kāi)停信號(hào)；工件的松夾、分度工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位等輔助指令信號(hào)。 介于數(shù)控裝置與被控設(shè)備之間的強(qiáng)電控制裝置，主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的主運(yùn) 動(dòng)變速、刀具選擇交換、輔助裝置動(dòng)作等指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的編譯、邏輯判斷和功率 放大后，直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械部件等，完成指令所規(guī)定的各種動(dòng)作。 4伺服系統(tǒng)

12、 伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動(dòng)電路和伺服驅(qū)動(dòng)元件，它們與執(zhí)行部件上的機(jī)械部件組成數(shù) 控設(shè)備的進(jìn)給系統(tǒng)。其作用是把數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的速度和位移指令(脈沖信號(hào))轉(zhuǎn)換成執(zhí)行 部件的進(jìn)給速度、方向和位移。每個(gè)執(zhí)行進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件，都配有一套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 而相對(duì)于每一個(gè)脈沖信號(hào)，執(zhí)行部件都有一個(gè)相應(yīng)的位移量，又稱為脈沖當(dāng)量，其值越 小，加工精度就越高。數(shù)控裝置可以以很高的速度和精度進(jìn)行計(jì)算并發(fā)出很小的脈沖信 號(hào)，關(guān)鍵在于伺服系統(tǒng)能以多高的速度與精度去響應(yīng)執(zhí)行，所以整個(gè)系統(tǒng)的精度與速度 主要取決于伺服系統(tǒng)。在伺服系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)電路要把數(shù)控裝置發(fā)出的微弱電信號(hào)(5v 左右，毫安級(jí))放大成強(qiáng)電的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)(幾十至上百伏

13、，安培級(jí))去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件伺 服電動(dòng)機(jī)。 伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要有功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液脈沖馬達(dá)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交 流伺服電動(dòng)機(jī)等，其作用是將電控信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)輸出鈾的角速度和角位移的 變化，從而帶動(dòng)執(zhí)行部件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 5執(zhí)行部件 數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件是加工運(yùn)動(dòng)的實(shí)際執(zhí)行部件，主要包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 執(zhí)行部件、工作臺(tái)、拖板及其部件和床身立校等支承部件，此外還有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位 和夾緊等輔助裝置，存放刀具的刀架、刀庫(kù)及交換刀具的自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)等。執(zhí)行部件應(yīng) 有足夠的剛度和抗振性，還要有足夠的精度，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 6測(cè)量反饋裝置 測(cè)量反饋裝置是將運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位移

14、、速度及當(dāng)前的環(huán)境(如溫度、振動(dòng)、摩擦和 切削力等因素的變化)參數(shù)加以檢測(cè)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后反饋給數(shù)控裝置，通過(guò)比較，得出 實(shí)際運(yùn)動(dòng)與指令運(yùn)動(dòng)的誤差，并發(fā)出誤差指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。測(cè)量反饋裝置的引 入，有效地改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，大大提高了零件的加工精度。 1.4 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密制造技術(shù)及檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床性能日 臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。各生產(chǎn)部門(mén)工藝要求的不斷提高又從另一方面促 進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正不斷采用最新技術(shù)成果，朝著高速度、高精度、 高可靠性、多功能、智能化、復(fù)合化等方向發(fā)展。 (1)高速度、高精度 速度和精度是數(shù)

15、控系統(tǒng)的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它直接關(guān)系到加 工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)，高速度首先是要求計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令 數(shù)據(jù)后，能高速度處理并計(jì)算出伺服電動(dòng)機(jī)的位移量，并要求伺服電動(dòng)機(jī)高速度地作出 反應(yīng)。此外，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度，還必須實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給、刀具交換、托板交換 等各種關(guān)鍵部分的高速度。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速在 12000 rmin 以上的已較為普及， 高速加工中心的主軸轉(zhuǎn)速高達(dá) 100 000 rmin；快速進(jìn)給速度一般機(jī)床都在 50 mmin 以上，有的機(jī)床高達(dá) 120 mmin。加工的高精度比加工速度更為重要，微米級(jí)精度的數(shù) 控設(shè)備正在普及，一些高精度機(jī)床的加工精度己達(dá)到 o1

16、pm。 (2)高可靠性 新型的數(shù)控系統(tǒng)大量采用大規(guī)?；虺笠?guī)模的集成電路，采用專用芯 片及混合式集成電路，使線路的集成度提高，元器件數(shù)量減少，功耗降低，提高了可靠 性。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都裝備了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(即 cnc 系統(tǒng))，只要改變軟件控制程序，就 可以適應(yīng)各類(lèi)機(jī)床的不同要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。數(shù)控控制軟 件的功能更加豐富，具有自診斷及保護(hù)功能。為了防止超程，可以在系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定工 作范圍(即軟極限)。數(shù)控系統(tǒng)還具有自動(dòng)返回功能(即斷點(diǎn)保護(hù)功能)。 (3)多功能 大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都具有 crt 圖形顯示功能，可以進(jìn)行二維圖形的加工軌 跡動(dòng)態(tài)模擬顯示，有的還可以顯示三維彩色動(dòng)

17、態(tài)圖形；具有豐富的人機(jī)對(duì)話功能， “友好” 的人機(jī)界面；借助 crt 與鍵盤(pán)的配合，可以實(shí)現(xiàn)程序的輸入、編輯、修改、刪除等功能。 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)，除了能與編程機(jī)、繪圖機(jī)、打印機(jī)等外設(shè)通信外，還應(yīng)能與其他 cnc 系 統(tǒng)、上級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信，以實(shí)現(xiàn) fms 的連接要求。 (4)智能化 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用高技術(shù)的重要目標(biāo)是智能化。如引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)、人 機(jī)會(huì)話自動(dòng)編程、自動(dòng)診斷并排除故障等智能化功能。 (5)復(fù)合化 復(fù)合化是近幾年數(shù)控機(jī)床發(fā)展的模式，它將多種動(dòng)力頭集中在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上，在 一次的裝夾中完成多種工序的加工。如立臥轉(zhuǎn)換加工中心、車(chē)銑萬(wàn)能加工中心及四鈾聯(lián)動(dòng)(x、y、z、c)的 車(chē)削中心等。 2

18、 課題分析及整體方案的確定 2.1 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 數(shù)控系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用,主要是利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng),用單片機(jī)擴(kuò)展 并行口來(lái)控制步進(jìn)電機(jī),用軟件的方法控制步進(jìn)電機(jī)的方向及速度，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的選擇 和控制方法.本課題所討論的是二軸步進(jìn)電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。此數(shù)控機(jī)床自身坐標(biāo) x、y 方向 上各采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)該方向的運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)主要是單片機(jī) 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 2.2 課題分析及系統(tǒng)特點(diǎn)分析 對(duì)課題所需設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有的功能進(jìn)行分析可知，系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的任務(wù)為通過(guò)鍵盤(pán)與單片 機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)（通過(guò)一系列 i/o 和存儲(chǔ)器的擴(kuò)展）對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。在此主 要設(shè)計(jì)用步進(jìn)電機(jī)

19、實(shí)現(xiàn)二坐標(biāo)軸數(shù)控機(jī)床直線和圓弧插補(bǔ)，能夠適時(shí)顯示當(dāng)前坐標(biāo)值， 并且可以通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行手動(dòng)控制，另外，還有電源電路及顯示電路的設(shè)計(jì)。 2.3 系統(tǒng)總體方案的確定 步進(jìn)電機(jī)數(shù)控系統(tǒng)大體可以分為如下模塊： 電源模塊控制模塊驅(qū)動(dòng)模塊 系統(tǒng)組成框圖如圖 2-1 所示： 圖 2-1 3 模塊電路分析與設(shè)計(jì) 3.1 電源模塊電路分析與設(shè)計(jì) 3.1.1 電源模塊電路的分析 在本設(shè)計(jì)中主要用到兩種電源：用于控制模塊的+5v 直流電源用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的 +30v300w 的直流電源 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，主要采用交流電，但是在某些場(chǎng)合，例如電解、電鍍、 蓄電池的充電、直流電動(dòng)機(jī)等，都需要用直流電源供電。此外，在電

20、子線路和自動(dòng)控制 裝置中，還需要用電壓非常穩(wěn)定的直流電源。為了得到直流電，除了采用直流發(fā)電機(jī)、 干電池等直流電源外，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流電源。 圖 31 所示是半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的原理方框圖，它表示把交流電變換為直流電的 過(guò)程。 圖 31 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的原理框圖 1電源變壓器 電網(wǎng)上單相交流電壓的有效值為 220v，而通常需要的直流電壓要比此值低。因此， 先利用變壓器進(jìn)行降壓，將 220v 的交流電變成合適的交流電以后再進(jìn)行交、直流轉(zhuǎn)換。 當(dāng)然，有的電源不是利用變壓器而是利用其他方法降壓的。 2整流電路 整流電路的主要任務(wù)是利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕瑢⒔?jīng)變壓器降壓后的交流電變 成單

21、向脈動(dòng)的直流電。經(jīng)整流電路輸出的單向脈動(dòng)的直流電幅度變化較大，這種直流電 一般不能直接供給電子電路使用。 3濾波電路 濾波電路的主要任務(wù)是濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分電壓，使輸出電壓成為比較平 滑的直流電。常采用的元件有電容和電感等。 4穩(wěn)壓電路 交流電經(jīng)降壓、整流、濾波后輸出的直流電具有較好的平滑程度，一般說(shuō)來(lái)可以充 當(dāng)電路的電源。需要指出的是，此時(shí)的電壓值還要受到電網(wǎng)電壓波動(dòng)以及負(fù)載變化的影 響，即經(jīng)濾波后輸出的電壓由于各種因素的影響往往是不穩(wěn)定的。為使輸出電壓穩(wěn)定， 還需要增加穩(wěn)壓電路部分。穩(wěn)壓電路的作用就是自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓，使輸出電壓不受電網(wǎng)電壓 波動(dòng)和負(fù)載大小的影響。 3.1.2 電源

22、模塊電路的設(shè)計(jì) 1. 整流電路 整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒄?fù)交替的正弦交流電壓變換成單方向的脈 動(dòng)電壓，因此二極管是構(gòu)成整流電路的核心元件。在小功率的直流電源中，整流電路的 主要形式有單相半波、單相全波和單相橋式整流電路。單相橋式整流電路用得最為普遍。 為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，分析計(jì)算整流電路時(shí)把二極管當(dāng)作理想元件來(lái)處理，即認(rèn)為二極管的正 向?qū)娮铻榱?，而反向電阻為無(wú)窮大 一. 單相橋式整流電路的組成及工作原理 單相橋式整流電路是由四個(gè)整流二極管接成電橋的形式構(gòu)成的，如圖 32(a)所示。 圖 32(b)所示為單相橋式整流電路的一種簡(jiǎn)便畫(huà)法。 圖 32 單相橋式整流電路 （a）單相橋式整流

23、電路； (b)單相橋式整流電路的簡(jiǎn)化畫(huà)法 單相橋式整流電路的工作情況如下 設(shè)整流變壓器副邊電壓為： )sin(2 22 tuu 當(dāng)為正半周時(shí)，其極性為上正下負(fù)，即 a 點(diǎn)電位高于 b 點(diǎn)電位，二極管 d1、d3 2 u 因承愛(ài)正向電壓而導(dǎo)通，d2、d4 因承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：ad1 d3b，如圖 33（a）所示。 l r 當(dāng)為負(fù)半周時(shí)，其極性為上負(fù)下正，即 a 點(diǎn)電位低于 b 點(diǎn)電位，二極管 d2、d4 2 u 因承受正向電壓而導(dǎo)通，d1、d3 因承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：ad2 d4b，如圖 33（b）所示。 l r 圖 33 單相橋式整流電路 (a)正半周時(shí)電

24、流的通路(b)負(fù)半周時(shí)電流的通路 可見(jiàn)電壓無(wú)論在正半周還是在負(fù)半周，負(fù)載電阻上都有相同方向的電流流過(guò)。因 l r 此在負(fù)載電阻得到的是單向脈動(dòng)電壓和電流，忽略二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降，則單相 l r 橋式整流電路的波形如圖 34 所示。 二參數(shù)計(jì)算 (1)負(fù)載上電壓平均值和電流平均值。其中： 單相全波整流電壓的平均值為： 圖 34 單相橋式整流電路的波形 流過(guò)負(fù)載電阻的電流平均值為： l r ll o o r u r u i 2 9 . 0 222 0 9 . 0 22 )()sin(2 1 uutdtuuo (2)整流二極管的電流平均值和承受的最高反向電壓。因?yàn)闃蚴秸麟娐分?，每?jī)蓚€(gè) 二極管串

25、聯(lián)導(dǎo)通半個(gè)周期，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的電流平均值為負(fù)載電流的一半，即： l od r u ii 2 45 . 0 2 1 每個(gè)二極管在截止時(shí)承受的最高反向電壓為的最大值，即： 2 u 22 2uuu mdrm （3）整流變壓器副邊電壓有效值和電流有效值，其中： 整流變壓器副邊電壓有效值為： o o u u u1 . 1 9 . 0 2 整流變壓器副邊電流有效值為： o ll u r u r u i1 . 11 . 1 22 2 由以上計(jì)算，可以選擇整流二極管和整流變壓器。 除了用分立元件組成橋式整流電路外，現(xiàn)在半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起， 制造成單相整流橋和三相整流橋模塊，這些模塊只有

26、輸入交流和輸出直流引腳，減少了 接線、提高了電路工作的可靠性，使用起來(lái)非常方便。常見(jiàn)的幾種整流電路如表 31 所 示。 由表 31 可見(jiàn)，半被整流電路的輸出電壓相對(duì)較低，且脈動(dòng)大。兩管全波整流電 路則需要變壓器的副邊繞組具有中心抽頭，且兩個(gè)整流二極管承受的最高反向電壓相對(duì) 較大，所以這兩種電路應(yīng)用較少。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，電壓脈動(dòng)較小， 整流二極管所承受的最高反向電壓較低，同時(shí)因整流變壓器在正負(fù)半周內(nèi)部有電流供給 負(fù)載，整流變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此橋式整流電路在半導(dǎo)體整流電路 中得到了廣泛的應(yīng)用。橋式整流電路的缺點(diǎn)是二極管用的較多。 表 31 橋式整流電路性能表 類(lèi)型

27、整流電路整流電壓波形 整流電 壓平均 值 二極管 電流平 均值 二極管承 受的最高 反電壓 單相橋式 0.9u2 o i 2 1 2 2u 2. 濾波 整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動(dòng)較大，在某些應(yīng)用中如電鍍、蓄電池充 電等可直接使用脈動(dòng)直流電源。但許多電子設(shè)備需要平穩(wěn)的直流電源。這種電源中的整 流電路后面還需加濾波電路將交流成分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。 濾波電路利用電容或電感在電路中的儲(chǔ)能作用，當(dāng)電源電壓(或電流)增加時(shí)，電容(或 電感)把能量?jī)?chǔ)存在電場(chǎng)(或磁場(chǎng))個(gè)；當(dāng)電源電壓(或電流)減小時(shí)，又將儲(chǔ)存的能量逐漸釋 放出來(lái)，從而減小了輸以電壓(或電流)中的脈動(dòng)成分得到比較平滑

28、的直流電壓。實(shí)用濾 波電路的形式很多，如電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波電路(包括倒 l 型、rc 型、 lc 型濾波)等，如圖 35 所示。 3 濾 一、電容濾波電路 最簡(jiǎn)單的電容濾波電路是在整流電路的直流輸出側(cè)與負(fù)載電阻并聯(lián)一電容器 c， l r 利用電容器的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。 圖 36 所示為單相橋式整流電容濾波電路。此時(shí)整流二極管工作在非線性區(qū)域，分 析時(shí)要從二極管單向?qū)щ娞匦猿霭l(fā)，特別注意電容兩端電壓對(duì)二極管工作特性的影響。 當(dāng)輸出端接負(fù)載電阻時(shí)，設(shè)電容兩端初始電壓力零，在 t0 時(shí)刻接通電源。則由零 l r 2 u 開(kāi)始上升時(shí)，二極管 dl，d3 正偏導(dǎo)通，電源通過(guò) d1

29、、d3 向負(fù)載電阻提供電流，同 l r 時(shí)向電容 c 充電，充電時(shí)間常數(shù) 充=2rdc 式中 rd 為二極管的正向?qū)娮?，其值非常小。忽?rd 的影響，電容 c 兩端的電壓將 按的規(guī)律上升；當(dāng)電源電壓開(kāi)始下降并達(dá)到時(shí)，4 個(gè)二極管反偏截止 2 u c u 2 u 二、電感濾波電路 電感濾波電路如圖 37 所示，即在整流電路與負(fù)載電阻之間串聯(lián)一個(gè)電感器 l。 l r 由于在電流變化時(shí)電感線圈中將產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)來(lái)阻止電流的變化，使電流脈動(dòng)趨于平 緩， 、起到濾波作用。 電感 l 與負(fù)載串聯(lián)。當(dāng)流過(guò)電感 l 的電流增大時(shí)，電感產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)阻止電 l r 流的增加；當(dāng)電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)則阻

30、止電流的減小?？梢?jiàn)，電感濾波器的電感量 愈大，自感電動(dòng)勢(shì)愈大，單向脈動(dòng)電流流經(jīng)電感線圈時(shí)就愈平滑。 電感濾波電路輸出電壓較低，但輸出電壓波動(dòng)小，隨負(fù)載變化也很小，因而適用于負(fù) 載電流較大的場(chǎng)合。由于電感量大時(shí)體積也大，在小型電子設(shè)備中很少采用電感濾波方 式。 圖 36 橋式整流電容濾波電路 三、復(fù)式濾波電路 復(fù)式濾波電路是用電容器、電感器和電阻器組成的濾波器，通常有 lc 型、lc 型、 rc 型幾種。它的濾波效果比單一使用電容或電感濾波要好得多，其應(yīng)用較為廣泛。 圖 38 所示是 lc 型濾波電路，它由電感濾波和電容濾波組成。脈動(dòng)電壓經(jīng)過(guò)雙重 濾波，交流分量大部分被電感器阻止，即使有小部分通

31、過(guò)電感器，再經(jīng)過(guò)電容濾波，這 樣負(fù)載上的交流分量也很小，便可達(dá)到濾除交流成分的目的。 圖 39 所示是 lc 型濾波電路，可看成是電容濾波和 lc 型濾波電路的組合，因此 濾波效果更好，在負(fù)載上的電壓更平滑。由于 lc 型濾波電路輸入端接有電容，在通電 瞬間因電容器充電會(huì)產(chǎn)生較大的充電電流，所以一般取 c1c2，以減小浪涌電流。 圖 38 lc 型濾波電路 圖 39 lc 型濾波電路 圖 310 所示是 rc 型濾波電路。在負(fù)載電流不大的情況下，為降低成本小體積， 減輕重量，選用電阻器 r 來(lái)代替電感器 l。一般 r 取幾十歐到幾百歐。當(dāng)使用一級(jí)復(fù)式 濾波達(dá)不到對(duì)輸出電壓的平滑性要求時(shí)，可以增

32、添級(jí)數(shù) 。如圖 311 所示。 圖 310 rc 型濾波電路 圖 311 多級(jí) rc 濾波電路 3. 直流穩(wěn)壓電源 由分立元件組成的直流穩(wěn)壓電路，需要外接不少元件，因而體積大，使用不便。集 成穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路，因 而具有體積小、使用方便、工作可靠等特點(diǎn)。 圖 37 單相橋式整流電感濾波電路 集成穩(wěn)壓器的種類(lèi)很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是三端式串 聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。其外形圖如圖 3-12 所示三端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共 端三個(gè)接線端子。 圖 3-12 集成穩(wěn)壓器 3.2 控制模塊電路分析與設(shè)計(jì) 3.2.1 控制模

33、塊電路分析 一、 二軸數(shù)控機(jī)床的控制要求 步進(jìn)電機(jī)選用三四相單極，單相最大驅(qū)動(dòng)電流為 2a，最大相電壓為 12v，其脈沖當(dāng)量 為 0.01mm/step，插補(bǔ)周期不超過(guò) 1ms； 主要用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的 x 向、y 向運(yùn)動(dòng)，直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)及實(shí) 現(xiàn)其它功能，同時(shí)可以用鍵盤(pán)輸入作為輔助控制； 能適時(shí)顯示工作臺(tái)的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)情況； 采用軟硬件進(jìn)行環(huán)形分配及鍵盤(pán)掃描。 二、控制電路中用到的主要硬件設(shè)備有：at89c52 單片機(jī)， 8155，74ls373,74ls138,l297,l298,8279，6264，鍵盤(pán)等 3.2.2 部分硬件簡(jiǎn)介 一 、at89c52 單片機(jī) at89c52

34、 是一種帶 8k 字節(jié)可重復(fù)擦寫(xiě)的 flashs 閃速存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 cmos8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲(chǔ)器組合 在單個(gè)芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供 了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 at89c52 圖 3-14 1主要特性： 與 mcs-51 兼容 16k 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000 寫(xiě)/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年 全靜態(tài)工作：0hz-24hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 256

35、*8 位內(nèi)部 ram 32 可編程 i/o 線 三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2 管腳說(shuō)明： vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門(mén)電流。當(dāng) p0 口 的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被 定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 fiash 編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng) fiash 進(jìn)行校 驗(yàn)時(shí)，p0 輸出原碼，此時(shí) p0 外部必須被拉高。 p1 口：p1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向

36、i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門(mén)電流。p1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為 低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，p1 口作為 第八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) ttl 門(mén)電流，當(dāng) p2 口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此 作為輸入時(shí)，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2 口當(dāng) 用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2 口輸出地址的高八位。

37、 在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控 制信號(hào)。 p3 口：p3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個(gè) ttl 門(mén)電 流。當(dāng) p3 口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下 拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口，如下所示： p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0）

38、 p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（記時(shí)器 0 外部輸入） p3.5 t1（記時(shí)器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 rst 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位 字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale 端以不變的頻率周 期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于 定時(shí)目

39、的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ale 脈沖。如想 禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時(shí)，ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指 令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止， 置位無(wú)效。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期 兩次/psen 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh） ，不管 是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/

40、ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當(dāng)/ea 端保持 高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 flash 編程期間，此引腳也用于施加 12v 編程電源 （vpp） 。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 3 振蕩器特性： xtal1 和 xtal2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi) 振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2 應(yīng)不接。 有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何 要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4 芯片擦除： 整個(gè) perom 陣

41、列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ale 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ) 字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，at89c51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件 可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu 停止工作。但 ram，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中 斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 ram 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片 功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 二 、8155 芯片 8155 芯片內(nèi)包含有 256 字節(jié) ram，2 個(gè) 8 位、1 個(gè) 6 位的可編程并行 i/o 口

42、，和 1 個(gè) 14 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。由于 8155 既具有 ram 又具有 i/o 口，因而是單片機(jī)系統(tǒng)中最常 用的外圍接口芯片之一。 1 引腳說(shuō)明 8155 共 40 個(gè)引腳，采用了雙列直插的封裝，主要引腳功能如下： ad7ad0：地址數(shù)據(jù)總線；單片機(jī)和 8155 之間的地址、數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信息都是通 過(guò)它來(lái)傳送的。 ce：片選信號(hào)線，低電平有效。 rd：存儲(chǔ)器讀信號(hào)線，低電平有效。 wr：存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)線，低電平有效。 ale：地址及片選信號(hào)鎖存信號(hào)線，高電平有效。在下降沿時(shí)將地址及片選信號(hào)鎖存到器 件中。 io/m：io 接口與存儲(chǔ)器選擇信號(hào)線，高電平選擇 i/o，低電平選擇存儲(chǔ)器。

43、pa7pa0：a 口輸出/輸入線。 pb7pb0：b 口輸出/輸入線。 pc5pc0：c 口輸出/輸入或控制信號(hào)線，用作控制信號(hào)時(shí)其功能如下： pc0：a intr（a 口中斷信號(hào)線） pc1：a bf（a 口緩沖器滿信號(hào)線） pc2：astb（a 口選通線） pc3：b intr（b 口中斷信號(hào)線） 圖 3-15 8155 引腳與邏輯圖 pc4：b bf（b 口緩沖器滿信號(hào)線） pc5：bstb（b 口選通線） tm1 tm2 ieb ieapc2pc1papb a口方式 b口方式 b口 a口 計(jì)數(shù)器 方式 00:空操作 01:停止計(jì)數(shù) 10:計(jì)滿后停止 11:開(kāi)始計(jì)數(shù) 0:輸入 1:輸出

44、0:禁止中斷 1:允許中斷 00 11 01 10 方式1:a、b口基本i/o；c口輸 入 方式2:a、b口基本i/o；c口輸 出 方式3:a口選通i/o；b口基本i/o 方式4:a、b口選通i/o 表 3-2 地址與寄存器映射 ad7ad0 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 寄存器 0 0 0 命令/狀態(tài)寄存器（命令狀態(tài) 口） 0 0 1 a 口（pa7pa0） 0 1 0 b 口（pb7pb0） 1 0 0 c 口（pc7pc0） 1 0 0 定時(shí)器低 8 位 1 0 1 定時(shí)器高 6 位和 2 位計(jì)數(shù)器 方式位 timer in：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入端； timer out：

45、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸出端； reset：復(fù)位信號(hào)線。 8155 引腳與邏輯如圖 3-15 所示。 當(dāng) io/m=0（低電平時(shí)） ，表示 ad7ad0 輸入的是存儲(chǔ)器地址，尋址范圍為 00ffh； 當(dāng) io/m=1（高電平時(shí)） ，表示 ad7ad0 輸入的是 i/o 接口地址，其編碼如表 3-2 所示。 圖 3-16 8155 工作控制字 2 工作方式 8155 有一個(gè)控制命令寄存器和一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志寄存器。8155 的工作方式由 cpu 寫(xiě)入控制命 令寄存器中的控制字來(lái)確定。8155 工作方式控制字只能寫(xiě)入，不能讀出，格式如圖 3-16 8155 的狀態(tài)標(biāo)志寄存器用來(lái)存放 a 口和 b 口的狀態(tài)標(biāo)志。

46、狀態(tài)標(biāo)志寄存器的地址與命令 寄存器的地址相同，只能讀出不能寫(xiě)入，格式如下表 3-3 所示： 表 3-3 8155 的狀態(tài)標(biāo)志寄存器 d7d6d5d4d3d2d1d0 xtimerinte bb bfintr binte aa bf intr a intr：中斷請(qǐng)求； inte：端口中斷允許； bf：緩沖器滿標(biāo)志； timer：定時(shí)中斷； 3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 8155 還具有一個(gè) 14 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，如表 3-4 為方式控制字： 表 3-4 方式控制字 04h： t7t6t5t4t3t2t1t0 05h： m2m1t13t12t11t10t9t8 t13t0：計(jì)數(shù)長(zhǎng)度；m2、m1：定時(shí)器方

47、式。 8155 的定時(shí)器為 14 位的減法計(jì)數(shù)器，可以對(duì)輸入脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，定時(shí)器由 t13t0 設(shè)定時(shí)器時(shí)間長(zhǎng)度，m2、m1 設(shè)定輸出方式，如表 3-5 表 3-5 m2、m1 設(shè)定輸出方式 m2m1方式 00單方波 01連續(xù)方波 10單脈沖 11連續(xù)脈沖 方式 1 方式 1 是一種選通輸入輸出方式。它把 a 口和 b 口用作數(shù)據(jù)傳送，c 口的部分引 腳作為固定的專用應(yīng)答信號(hào)，a 口和 b 口可以通過(guò)方式控制字來(lái)設(shè)置方式 1。這種方式多 用于查詢傳送和中斷傳送。 方式 2 方式 2 是一種雙向選通輸入輸出方式。它利用 a 口為雙向輸入輸出口，c 口的 pc3pc7 作為專用應(yīng)答線。方式 2

48、 只用于端口 a，在方式 2 下，外設(shè)可以通過(guò)端口 a 的 8 位數(shù)據(jù)線，向 cpu 發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以從 cpu 接收數(shù)據(jù)。 當(dāng) 8155 接收到寫(xiě)入控制端口的控制字時(shí)，首先測(cè)試控制字的最高位，如為 1，則是方式 選擇控制字；如為 0，則不是方式選擇控制字，而是對(duì)端口 c 置 1置 0 控制字，這是由 于端口 c 的每一位可作為控制位來(lái)使用。 在 8155 鎖存，8155 相關(guān)的地址可以作如下設(shè)定： ram 字節(jié)地址： 7e00h7effh； i/o 地址： 命令狀態(tài)口：7f00h pa 口：7f01h； pb 口：7f02h； pc 口：7f03h； 定時(shí)器低 8 位：7f04h 定時(shí)器高

49、8 位：7f05h； 三 、74ls373 單片機(jī)系統(tǒng)中常用的地址鎖存器芯片 74ls373 以及 coms 的 74hc373 是帶三態(tài)緩沖輸 出的 8d 觸發(fā)器，其引腳圖與結(jié)構(gòu)原理圖、電路連接圖如下： 圖 3-18 74ls373 引腳圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖電路連接圖 表 3-6 74ls373 功能表 eg功能 00直通 qi = di 01保持（qi 保持不變） 1x輸出高阻 e g d q l h h h l h l l l l x q 上表是 74ls373 的真值表，表中： l低電平； h高電平； x不定態(tài)； q0建立穩(wěn)態(tài)前 q 的電平； g輸入端，與 8051ale 連高電平：暢通無(wú)

50、阻低電平：關(guān)門(mén)鎖存。圖中 oe使能 端，接地。當(dāng) g=“1”時(shí)，74ls373 輸出端 1q8q 與輸入端 1d8d 相同；當(dāng) g 為下降沿 時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 (1).1 腳是輸出使能(oe),是低電平有效,當(dāng) 1 腳是高電平時(shí),不管輸入 3、4、7、8、13、14、17、18 如何,也不管 11 腳(鎖存控制端,g)如何,輸出 2(q0)、5(q1)、 6(q2)、9(q3)、12(q4)、15(q5)、16(q6)、19(q7)全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài)(或者叫浮空狀態(tài)); (2).當(dāng) 1 腳是低電平時(shí),只要 11 腳(鎖存控制端,g)上出現(xiàn)一個(gè)下降沿,輸出 2(q0)、5(q1)、 6(q2)

51、、9(q3)、12(q4)、15(q5)、16(q6)、19(q7)立即呈現(xiàn)輸入腳 3、4、7、8、13、14、17、18 的狀態(tài). 鎖存端 le 由高變低時(shí)，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 le 端再次有效。 當(dāng)三態(tài)門(mén)使 能信號(hào) oe 為低電平時(shí)，三態(tài)門(mén)導(dǎo)通，允許 q0q7 輸出，oe 為高電平時(shí)，輸出懸空。當(dāng) 74ls373 用作地址鎖存器時(shí)，應(yīng)使 oe 為低電平，此時(shí)鎖存使能端 c 為高電平時(shí)，輸出 q0q7 狀態(tài)與輸入端 d1d7 狀態(tài)相同；當(dāng) c 發(fā)生負(fù)的跳變時(shí)，輸入端 d0d7 數(shù)據(jù)鎖入 q0q7。51 單片機(jī)的 ale 信號(hào)可以直接與 74ls373 的 c 連接。 74ls37

52、3 與單片機(jī)接口：1d8d 為 8 個(gè)輸入端；1q8q 為 8 個(gè)輸出端。 g 是數(shù)據(jù)鎖存控制端；當(dāng) g=1 時(shí)，鎖存器輸出端同輸入端；當(dāng) g 由“1”變?yōu)椤?”時(shí)， 數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。 oe 為輸出允許端；當(dāng) oe=“0”時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)；當(dāng) oe=“1”時(shí)，三態(tài)門(mén)關(guān)閉，輸出呈 高阻狀態(tài)。 在 mcs-51 單片機(jī)系統(tǒng)中，常采用 74ls373 作為地址鎖存器使用，其連接方法如上 圖所示。其中輸入端 1d8d 接至單片機(jī)的 p0 口，輸出端提供的是低 8 位地址，g 端接 至單片機(jī)的地址鎖存允許信號(hào) ale。輸出允許端 oe 接地，表示輸出三態(tài)門(mén)一直打開(kāi)。 四、8729 1 8279 的引腳和

53、功能 8279 采用 40 引腳雙列直插封裝，其引腳排列及功能分別如圖 3-21（a） 、 （b）所示。 其引腳功能如下： d0d7：數(shù)據(jù)總線，雙向三態(tài)總線。 clk：系統(tǒng)時(shí)鐘輸入端。 (a) (a) (a) 引腳排列圖； (b) 引腳功能圖 圖 3-21 8279 引腳及功能 reset：系統(tǒng)復(fù)位輸入端，高電平有效。復(fù)位狀態(tài)為：16 個(gè)字符顯示；編碼掃描鍵盤(pán)： 雙鍵鎖定；程序時(shí)鐘編程為 31。 cs ：片選輸入端，低電平有效。 a0：數(shù)據(jù)選擇輸入端。a0=1 時(shí)，cpu 寫(xiě)入數(shù)據(jù)為命令字，讀出狀態(tài)字為狀態(tài)字；a0=0 時(shí)，cpu 讀、寫(xiě)均為數(shù)據(jù)。 rd 、wr ：讀、寫(xiě)信號(hào)輸入端，低電平有效

54、。 irq：中斷請(qǐng)求輸出端，高電平有效。 sl0sl3：掃描輸出端，用于掃描鍵盤(pán)和顯示器。可編程設(shè)定為編碼（4 中選 1）或譯碼 輸出（16 選 1） 。 rl0rl7：回復(fù)線，它們是鍵盤(pán)或傳感器的列信號(hào)輸入端。 shift：移位信號(hào)輸入端，高電平有效。它是 8279 鍵盤(pán)數(shù)據(jù)的次高位（d6） ，通常用作 鍵盤(pán)上、下檔功能鍵。在傳感器和選通方式中，shift 無(wú)效。 cntl/stb：控制/選通輸入端，高電平有效。在鍵盤(pán)工作方式時(shí)，它是鍵盤(pán)數(shù)據(jù)的最高 位，通常用作控制鍵。在選通輸入方式時(shí)，它的上升沿可把來(lái)自 rl0rl7 的數(shù)據(jù)存入 fifo/傳感器 ram 中。在傳感器方式時(shí)，它無(wú)效。 ou

55、ta0outa3：a 組顯示信號(hào)輸出端。 outb0outb3：b 組顯示信號(hào)輸出端。 bd：顯示熄滅輸出端，低電平有效。它在數(shù)字切換顯示或使用熄滅命令時(shí)關(guān)顯示。 2. 8279 的工作方式 8279 工作方式的確定是通過(guò) cpu 對(duì) 8279 送入命令字實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)數(shù)據(jù)選擇端 a0 置 8279 irq d0d7 rd wr cs a0 reset clk rl0rl7 shift cntl/stb sl0sl3 outa0 outa3 outb0 outb3 bd 4 4 4 8 rl2 rl3 clk irq rl4 rl5 rl6 rl7 reset rd w r d0 d1 d2 a

56、0 cs bd outa 3 outa 2 outa 1 outa 0 outb3 8279 d3 d4 d5 d6 d7 gnd outb2 outb1 outb0 sl0 sl1 sl2 sl3 shift cntl/stb rl0 rl1 vcc cpu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 (b) “1”時(shí)，cpu 對(duì) 8279 寫(xiě)入的數(shù)據(jù)為命令字，讀出的數(shù)據(jù)為狀態(tài)字。在敘述命令字、狀態(tài) 字前，先說(shuō)明 82

57、79 的幾種工作方式。 1) 鍵盤(pán)的工作方式 通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)/顯示方式命令字的設(shè)置，可置為雙鍵互鎖方式和 n 鍵巡回方式。 雙鍵鎖定是為兩鍵同時(shí)按下提供的保護(hù)方法。若有兩鍵或多個(gè)鍵同時(shí)按下，則無(wú)論這 些鍵是以什么次序按下的，它只識(shí)別最后一個(gè)釋放的鍵，把該鍵值送入 fifo/傳感器 ram 中。 n 鍵巡回是為 n 個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí)提供的保護(hù)方法。若有多個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí)，鍵盤(pán)掃 描能按按鍵先后順序依次將鍵值送入 fifo/傳感器 ram 中。 2) 顯示器工作方式 通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)/顯示方式命令字和寫(xiě)顯示 ram 命令字的設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)入顯示緩沖 器時(shí)可置為左端送入和右端送入兩種方式。左端送入為依次填入方式

58、，右端送入為移位 方式。 3. 8279 與單片機(jī)、鍵盤(pán)/顯示器的接口 8279 是一種功能較強(qiáng)的鍵盤(pán)/顯示接口電路，可直接與 intel 公司的各個(gè)系列的單片機(jī) 接口，可以外接多種規(guī)格的鍵盤(pán)和顯示器。圖 3-22 是 8051 與 8279 的一般接口框圖。圖 中，8279 外接 88 鍵盤(pán)，16 位顯示器，由 sl0sl2 譯出鍵掃描線，由 4-16 譯碼器對(duì) sl0sl3 譯出顯示器的位掃描線。在實(shí)際應(yīng)用中，鍵盤(pán)的大小和顯示器的位數(shù)可以根據(jù) 具體需要而定。 圖 3-22 8051 與 8279 的一般接口框圖 4.8279 的應(yīng)用 利用鍵盤(pán)、顯示專用芯片 8279 能夠以較簡(jiǎn)單的硬件電路

59、和較少的軟件開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)單片 機(jī)與鍵盤(pán)、led 顯示器的接口。 采用 8279 與 8051 接口，在 cpu 對(duì) 8279 進(jìn)行初始化后，只需向 8279 傳輸待顯示數(shù) 據(jù)（送數(shù)） ，再就是在 8279 鍵盤(pán)中斷申請(qǐng)發(fā)出后，取鍵盤(pán)數(shù)據(jù)識(shí)別按鍵（取數(shù)） ，即可實(shí) 現(xiàn)按鍵識(shí)別和動(dòng)態(tài)顯示。至于要花費(fèi) cpu 大量時(shí)間的鍵盤(pán)掃描程序和動(dòng)態(tài)顯示程序，全 outa0outa3 rl0rl7 3-8 88 sl0sl3 bd vcc vss 16 4-16 1 8 8 16 16 43 8 sl0ls2sl0ls3 8 5 v 8279 int11 p0 20 f 5 v wr rd p2.7 p2.0 al

60、e 8031 8 int outb0outb3 d0d7 wr rd cs a0 clk reset shtrl cntl 由 8279 硬件自動(dòng)完成。 ，cpu 再也不必像實(shí)訓(xùn) 7 那樣不斷調(diào)用動(dòng)態(tài)顯示子程序，不斷查 詢是否有按鍵按下，大大提高了 cpu 的工作效率。 五、l297 l297 是意大利半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器，它能控制 4 相信號(hào)，可用于 計(jì)算機(jī)控制的兩相兩極和四相單極步進(jìn)電機(jī)，能夠用單四拍雙四拍四相八拍方式控 制步進(jìn)電機(jī)。芯片內(nèi)的斬波器電路可在開(kāi)關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電流。 該集成電路采用了公司的模擬數(shù)字兼容的技術(shù)，使用的電源電壓，全部 信號(hào)的連接都與 tt