數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)專 業(yè)：班級(jí)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：起迄日期：工程實(shí)踐中心設(shè)計(jì)地點(diǎn)：Graduation Design (Thesis)Control System Hardware Circuit Design of NumericalControl Thred LatheByCHEN KaiSupervised byAssociate Prof. HUA MaofaSchool of Automati onNanjing In stitute of Tech no logyJu ne, 2008南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)

2、計(jì)（論文） 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要本文詳細(xì)地介紹了數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)過程。該控制系統(tǒng)主要可分為六部分：CPU時(shí)鐘及復(fù)位電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、手動(dòng)鍵盤和編輯 鍵盤電路、I/O擴(kuò)展電路、顯示電路以及譯碼電路。控制系統(tǒng)選用 MCS-51系列 的8031作為主CPU;在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)中，選用27256芯片外擴(kuò)了 32K的 程序存儲(chǔ)器和6264芯片外擴(kuò)了 8K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，分別用于存放系統(tǒng)管理程序、 數(shù)控加工程序以及運(yùn)算數(shù)據(jù)；在手動(dòng)鍵盤和編輯鍵盤設(shè)計(jì)中選用 8155芯片的PA 口和PC口作為行、列母線，擴(kuò)展了矩陣式編輯鍵盤，用于程序和數(shù)據(jù)的輸入或 編輯，同

3、時(shí)選用8031單片機(jī)的P1 口擴(kuò)展了手動(dòng)鍵盤，用于系統(tǒng)啟動(dòng)、停止以及 運(yùn)動(dòng)部件在X、Z軸方向的手動(dòng)控制；在I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)中選用8255芯片 擴(kuò)展了輸入輸出口，用于接收和傳送開關(guān)量及相關(guān)信息；在顯示電路設(shè)計(jì)中，選 用MCS-51系列的89C2051單片機(jī)作為從CPU，控制三排LED顯示器，用于X 軸、Z軸動(dòng)態(tài)坐標(biāo)以及相關(guān)數(shù)字的動(dòng)態(tài)顯示； 此外選用74LS138譯碼器設(shè)計(jì)了相 關(guān)芯片的片選信號(hào)譯碼電路。綜上所述，該設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單、開發(fā)成本低、可靠性高，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步 完善硬件，并開發(fā)控制軟件，對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床，尤其是功能要求不高的經(jīng) 濟(jì)型螺紋車床，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：數(shù)控螺紋

4、車床；控制系統(tǒng)；電路設(shè)計(jì)ABSTRACTThis paper in troduced the desig n process of the con trol system hardware circuit of numerical control thred lather in detail. The control system hardware circuit mainly includes six parts: CPU clock and reset circuit, memory expander, manual keyboard and editor keyboard circuit

5、, I/O expander, display circuit as well as decoding circuit. The control system chose the 8031 si nglechip of the MCS-51 series to be mai n CPU In the desig n of memory expa nder, the chip of 27256 expa nding program memory of 32K and the chip of 6264 expending the data-carrier storage of 8K outside

6、, used for deposit ing the system adm ini strati on procedure and CNC process program as well as operational datas respectively; The PA export and PC export of 8155 are used to expa nd the matrix editor keyboard circuit for in putt ing or edit ing the program and data, The P1 export of 8031 sin glec

7、hip is used to expe nd the manual keyboard for starting and stopping system and moving the directional part in X or Z orientation; The chip of 8255 is chosen as I/O expander for receiving or transmitting information of on-off and related message. 892051 singlechip of the MCS-51series is chosen to co

8、ntrol the three rows of LED monitor to display, used for showing the size of coord in ates of X axis and Z axis and the related nu mber of function word; In additi on, the chip of 74LS164 is used to desig n decodi ng circuit for sig nal-elect ion of related chips.Total to say, the circuit is simple,

9、 the development cost is low, the reliability of system is high, in this foun dati on, further con summates the hardware, and develop the control software, then the design has the actual application value for economy nu merical con trol thred lather, especially for those of which the dema nd of fun

10、cti on isn high.Key words： Numerical Con trol Thred Lathe; Con trol System; Circuit Desig n目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第一章緒論1. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.1引言1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2 選題背景與意義 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Doc

11、ument 1.3研究現(xiàn)狀21.4本文的結(jié)構(gòu)3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第二章數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案的擬定 4 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2.1控制對(duì)象及要求4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.2總體控制方案的擬定42.2.1主CPU的選用 42.2.2外擴(kuò)存儲(chǔ)器的確定52.2.3顯示電路的確定52.2.4擴(kuò)展鍵盤及I/O 口電路的確定 62.2.5總體方案的結(jié)構(gòu)框圖6 HYPERLINK l bookmar

12、k28 o Current Document 第三章數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 7 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.1 CPU時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì) 73.1.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)73.1.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.2存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)83.2.1程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 83.2.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 10 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 3.3手動(dòng)鍵盤和編輯鍵盤電路設(shè)計(jì) 143.3.1手動(dòng)鍵盤電路設(shè)計(jì) 14

13、3.3.2工作方式選擇開關(guān)電路設(shè)計(jì) 153.3.3編輯鍵盤電路設(shè)計(jì) 16 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 3.4 I/O接口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 20 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 3.5顯示電路設(shè)計(jì)243.5.1數(shù)字動(dòng)態(tài)顯示電路設(shè)計(jì) 243.5.2功能顯示電路設(shè)計(jì)27 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 3.6步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì)31 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 3.7譯碼電路設(shè)計(jì)32

14、3.7.1擴(kuò)展芯片選擇譯碼電路設(shè)計(jì) 323.7.2顯示位選擇譯碼電路設(shè)計(jì) 34 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 第四章 控制系統(tǒng)原理圖及PCB圖的繪制 35 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 4.1控制系統(tǒng)電路原理圖的繪制方法及步驟 35 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 4.2控制系統(tǒng)電路PCB圖的繪制方法及步驟 37 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 第五章結(jié)論39 HYPERLINK l

15、bookmark65 o Current Document 5.1論文總結(jié)39 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 5.2感想40致謝41. HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 參考文獻(xiàn)42附錄A:英文資料43附錄B:英文資料翻譯58附錄C:硬件設(shè)計(jì)原理圖與PCB圖 72附件：畢業(yè)論文光盤資料南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章緒論1.1引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜。產(chǎn)品的精度要求越來越高、 更新?lián)Q代的周期也越來越短，從而促進(jìn)

16、了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。尤其是宇航、軍工、 造船、汽車和模具加工等行業(yè)，用普通機(jī)床進(jìn)行加工（精度低、效率低、勞動(dòng)度 大）已無法滿足生產(chǎn)要求。1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人 類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造 的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定 了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，從而一種新型的 用數(shù)字程序控制的機(jī)床（數(shù)控機(jī)床）應(yīng)運(yùn)而生。 這種機(jī)床是一種綜合運(yùn)用了計(jì)算 機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量和機(jī)械設(shè)計(jì)等新技術(shù)的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品，是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的自動(dòng)化機(jī)床。從20世

17、紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利 于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成 為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。 機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的大量需求以 及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

18、范圍還在不斷擴(kuò)大， 并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。隨著社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代制造工業(yè)也在急 速的取代換新，而效率,經(jīng)濟(jì)便是其中的主流之一。由于數(shù)控機(jī)床不斷采納科學(xué)技 術(shù)發(fā)展中的各種新技術(shù)，使得其功能日趨完善并且大大提高了生產(chǎn)效益，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的地位也顯得越來越重要， 數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā) 展的必然趨勢(shì)。1.2選題背景與意義我國(guó)數(shù)控螺紋車床的發(fā)展主要建立在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，通過近幾年的發(fā) 展，我國(guó)目前生產(chǎn)的數(shù)控螺紋車床主要分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床、中檔型數(shù)控螺紋車床和高檔型數(shù)控螺紋車床三種檔次，其中經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床約占總產(chǎn)量的 90%。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床，價(jià)格低廉，設(shè)備費(fèi)用投

19、入較少，經(jīng)濟(jì)效益較高，可 以廣泛地滿足企業(yè)發(fā)展初期的需要， 特別是受到民營(yíng)經(jīng)濟(jì)企業(yè)的歡迎， 數(shù)控螺紋 車床主要特點(diǎn)有：1） 價(jià)格低廉，性價(jià)比適中，大約是同等配置帶伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的1/4或更 低。它特別適合于普通螺紋機(jī)床的改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。2）適合于多品種、中小批量螺紋的自動(dòng)化生產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)性強(qiáng)，在普 通螺紋機(jī)床上加工的產(chǎn)品大都可以在數(shù)控螺紋車床上加工。加工不同螺紋零件， 只需改變加工工序，并且能很快適應(yīng)和達(dá)到批量生產(chǎn)。3）提高螺紋的質(zhì)量，降低廢品損失。數(shù)控裝置有較高的加工精度，加工出 的產(chǎn)品尺寸一致性好、合格率高。4）能解決復(fù)雜零件的加工精度控制問題。5）節(jié)約大量工裝費(fèi)用，

20、降低生產(chǎn)成本。手工操作需要大量不同類型的靠模和成形刀具，用數(shù)控螺紋車床加工可以少用工裝，不僅節(jié)約了工裝費(fèi)用，還減輕了工具制造部門的壓力。6）提高工人素質(zhì)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)擴(kuò)大了工人的視野，帶動(dòng)了學(xué)習(xí)微電子技術(shù)的熱潮，為工人由“體力型”向“智力型”過渡創(chuàng)造了條件， 促進(jìn)了工廠的技術(shù)進(jìn)步。7）增強(qiáng)了企業(yè)應(yīng)變能力，為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力創(chuàng)造了條件。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì) 型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造后，提高了加工精度和批量生產(chǎn)的能力， 同時(shí)又保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對(duì)螺紋產(chǎn)品更新?lián)Q代所 需要的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)控螺紋車床被很多生產(chǎn)螺紋的中小企業(yè)

21、看好。由于我國(guó)步入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不久，一般國(guó)有螺紋制造企業(yè)正處于在改革和調(diào)整的時(shí)期，資金 嚴(yán)重不足；生產(chǎn)螺紋的民營(yíng)企業(yè)剛剛成長(zhǎng)，同樣資金也非常緊張，不可能付出大量資金購買高檔次數(shù)控設(shè)備。而大量的機(jī)械零件需要高速加工制造，需要大量便 宜且自動(dòng)化程度很高的設(shè)備。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)在某種意義上可以裝備 這個(gè)檔次的設(shè)備，作為中高檔數(shù)控螺紋車床的替補(bǔ)和填充， 因此它仍有存在的空 間和時(shí)間，有它在一定時(shí)期存在的必要性。1.3研究現(xiàn)狀目前國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與國(guó)際先進(jìn)水平的差距在逐漸縮小。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了十年跌宕起伏，已經(jīng)由成長(zhǎng)期進(jìn)入了成熟期，可提供市場(chǎng)各種數(shù)控機(jī)床， 產(chǎn)品種類可與日、德、意、美等國(guó)并駕齊驅(qū)

22、。在某些領(lǐng)域部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界 先進(jìn)水平。隨著國(guó)內(nèi)數(shù)控廠家的增加，眾多的應(yīng)用廣泛的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。國(guó) 內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)在高中、低擋領(lǐng)域均有涉及， 且在國(guó)內(nèi)制造業(yè)應(yīng)用廣泛，并且正向納 米級(jí)精度、高可靠性、進(jìn)給高速的數(shù)控領(lǐng)域進(jìn)軍?！笆濉逼陂g國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床發(fā)展很快。從技術(shù)上看，數(shù)控車床技術(shù)比較成熟，通過技術(shù)引進(jìn)和合作生產(chǎn)、消化 吸收和自主創(chuàng)新，我國(guó)已掌握了數(shù)控車床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。從產(chǎn)品水平上看，我國(guó)已能自行開發(fā)設(shè)計(jì)各種低中高檔數(shù)控車床。 從品種上看，我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控車床 品種比較齊全，每年都有數(shù)控車床新品種， 可供各方面用戶選用。從生產(chǎn)規(guī)模上 看，國(guó)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床已形成規(guī)模生產(chǎn)。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中，我

23、國(guó)具有很大優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，在世界數(shù)控技術(shù)發(fā)展史上占有重要的一頁?，F(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是以單片機(jī)為控制核心，以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)，以開環(huán)控制方式為基礎(chǔ)，比起中高檔數(shù)控車床來說雖然定位精度相對(duì)較 低，加工精度較低，有一定的使用局限性，但是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床基本上能滿 足一般精度的加工要求，成本較低， 控制簡(jiǎn)單。所以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床受到很 多中小企業(yè)的親睞。但是，近年來國(guó)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床同樣受到國(guó)外跨國(guó)機(jī)床公司的產(chǎn)品和其在國(guó)內(nèi)合資企業(yè)和獨(dú)資企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品雙重挑戰(zhàn)，在產(chǎn)品技術(shù)、月產(chǎn)量、規(guī)模上都不及外國(guó)公司和合資企業(yè)。因而，當(dāng)前要加速經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床產(chǎn)業(yè)化程度，通過制造技術(shù)

24、和管理技術(shù)的提升，提高國(guó)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的性價(jià)比和質(zhì)量穩(wěn)定 性，縮短交貨期，爭(zhēng)取更多的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額。在這樣的大環(huán)境下，生產(chǎn)數(shù)控車床 的企業(yè)適時(shí)增加經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的功能，降低價(jià)格，使得性價(jià)比更高，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。采取多種措施，積極開發(fā)已試制成功的中高檔數(shù)控車床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，突破一點(diǎn)，在用戶生產(chǎn)使用中不斷改進(jìn)和完善，以點(diǎn)帶面，逐步取得用戶認(rèn)可。這 樣才能使我國(guó)數(shù)控車床的性價(jià)比越來越高，總體水平與國(guó)外先進(jìn)水平越來越近， 受到更多經(jīng)濟(jì)型企業(yè)的擁護(hù)。1.4本文的結(jié)構(gòu)本文以數(shù)控螺紋車床的研發(fā)工程項(xiàng)目作為應(yīng)用背景， 對(duì)數(shù)控螺紋車床控制系 統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了研究。全文共分為五章，各章的主要內(nèi)容如下：第一章扼要地介

25、紹了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床特點(diǎn)、研究意義與相關(guān)研究背景； 第二章對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行了研究，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，給出了總體設(shè)計(jì)方案； 第三章具體給出了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)過程，包括CPU時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)、手動(dòng)鍵盤和編輯鍵盤電路設(shè) 計(jì)、I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)、顯示電路設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì)以及 譯碼電路設(shè)計(jì)等；第四章對(duì)繪制控制系統(tǒng)的電路原理圖及 PCB圖作簡(jiǎn)單介紹；第五章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進(jìn)一步研究的方向。第二章 數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案的擬定2.1控制對(duì)象及要求此次設(shè)計(jì)對(duì)象為數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路，采用 8031單片

26、機(jī)作為主 CPU,外擴(kuò)32K程序存儲(chǔ)器和8K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；采用89C2051作從CPU，控制三排 LED顯示；采用8155擴(kuò)展鍵盤；需控制X軸和Z軸；采用8255擴(kuò)展若干輸入輸出 口，用于開關(guān)量及相關(guān)信息的輸入輸出。2.2總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件， 軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路可靠性直接影響數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。機(jī)床硬件電路由以下五部分組成：1）主控制器，即中央處理單元（CPU）；2）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；3）存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；4）接口，即I/O輸入輸出接口電路；5）外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。主C

27、PU的選用在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下因素：1）時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度；2）可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量；3）指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性；4）I/O 口擴(kuò)展的能力，即對(duì)外設(shè)控制的能力；5）開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路。目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，一般選用 MCS-51系列單片機(jī)作為主控制器。MCS-51系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品：8031、8051和8751。三種型號(hào)的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少數(shù)差異。8031片內(nèi)無ROM，可在現(xiàn)場(chǎng)修改和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)合，其價(jià)格低，使用靈活，非常適合在我國(guó)使用。 根據(jù)機(jī)床要求，采用8位機(jī)。由于MCS-51系列單

28、片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn) 單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，MCS-51系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片8031 外擴(kuò)一片EPROM就能滿足功能的要求，對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，可以利用MCS-51 的擴(kuò)展功能，構(gòu)成功能強(qiáng)、規(guī)模較大的系統(tǒng)。所以選用8031單片機(jī)。其次，設(shè)計(jì)要求也是要求用8031。由此可見選用8031是符合數(shù)控螺紋車床電路設(shè)計(jì)的。此次設(shè)計(jì)使用的是8031芯片。2.2.2外擴(kuò)存儲(chǔ)器的確定8031單片機(jī)片內(nèi)只有128個(gè)字節(jié)的RAM，需要外擴(kuò)存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器擴(kuò)展電 路設(shè)計(jì)應(yīng)該包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，有三種 ROM可供選擇，一種是掩膜 ROM，一 種是可編程 ROM

29、（ PROM）,還有一種是紫外線可擦除 ROM （EPROM）,現(xiàn)在 多用的是EPROM,在選擇EPROM時(shí)要考慮CPU和EPROM時(shí)序的匹配，還應(yīng) 考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量等問題。根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 需要外擴(kuò) 32K程序存儲(chǔ)器，所以選擇27256芯片。在選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片時(shí)，常采用半導(dǎo)體靜態(tài)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM電路。 常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài) RAM（ SRAM）和動(dòng)態(tài)RAM（ DRAM）兩類。DRAM 一般用于存儲(chǔ)容量較大的系統(tǒng)中，而且DRAM需要刷新邏輯電路以保持?jǐn)?shù)據(jù)信息的不丟失，電路設(shè)計(jì)較復(fù)雜。雖然DRAM芯片具有容量大、功率低、 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但它極易受干擾，對(duì)外界環(huán)

30、境、工藝結(jié)構(gòu)、控制邏輯和 電源質(zhì)量等的要求都很高。同時(shí)與DRAM相比，SRAM無須考慮保持?jǐn)?shù)據(jù)而設(shè)置的刷新電路，故擴(kuò)展電路較簡(jiǎn)單。因此，此次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)選用 SRAM。在8031單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，最常用的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM芯片有6116 （2KX 8 ）和6264 （8KX 8）兩種。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要外擴(kuò)8K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以選擇6264芯片。在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中還應(yīng)包括地址瑣存器電路和譯碼電路的設(shè)計(jì)。2.2.3顯示電路的確定顯示電路需要實(shí)現(xiàn)三排LED動(dòng)態(tài)顯示，用以顯示X軸、Z軸動(dòng)態(tài)坐標(biāo)以及 相關(guān)的數(shù)字，這就需要一個(gè)從CPU,從CPU主要是按照中央CPU送來的顯示命 令和顯示內(nèi)容，組成

31、相應(yīng)的顯示信息，負(fù)責(zé)產(chǎn)生顯示器所需要的掃描信號(hào)， 控制 顯示器按規(guī)定的顯示方式顯示有關(guān)信息。 89C2051將多功能的8位CPU與 FPEROM結(jié)合在同一片芯片上，高度靈活且價(jià)格適宜。此次設(shè)計(jì)選用 89C2051 作顯示CPU，控制顯示器顯示。顯示器的種類多種多樣，有 CRT顯示器、LED顯示器、LCD顯示器、輝光 顯示器、熒光顯示器及投影顯示器等等。在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，常用CRT和LED以及LCD顯示器，這三種顯示器可顯示數(shù)字、字符、及各種信息狀態(tài)?，F(xiàn)在比 較流行的是LCD顯示器，它雖然優(yōu)點(diǎn)很多，但它多用于大信息量、高密度、快 速變換、長(zhǎng)時(shí)間觀察的地方，如果用在數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路中，

32、 會(huì)造 成資源浪費(fèi)。在所有的顯示器中，LED由于功耗較少、亮度較強(qiáng)、控制簡(jiǎn)單可 靠，且價(jià)格很低，在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和各種儀器儀表中廣泛使用。此次設(shè)計(jì)選用的顯示器就是LED顯示器。數(shù)控螺紋車床需要三排顯示，即X軸坐標(biāo)、Z軸坐標(biāo)、 功能字及其后的相關(guān)數(shù)字。顯示數(shù)字用8段數(shù)碼管，功能字是字母，所以顯示功能字需要用16段“米”字?jǐn)?shù)碼管。由于要實(shí)現(xiàn)數(shù)字的三排顯示，需要使用74LS164 移位寄存器來實(shí)現(xiàn)移位的功能，顯示功能字時(shí)，需要使用74LS273鎖存器來實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示。考慮到89C2015的管腳過少，加入一個(gè)74LS138譯碼器進(jìn)行位選 譯碼。2.2.4 擴(kuò)展鍵盤及I/O 口電路的確定擴(kuò)展鍵盤及I/O 口

33、電路的確定應(yīng)包括接口芯片的選用、步進(jìn)電機(jī)控制電路、 鍵盤顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，按鍵開關(guān)、波段開關(guān)和鍵盤作為人機(jī)聯(lián)系的手段不可 缺少。8031的P1 口可作為信號(hào)輸入口，主要包括手動(dòng)X軸、Z軸正反轉(zhuǎn)、超程、 啟動(dòng)、停止、螺紋脈沖以及螺紋零脈沖信號(hào)輸入。8155作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的可編程I/O接口得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來說，用8155作為鍵盤的接口，無需再專門增加芯片，所以此次設(shè)計(jì)編輯鍵盤用8155控制。8255A是一種通用的可編程并行接口電路，在單片機(jī)系統(tǒng)中被廣泛用作可編 程外部I/O擴(kuò)展接口。同時(shí)它與8031單片機(jī)連接方式簡(jiǎn)單，所以此次設(shè)計(jì)選用 825

34、5擴(kuò)展輸入輸出信號(hào)接口。2.2.5總體方案的結(jié)構(gòu)框圖總體方案的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖2.1總體方案結(jié)構(gòu)框圖第三章數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 CPU時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)采用In tel公司開發(fā)的 8031單片機(jī)作為主CPU，它是整個(gè) 控制系統(tǒng)電路的核心。8031芯片集 成度高、功能強(qiáng)，只需增加少量外 圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī) 系統(tǒng)。8031芯片具有40根引腳，其引 腳圖如圖3.1所示。I/O 口線：P0、 P1、P2、P3共四個(gè)8位口；控制 口線：PSEN （片外取指控制）、 ALE （地址鎖存控制）、EA （片 外存儲(chǔ)器選擇）、RESET （復(fù)位控 制）；電源及時(shí)鐘

35、：Vcc （接+5V電源）、Vss （接地）；XTAL1 和 XTAL2接外部晶體振蕩器。3.1.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)P1.0 匚 VCC140P1,1 匚239 PO.O (ADO)P1.2 匚338 P0.1 (AD1)P-1.3 匚437J P0.2 (AD2)P1.4L536 P0.3 (AD3)P1.5 匚635 P0.4 (AD4)P1.6L734 P0.5 (ADE)P1.7IZS33J P0.6 (AD6)RST匚932Zl PQ.7 (AD7)(RXD) P3.0 匚W31 EMfPP(TXD) P3/ 匚1130 ALE/PRUG(INTO) P3.2 匚1229 PSEN(IN

36、T1) P3.3L1328 P2.7 (A1B(TO) P3.4 匚1427 P2.6 (A14)(T1) P3.5 匚1526 P2.5 (A 13)(WR) P3.6 匚1625 P2.4 (A12(RD) P3.7 匚1724 P2.3 (A11)XTAL2 匚1B23 P2.2 (A1O)XTAL1 匚1922 P2.1 (A9)GND匚2021 P2.0 (AS)圖3.18031引腳圖單片機(jī)8031雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電 路。數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，在XTAL1、XTAL2引腳上外接晶振 丫1以及電容C3和C4構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振

37、蕩器 產(chǎn)生自激振蕩，如圖 3.2所示。電路中晶振 丫1取典型值10MHZ，相當(dāng)于 8031單片機(jī)的心臟，控制著工作節(jié)奏。電容C3、C4分別取值為30pF,它們使振蕩器起振并可對(duì)振蕩器的頻率起到微調(diào)作用。當(dāng)數(shù)控螺紋車床控制 系統(tǒng)加電以后約 10ms開始起振，XTAL2輸出3V左右的正弦波，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘送至 8031單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件 3.1.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)采用按鈕復(fù)位。在8031復(fù)位端RESET上接如圖3.2所示的電路, 當(dāng)上電或按動(dòng)按鈕S53,復(fù)位端RESET上出現(xiàn)高電平，保持10ms以上便能可靠 地實(shí)現(xiàn)復(fù)位，R1取30Q, R3取15KQ , C1取10療。同時(shí)，系統(tǒng)的急停開

38、關(guān)也接 在該復(fù)位端上，如圖3.2所示，只要按下急停按鈕 S9, INT0端出現(xiàn)低電平，利用8031的P3.2 口第二功能，實(shí)現(xiàn)外部中斷請(qǐng)求，同時(shí)，RESET端上出現(xiàn)高電平, 實(shí)現(xiàn)可靠復(fù)位。復(fù)位電路設(shè)計(jì)如圖 3.2所示。R8+54.7KC5R531115GND2+5S53GND181930pFC41415R130 QD21N4148D1q1N4148GNDjC1T-1015KtC2 -1 30pFC317VccVssP1.0P0.0P1.1P0.1P1.2P0.2P1.3P0.3P1.4P0.4P1.5P0.5P1.6P0.6P1.7P0.7INT0,P3.2P2.0INT1,P3.3P2.1P

39、2.2P2.3T0,P3.4P2.4T1,P3.5P2.5P2.6P2.7/EARESETXTAL2XTAL1RXD,P3.0TXD,P3.1/RD/ALE/WR/PESNU108401-2-3-4一5-612CJ393837363534333221232425262728101130c 2920圖3.2 8031時(shí)鐘及復(fù)位電路原理圖3.2存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8031芯片內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器，只有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址為00H FFH,因而再組成控制系統(tǒng)時(shí)可根據(jù)需要 存儲(chǔ)器。由于地址線是16位的，所以最多能 擴(kuò)展64KB程序存儲(chǔ)器和64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 其地址均為 0000H FFFFH，在數(shù)

40、控螺紋車 床控制系統(tǒng)硬件電路中，只需擴(kuò)展 32K的程 序存儲(chǔ)器和8K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，如第二章所 述，選用27256芯片作為32K的程序存儲(chǔ)器 擴(kuò)展，6264芯片作為8K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展。 3.2.1程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，擴(kuò)展容量為 32K， 大于256字節(jié)，因此EPROM片內(nèi)地址除了 由P0 口經(jīng)鎖存器提供8位地址線外，還需由 P2 口提供7位地址線。選用的27256芯片為擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)11121315161718192814AI圖27C25272560 引XA28 )南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11 #南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11

41、 28腳雙列直插式扁平封裝芯片，其引腳如圖3.3所示。27256與8031的連接圖如圖3.5所示。根據(jù)程序存儲(chǔ)器電路的連接，確定 27256的尋址范圍，見表3.1表3.1程序存儲(chǔ)器地址表地址線地址A15A14A13A12A11A1A000000000000H00000010001H00000100002HIII111111111111111111101111107FFEH01111117FFFH1.地址線的連接27256低8位地址線A0A7經(jīng)地址鎖存器與8031的P0 口相連；27256高 7位地址直接與8031的P2 口相連。由于8031的P0 口是分時(shí)輸出低8位地址和 數(shù)據(jù)，因此要外接地址

42、鎖存器，并與CPU發(fā)出的地址允許鎖存信號(hào) ALE的下降 沿將地址信息鎖存入地址鎖存器中。在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的地址鎖存器芯片是 74LS373,它是帶三態(tài)緩沖器輸出的8D觸發(fā)器，其引腳如圖3.4所示。它的輸 入輸出關(guān)系見表3.2。將0E接低電平，LE接ALE就能正常工作，則輸入端 Dn 為高電平時(shí)，輸出端Qn也為高電平，輸入為低時(shí)，輸出也為低，從而實(shí)現(xiàn)鎖存 功能，所以只要將8031的ALE信號(hào)與鎖存器74LS373芯片ALE端相連。單片 機(jī)的P2 口用作高地址線及片選地址線，由于P2 口輸出具有鎖存功能，因此不必 外加鎖存器。13141718DOQODIQiD2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q

43、6D7Q7LEOE圖3.4 74LS373引腳圖12151619OELEDnQnLHHHLHLLLLLLLLHHHXXZ表3.274LS373的功能表南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 數(shù)據(jù)線的連接存儲(chǔ)器的8位數(shù)據(jù)線DOD7是8根雙向數(shù)據(jù)線。讀或編程檢驗(yàn)時(shí)為數(shù)據(jù)輸 出線，編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入線。維持或編程禁止時(shí)，DO D7呈高阻抗。它與8031芯片的P0 口 P0.0- P0.7直接相連，單片機(jī)規(guī)定指令碼和數(shù)據(jù)都是由P0 口讀入，數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)腳相連即可?？刂凭€的連接8031芯片的PSEN與27256芯片的OE端相連，OE是輸出允許信號(hào)端，低 電平有

44、效，當(dāng)OE = 0時(shí)，芯片中的數(shù)據(jù)可由D0D7端輸出；8031芯片EA接 地，CPU執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令；8031芯片ALE接地址鎖存器74LS373 的G端；27256的CE端是選片信號(hào)端，低電平有效，所以使它正常工作只要直 接接地即可。圖3.5 8031與27256連接圖3.2.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)此畢業(yè)設(shè)計(jì)為畢業(yè)答辯通過的優(yōu)秀畢業(yè)論文，完整說明書和全套設(shè)計(jì)圖紙請(qǐng)加扣扣：3257841604圖3.66264引腳圖數(shù)控蛭紋車斥控制系 簸硬件電路設(shè)計(jì)開. Microsoft Word 文檔選題表，docMi crosft tfird 文管32 KB任務(wù)書.docMi crosoEt l

45、ord 立檔43 KB顎咗蛭織車床控制系 統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)-doc Microsoft Word 文襠中期檢查表.decHi供0討現(xiàn)Word文檔 35 KB空如。套整理55曲數(shù)控螺紋車床.控制系蟒破件電躋設(shè)計(jì)I原理圖與F關(guān)南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.3手動(dòng)鍵盤電路和編輯鍵盤電路設(shè)計(jì)數(shù)控螺紋車床控制面板上應(yīng)有功能鍵、波段開關(guān)以及編輯按鍵，這些都應(yīng)是 手動(dòng)鍵盤和編輯鍵盤要設(shè)計(jì)的部分。手動(dòng)鍵盤控制簡(jiǎn)單，普通的I/O即可實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)鍵相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械開關(guān)，當(dāng)鍵按下時(shí)，觸電閉合，當(dāng)鍵松開時(shí)，觸電斷開。 即手動(dòng)鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤方式，手動(dòng)鍵盤按鍵按鍵

46、的每個(gè)鍵都有一根信號(hào)線與 8031單片機(jī)電路相連，所有按鍵有一個(gè)公共地或公共正端，每個(gè)鍵相互獨(dú)立互 不影響。當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，無論其它鍵是否按下，此鍵的信號(hào)線就由“ 1”變“0” ； 當(dāng)松開此鍵時(shí)，無論其他鍵是否按下，該鍵的信號(hào)線就由“ 0”變“1”。由此可 見，獨(dú)立式鍵盤只適用于鍵的個(gè)數(shù)較少的應(yīng)用系統(tǒng)，電路較簡(jiǎn)單。而編輯鍵盤由 于按鍵較多，比手動(dòng)鍵盤復(fù)雜的多，編輯鍵盤是數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)中人機(jī)對(duì) 話常用的輸入裝置，鍵盤是由若干個(gè)按鍵開關(guān)組成，鍵的多少根據(jù)數(shù)控螺紋車床 控制系統(tǒng)的用途而定。此次設(shè)計(jì)采用四十個(gè)鍵，因?yàn)閷?duì)于數(shù)控螺紋車床來說四十 個(gè)鍵已經(jīng)綽綽有余了。一般來說，鍵盤有兩大類，除了手動(dòng)鍵

47、盤所采用的獨(dú)立式， 還有一類為矩陣式，由于是要設(shè)計(jì)四十個(gè)鍵的鍵盤，按鍵個(gè)數(shù)較多，所以選擇矩陣式鍵盤設(shè)計(jì)。3.3.1手動(dòng)鍵盤電路設(shè)計(jì)所選用的8031單片機(jī)的P1 口（ P1.0 P1.7、18腳）是準(zhǔn)雙向口，一般作 通用I/O端口使用，內(nèi)部有上拉電阻，位結(jié)構(gòu)如圖 3.9所示，P1 口的每一位口線 能獨(dú)立用作輸入線或輸出線。在作輸入時(shí)，必須先將“ 1”寫入口鎖存器，使場(chǎng)讀鎖存器內(nèi)部總線寫鎖存器VCC讀引腳圖3.98031單片機(jī)P1 口結(jié)構(gòu)圖南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3 45效應(yīng)管截止，即編程時(shí)要先將“ 1”寫入鎖存器，該口線由內(nèi)部上拉電阻

48、提拉成 高電平，同時(shí)也能被外部輸入源拉成低電平，即當(dāng)外部輸入“1”時(shí)該口線為高電平，而輸入“0”時(shí)，該口線為低電平。通過按下不同的按鈕，使得輸入為“0”, 從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)的操作。以啟動(dòng)按鍵為例，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕S1時(shí)，P1.0 口輸入“0”, 系統(tǒng)啟動(dòng)。設(shè)計(jì)中手動(dòng)鍵盤電路采用獨(dú)立式結(jié)構(gòu)， 連接圖如圖3.10所示。每個(gè)鍵都有一 根信號(hào)線與8031單片機(jī)P1 口連接，所有按鍵都有一個(gè)公共地端，并通過 10K勺電 阻接+5V的電源，每個(gè)鍵相互獨(dú)立互不影響，分別實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、X軸正轉(zhuǎn)按鈕、X軸反轉(zhuǎn)按鈕、Z軸正轉(zhuǎn)按鈕、Z軸反轉(zhuǎn)按鈕、螺紋脈沖輸入、螺紋 零脈沖輸入。D圖3.10 手動(dòng)鍵盤電路原理圖工

49、作方式選擇開關(guān)電路設(shè)計(jì)操作面板上除手動(dòng)按鍵以外，還有一些工作方式選擇開關(guān)，這些波段開關(guān)可通過8255擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，8255的三個(gè)并行端口 PA、PB、PC這都是8位，都可被編程為輸入或輸出。此次數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)中使用PA口作為波段開關(guān)的擴(kuò)展，他們分別為空運(yùn)行開關(guān)、自動(dòng)開關(guān)、手動(dòng)I開關(guān)、手動(dòng)II開關(guān)、 回零開關(guān)以及掃描鍵盤開關(guān)。六檔波段開關(guān)一端接地，另外的六擋端分別通過一 個(gè)10K的上拉電阻與+5V電源及PA 口的六個(gè)腳相連接。通過使波段開關(guān)處于不 同位置而實(shí)現(xiàn)不同的功能。具體工作方式選擇開關(guān)連接圖如圖3.11所示。u401 2 3 4 5 6 7 8一1213一1415一31一15

50、一1819一 仃16VccVssP1.0P0.(P1.1P0.1P1.2P0.2P1.3P0.3P1.4P0.4P1.5P0.5P1.6P0上P1.7P0.7INT0,P3.2P2.(INT1,P3.3P2.1P2.；T0,P3.4P2.4T1,P3.5P2.5P2上P2.7/EARESETAa A AAA A.1 /GND27U974-S373C12XTAL2XTAL1 RXD,P3TXD,P3./RD/ALE/WR/PESNE c 01234567e cDDDDDDDDL Vii+56543210CCCCCCCPPPPPPPR8O10KR8310K82857376 54 3 21 0AAA

51、AAAAAPPP PPP PP76543 2 10BBBBB B BBPPPPPPPP5 4 22 2 2876543210DDDDDDDD圖 3.11153.3.3 編輯鍵盤電路設(shè)計(jì)編輯鍵盤按鍵數(shù)量較多，采用8155芯片 來擴(kuò)展編輯鍵盤。鍵盤由0 9，字母AZ等 組成。當(dāng)數(shù)控螺紋車床處于編輯狀態(tài)時(shí)，通16171819-8C-9-0100711AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA721232425262728CE RD WR IO/M ALEPB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB72930313233343536TMROUTTM

52、RINRESETPC0PC1PC2PC3PC4PC537383912過該鍵盤可輸入數(shù)字、字母進(jìn)行編輯。8155芯片的引腳圖如圖3.12所示。ADO AD7為雙向地址/數(shù)據(jù)總線，分時(shí)傳送單片機(jī)和8155之間的地址、數(shù) 據(jù)、命令、狀態(tài)信息。ALE為地址鎖存信號(hào)輸入，在ALE下降沿將ADO AD7上 的低8位地址、RAM/IO選擇信息鎖存。所以，8031單片機(jī)的P0口輸出的低8位地 址不需要再外接鎖存器，可直接與8155相連接。IO/M為RAM/IO 口選擇，IO/M=0 , 單片機(jī)選擇8155中的RA讀/寫，ADO AD7上地址為RAM單元地址；IO/M=1， 選擇8155的寄存器或端口，地址分配

53、見表3.5。圖3.128155芯片引腳圖表3.58155地址分配表CEIO/MA7A6A5A4A3A2A1A0所選端口01XXXXX000命令/狀態(tài)寄存器01XXXXX001A 口01XXXXX010B 口01XXXXX011C 口01XXXXX100計(jì)數(shù)器低8位01XXXXX101計(jì)數(shù)器咼8位00XXXXXXXXRAM單元圖3.12中，CE為片選信號(hào)，低電平有效；RD、WR為讀、寫控制輸入線， 低電平有效；RESET為復(fù)位端，輸入一個(gè)大于600ns正脈沖時(shí)，8155總清零， 各I/O 口定義為輸入方式；PA0 PA7為A 口 I/O數(shù)據(jù)傳送；PB0 PB7為B 口 I/O數(shù)據(jù)傳送；PC0 P

54、C7為C 口 I/O數(shù)據(jù)傳送或A、B 口選通方式時(shí)傳送命令/ 狀態(tài)信息。TI、TO為14位計(jì)數(shù)器輸入、輸出；VCC、VSS為+5V電源和接地。8155與8031連接如圖3.13所示。8155對(duì)編輯鍵盤的擴(kuò)展圖如圖3.14所示。獨(dú)立式鍵盤雖然簡(jiǎn)單，但只適用 于鍵的個(gè)數(shù)較少的應(yīng)用系統(tǒng)中，但像在數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)中， 編輯鍵盤需要 四十個(gè)按鍵，所以采用的是方式是矩陣式，它不同與手動(dòng)鍵盤所采用的獨(dú)立式， 獨(dú)立式按鍵每個(gè)鍵相互獨(dú)立互不影響，而矩陣式鍵盤的按鍵觸點(diǎn)接于由行、列母 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） #南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 線構(gòu)成的矩陣電路的交叉處，每當(dāng)一個(gè)鍵

55、按下時(shí)通過該鍵將相應(yīng)的行、列母線連 通。在圖3.21中,PA 口的8位經(jīng)反向器輸出為行母線，PC 口低5位通過10K 的電阻接+5V電源為列母線，行列母線相交處用按鍵連接。通過鍵盤掃描方式 ， 掃描PC 口狀態(tài)，即8155的A 口作為輸出口，輸出鍵盤的掃描信息； C 口作為U17A134A1522232039Y6Y7GNDcc74丫138GND C11104 卩 +5GNDU190 12 3 4 5 6 7Q Q QQQQQQ7 4LS373C12557890123478 906339352 22 333 3333 341 2 3 4ST 1 0R d7 6 54 3 2 1 07 6 54

56、3 2 1 0CE A A rDDDDDDDDAAAAAAAAS W/PPP PPPPPER82585E c 0 12 3 4 5 6 7 e cDDDDDDDD L 0 V|+5GND7 6 5 4 3 2 1 07 6 5 4 3 2 1 0CCCCCCCCBBBBBBBBPPPPPPPPP PPP PPPP01 23 7 6 5 411111111圖3.178255與8031連接圖5南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）(a)2 5南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）(a)2 表3.68255的口地址選擇A1A0寄存器00輸出寄存器A（ A 口）:01輸出寄存器B（ B 口）1

57、0輸出寄存器C （ C 口）11控制寄存器（控制口）5 20 B P17E1TE、TH5E、7 14E、3 E、2 1TT、 THE、1 24 B P23BP22BP21BP41 2 3 4 5 6 7 8A5南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） -AD0PA0-AD1PA1.AD2PA2AD3PA3AD4PA4r AD5PA5r AD6PA6.AD7PA7PB0)CEPB1RDPB21 WRPB3IOPB4 ALEPB5PB6PB7J TMR OUTPCCPC1“TMRNPC2PC3PC4-RESETPC5U73121416仃1821-27-

58、2324-27 -282930313233343536R9810KR9b e p:ed Gbed e f g pC b c p a工G bed e f g p-Q00 2bed e f g p2Q0 0 2bed e f g pJftxlJTTWTJWTO廠 .|m mlD a b e d e f gjGg da b e d e f g p222i2i2iu 7 人832 . 22111128A B 1AB C G G GeGQQj2D1 PPPP PPN N、N NhN N N N .：Tu VT572 F31 2 3 4 5 6 7 8 Q Q Q Q Q Q Q Q1 2 3 4 5 6

59、 7 8 D D DDD D D DK R；J1qA2 JTTA B C |Xii,、N .N 45 NN N34117,112345678LC R S5 DDD DDD DDC C jA1 2Q Q Q Q Q Q Q QCCiABC4 1 2 3 4 5 * 8 2 1458 17,圖理路電示顯C0N3圖vcc8QaD7D7Q6Q6D5D5Q圖3.2774LS273引腳圖3.6步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì)通常，用做鎖存器的芯片有74LS273、74LS377、74LS373、8282 等。在此次設(shè)計(jì)中，X軸、Z軸步進(jìn)電機(jī) 正、反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)要經(jīng)鎖存器輸出，此鎖 存器采用74LS273芯片。7

60、4LS273的引腳圖如圖3.27所示。74LS273的工作方式見表3.8。74LS273與8031單片機(jī)的連接如圖 3.28所示U20A1U10402|345678VccP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7INT0,P3.2INT1,P3.31415311518191716T0,P3.4T1,P3.5VssP0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7R11-a-R12R1310KR1410K+5A13I A14! A1f345|AY0BY1CY2G2AY3