電動(dòng)式關(guān)節(jié)型機(jī)器人機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真

word文檔可自由復(fù)制I編輯摘要本文簡(jiǎn)要介紹了電動(dòng)式關(guān)節(jié)型機(jī)器人機(jī)械手的概念，機(jī)械手硬件和軟件的組成，機(jī)械手各個(gè)部件的整體尺寸設(shè)計(jì)，氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)。本文對(duì)機(jī)械手進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定了機(jī)械手的坐標(biāo)形式和自由度，確定了機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的夾持式手部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手腕結(jié)構(gòu)，計(jì)算出了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)氣缸的驅(qū)動(dòng)力矩。設(shè)計(jì)了機(jī)械手的手臂結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)，繪制了機(jī)械手氣壓系統(tǒng)工作原理圖，大大提高了繪圖效率和圖紙質(zhì)量，畫出了機(jī)械手的裝配圖圖。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手電動(dòng)電動(dòng)式關(guān)節(jié)型機(jī)器人機(jī)械手AbstractAtfirst,thepaperintroducestheconceptionoftheindustrialrobotandtheEller.Dairyinformationofthedevelopmentbriefly.What’smore,thepaperaccountsforthebackgroundandtheprimarymissionofthetopic.Thepaperintroducesthefunction,composingandclassificationofthemanipulator,tellsoutthefree-degreeandtheformofcoordinate.Atthesametime,thepapergivesouttheprimaryspecificationparameterofthismanipulator,Thepaperdesignsthestructureofthehandandtheequipmentofthedriveofthemanipulator.Thispaperdesignsthestructureofthewrist,computestheneededmomentofthedrivewhenthewristwheelsandthemomentofthedriveofthepump.Thepaperdesignsthestructureofthearm.Thepaperinstitutestwocontrolschemesofaccordingtotheworkflowofthemanipulator.Thepaperdrawsouttheworktimesequencechartandthetrapeziumchart.KEYWORDS:Industrialrobotrobotelectricelectric-typejointsrobotmanipulator第1章緒論1.1緒言到目前為止，世界各國(guó)對(duì)“機(jī)器人機(jī)械手”還沒(méi)有做出統(tǒng)一的明確定義。通常所說(shuō)的“機(jī)器人機(jī)械手”是一種能模擬人的手、臂的部分動(dòng)作，按照予定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)或操縱工具的自動(dòng)化裝置。而“機(jī)械手”一般具有固定的手部、固定的動(dòng)作程序（或簡(jiǎn)單可變程序）、一般用于固定工位的自動(dòng)化裝置。因?yàn)閲?guó)內(nèi)外稱作“機(jī)器人機(jī)械手”、“機(jī)械手”、“操作機(jī)”的這三種自動(dòng)化和半自動(dòng)化裝置，在技術(shù)上有某些相通之處，所以有時(shí)不易明確區(qū)分，就它們的技術(shù)特征來(lái)看，其大致區(qū)別如下?！皺C(jī)器人機(jī)械手”（IndustrailRobot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操縱工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作機(jī)器人機(jī)械手或通用機(jī)械手）?！皺C(jī)械手”（MechanicalHand）：多數(shù)是指附屬于主機(jī)、程序固定的自動(dòng)抓取、操作裝置（國(guó)內(nèi)一般稱作機(jī)械手或?qū)Ｓ脵C(jī)械手）。如自動(dòng)線、自動(dòng)線的上、下料，加工中心的自動(dòng)換刀的自動(dòng)化裝置?！安僮鳈C(jī)”（Manipulator）：一般是指由工人操縱的半自動(dòng)搬運(yùn)、抓取、操作裝置。如鍛造操作機(jī)或處理放射性材料、火工品的裝配等所使用的半自動(dòng)化裝置。機(jī)器人機(jī)械手（IndustralRobot,簡(jiǎn)稱IR）是1960年由《美國(guó)金屬市場(chǎng)》報(bào)首先使用的，但這個(gè)概念是由美國(guó)George·C·Pevol在1954年申請(qǐng)的專利“程序控制物料傳送裝置“時(shí)提出來(lái)的。在這專利中所記述的機(jī)器人機(jī)械手，以現(xiàn)在的眼光來(lái)看，就是示教再現(xiàn)機(jī)器人。根據(jù)這一專利，Devol與美國(guó)ConsolideControlCorp合作，于1959年研制成功采用數(shù)字控制程序自動(dòng)化裝置的原型機(jī)。隨后，美國(guó)的Unimation公司和美國(guó)的機(jī)械鑄造(AMF)公司于1962年分別制造了實(shí)用的一號(hào)機(jī)，并分別取名為Unimate和Ver·satran。Unimate機(jī)器人外形類似坦克炮塔，采用極坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，而Versatran機(jī)器人采用圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。上述兩種機(jī)器人成為機(jī)器人結(jié)構(gòu)的主流，美國(guó)通用汽車公司和福特汽車公司在其金屬冷熱加工中，采用這類機(jī)器人進(jìn)行壓、鑄、沖壓等上、下料，收到了良好的效果。美國(guó)的機(jī)器人機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：1963~1967年為實(shí)驗(yàn)定型階段。1963~1967年，萬(wàn)能自動(dòng)公司制造的機(jī)器人機(jī)械手供用戶做工藝實(shí)驗(yàn)。1967年，該公司生產(chǎn)的機(jī)器人機(jī)械手定型為1900臺(tái)。1968~1970年為實(shí)驗(yàn)應(yīng)用階段。這一時(shí)期，機(jī)器人機(jī)械手在美國(guó)進(jìn)入應(yīng)用階段。例如美國(guó)通用汽車公司1968年訂購(gòu)了68臺(tái)機(jī)器人機(jī)械手；1969年又自行研制出SAM型機(jī)器人機(jī)械手，并用21臺(tái)組成了點(diǎn)焊小汽車車身的焊接自動(dòng)線。1970年至今一直出于技術(shù)發(fā)展和推廣應(yīng)用階段。1970~1972年，機(jī)器人機(jī)械手處于技術(shù)發(fā)展階段。1970年4月美國(guó)在伊利斯工學(xué)院研究所召開(kāi)了第一屆全國(guó)機(jī)器人機(jī)械手會(huì)議。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)已采用了大約200臺(tái)機(jī)器人機(jī)械手，工作時(shí)間共達(dá)60萬(wàn)小時(shí)以上。與此同時(shí)，出現(xiàn)了所謂高級(jí)機(jī)器人，例如森德斯蘭德公司（Sundstrand）發(fā)明了用小型計(jì)算機(jī)控制50臺(tái)機(jī)器人機(jī)械手的系統(tǒng)。在歐洲第一臺(tái)機(jī)器人機(jī)械手是1963年瑞典Kavieldt公司發(fā)表的第一臺(tái)操作機(jī)。日本在六十年代初期就開(kāi)始研制固定程序控制的機(jī)器手，并從其他各國(guó)引進(jìn)了用于不同生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)器人，并獲得迅速，很快研制出日本國(guó)產(chǎn)華的機(jī)器人機(jī)械手，技術(shù)水平很快趕上了美國(guó)并超過(guò)了其它國(guó)家，目前機(jī)器人機(jī)械手在日本已得到迅速發(fā)展并很快得到普及。我國(guó)雖然開(kāi)始研制機(jī)器人機(jī)械手僅比日本晚5~6年，但由于種種原因，機(jī)器人機(jī)械手的技術(shù)發(fā)展比較慢。但目前已引起了有關(guān)方面的極大關(guān)注。除了引進(jìn)、消化、仿制外，已經(jīng)具備了一定的獨(dú)立設(shè)計(jì)和研制能力。在1958年新疆維吾爾自治區(qū)成立30年大慶站展覽館展出了由新疆機(jī)械局研制的跳舞機(jī)器人《阿依古麗》。在1986年地十六屆廣交會(huì)上，成都電訊工程學(xué)院研制的第三代仿人機(jī)器人《成蓉小姐》已經(jīng)用漢語(yǔ)或英語(yǔ)向來(lái)賓問(wèn)好，并能簡(jiǎn)要的介紹的展覽產(chǎn)品及回答簡(jiǎn)單問(wèn)話。西北電訊工程學(xué)院研制的微機(jī)控制示教再現(xiàn)式機(jī)器人《西電I號(hào)》，也于1985年9月在陜西省科技貿(mào)易大會(huì)上進(jìn)行了表演。此外，清華大學(xué)自動(dòng)化系研制的具有視覺(jué)手眼系統(tǒng)，北京鋼鐵學(xué)院研制的焊接機(jī)器人，均已達(dá)到了較高的水平。同時(shí)，在機(jī)器人學(xué)科中的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、語(yǔ)音合成、觸覺(jué)、計(jì)算控制以及人工智能諸領(lǐng)域研究，也取得了一定的進(jìn)展。近幾年來(lái)的成就表明，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)邁出了可喜的一步。相信在不久的將來(lái)，我們一定回趕上世界各國(guó)前進(jìn)的步伐。1.2課題工作要求啟動(dòng)啟動(dòng)初始化初始化手臂伸長(zhǎng)手部下降手臂伸長(zhǎng)手部下降手臂縮回手臂縮回夾持工件夾持工件是否夾緊？Ｎ是否夾緊？Ｙ手臂上升手腕回轉(zhuǎn)180度手腕回轉(zhuǎn)180度手臂回轉(zhuǎn)180度手臂回轉(zhuǎn)180度回到原位手爪松開(kāi)回到原位手爪松開(kāi)為了保證機(jī)器人在抓取工件時(shí)的精確度，我們?cè)跈C(jī)器人的手部安裝了力覺(jué)傳感器。用以對(duì)機(jī)器人的檢測(cè)和監(jiān)控。該檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用的是閉環(huán)控制。整個(gè)抓取動(dòng)作的流程見(jiàn)圖。圖1.1機(jī)械手的工作程序圖1.3課題基本參數(shù)的確定1、手部負(fù)重：10kg（抓取物體的形狀為圓柱體.圓柱半徑.高度自定.密度7.8g/cm3.2、自由度數(shù)：4個(gè)，沿Z軸的上下移動(dòng)，繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，沿X軸的伸縮，繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo)，其圓柱坐標(biāo)型式的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖所示（見(jiàn)圖1）最大工作半徑：1800mm，最小工作半徑1350mm手臂最高中心位置：1012mm或伺服電機(jī)上端最高行程：1387mm（見(jiàn)圖2）最小行程：1237mmωφXZ圖1.2手臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)：伸縮行程（X）：450伸縮速度：〈250mm/s升降行程（Z）：150mm升降速度：〈60mm/s回轉(zhuǎn)范圍（φ）：0~180度回轉(zhuǎn)速度：〈70/s手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍（ω）：0~180回轉(zhuǎn)速度：90/s手臂握力：由N=0.5/f*G定這里取f=0.1G=10N=0.5/f*G=50即手指握力為50定位方式：閉環(huán)伺服定位重復(fù)定位精度：±0驅(qū)動(dòng)方式：電氣（伺服電機(jī)）控制方式：采用MGS-51單片微機(jī)第2章結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1手部機(jī)構(gòu)手部機(jī)構(gòu)是機(jī)器人機(jī)械手直接與工件、工具等接觸的部件，它能執(zhí)行人手的部分功能。目前，根據(jù)被抓取工件、工件等的形狀、尺寸、重量、易碎性、表面粗糙度的不同，在工業(yè)生產(chǎn)中使用著多種形式的手部機(jī)構(gòu)，最常見(jiàn)的是鉗爪式、磁吸式和氣吸式，也有少數(shù)的特殊形式。不同形式的手部機(jī)構(gòu)其夾緊力的計(jì)算各有不同。鉗爪式手部機(jī)構(gòu)是最常見(jiàn)的形式之一。手爪有兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)，其中兩個(gè)的最多。抓取工件的方式有兩種：外卡式和內(nèi)撐式。從其機(jī)械機(jī)構(gòu)特征、外觀與功用來(lái)看，有多種形式，它們分別是：撥桿杠桿式鉗爪平行連桿式鉗爪齒輪齒條移動(dòng)式鉗爪重力式鉗爪自鎖式鉗爪自動(dòng)定心鉗爪抓取不同直徑工件的鉗爪具有壓力接觸銷的鉗爪抓勾與定位銷十鉗爪復(fù)雜形狀工件用的自動(dòng)調(diào)整式鉗爪同時(shí)抓取一對(duì)工件的鉗爪與內(nèi)撐式三指鉗爪特殊式手指鉗爪同時(shí)對(duì)鉗爪的選用也非常重要，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：應(yīng)具有足夠的夾緊力，這樣才能防止工件在移動(dòng)過(guò)程中脫落，一般夾緊力為工件重量的2到3倍。應(yīng)具有足夠的張開(kāi)角，來(lái)適應(yīng)它抓取和松開(kāi)工件之間較大的直徑范圍，而且?jiàn)A持工件中心位置變化要小（即定位誤差?。?。應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以免承受在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力和震動(dòng)的影響。應(yīng)能保證工件的可靠定位應(yīng)適應(yīng)被抓取對(duì)象的要求盡可能具有一定的通用性?shī)A持式手部結(jié)構(gòu)由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所組成。其傳力結(jié)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等。2.1.1手指的形狀和分類夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型。回轉(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。2.1.2設(shè)計(jì)時(shí)考慮的幾個(gè)問(wèn)題(一)具有足夠的握力(即夾緊力)在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。(二)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。(三)保證工件準(zhǔn)確定位為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，當(dāng)應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。(五)考慮被抓取對(duì)象的要求根據(jù)機(jī)械手的工作需要，通過(guò)比較，我們采用的機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)是一支點(diǎn)，兩指回轉(zhuǎn)型，由于工件多為圓柱形，故手指形狀設(shè)計(jì)成V型，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。2.1.3手部夾緊的設(shè)計(jì)1、手部驅(qū)動(dòng)力計(jì)算本課題電動(dòng)機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1齒輪齒條式手部此處刪減NNNNNNNNNNNNNNNN字需要整套設(shè)計(jì)請(qǐng)聯(lián)系q：99872184。第3章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于微型計(jì)算機(jī)具有體積小，可靠性高，靈活性強(qiáng)，易于配置，功能豐富及價(jià)格便宜等特點(diǎn)，采用微型計(jì)算機(jī)對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行控制，已經(jīng)成為當(dāng)今機(jī)器人控制技術(shù)研究和發(fā)展的主流。機(jī)械手的控制系統(tǒng)，原則上可分為點(diǎn)位控制與連續(xù)軌跡控制兩大類。點(diǎn)位控制只要求按規(guī)定精度從起始點(diǎn)到達(dá)預(yù)定點(diǎn)，而對(duì)移動(dòng)路徑不做要求。連續(xù)軌跡不僅與運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)與終點(diǎn)有關(guān)，還必須保證運(yùn)動(dòng)軌跡與設(shè)計(jì)軌跡一致。因此，在連續(xù)軌跡控制中要進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)，并對(duì)任意運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行補(bǔ)插（補(bǔ)間）運(yùn)算。為了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，就必須保證機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度、加速度連續(xù)，這無(wú)疑也需要進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算。微型計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器人的控制，一般采用分層控制的方法。第一層為最高層，其任務(wù)是識(shí)別工作空間，并據(jù)此決定如何完成給定的任務(wù)；第二層是決策層，其任務(wù)是將給定的操作分成基本的運(yùn)動(dòng)；第三層是策略層，其工能是將基本的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成各自由度的運(yùn)動(dòng)；第四層是執(zhí)行層，它將控制機(jī)器人完成各自由度的運(yùn)動(dòng)。其中第一層及第二層屬于人工智能的范疇，機(jī)器人的控制主要是研究第三、第四層。微型計(jì)算機(jī)種類很多，一般均由以下三部分組成。A.中央處理器CPU，或稱微處理器MPU。B.內(nèi)存儲(chǔ)器，即主記憶裝置ROM及RAM。C.輸入輸出裝置I/O，或稱接口裝置，聯(lián)系這些裝置的為三條總線，即數(shù)據(jù)總線DB，地址總線AB及控制總線CB。不同型號(hào)的微型計(jì)算機(jī)主要是中央處理器CPU的內(nèi)容的功能不同，因而有不同的指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言。由于外部設(shè)備之不同以及是否用于實(shí)時(shí)控制，其I/O接口裝置因而很大差異。RAM和ROM的存儲(chǔ)量大小直接影響計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍。但一般微型計(jì)算機(jī)都可以在原有存儲(chǔ)量的基礎(chǔ)上加以擴(kuò)充。本機(jī)器人的控制系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)如圖3-1。它由主CPU板、I/O板、控制面板、示教盒、伺服板、和穩(wěn)壓電源板等組成。I/O端口及I/O端口及電平轉(zhuǎn)換電路輔助運(yùn)算回路RAMROM8031CPU輔助運(yùn)算回路RAMROM8031CPU控制板伺服板控制板機(jī)器人伺服控制電路讀位置電路串行中斷電路串行通訊電路機(jī)器人伺服控制電路讀位置電路串行中斷電路串行通訊電路示教盒脈沖分配電路示教盒脈沖分配電路圖3-1控制系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)圖主CPU板是本控制器的核心，其上有CPU、存儲(chǔ)器、多級(jí)中斷控制電路、脈沖分配電路、讀位置電路以及串行通訊電路等，完成系統(tǒng)的管理、控制運(yùn)算、伺服系統(tǒng)控制和仿置檢測(cè)等控制功能以及與示教盒、控制板的通訊。I/O接口板主要負(fù)責(zé)輸入輸出和監(jiān)測(cè)各種故障報(bào)警的輸入信號(hào)。伺服板共8塊，負(fù)責(zé)完成四個(gè)軸的位置環(huán)速度環(huán)和電流環(huán)的伺服控制。本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)CPU、ROM和RAM中斷處理電路示教盒以及串行通訊電路鍵盤顯示電路這幾個(gè)部分。1.CPU與存儲(chǔ)器CPU采用8031微處理器地址譯碼器內(nèi)存RAM和EPROM以及鎖存器組成。8031的結(jié)構(gòu)1）寄存器堆8031中有12個(gè)通用寄存器，6個(gè)專用寄存器，兩個(gè)累加器和兩個(gè)標(biāo)志寄存器。由于寄存器很多，故稱其為堆。它們各個(gè)單元不是以序號(hào)作為地址號(hào)，而是以其名稱作為地址號(hào)。它們?nèi)庆o態(tài)RAM實(shí)現(xiàn)。各寄存器的功能如下：堆棧指示器SP：它是一個(gè)8位的專用寄存器。用以指示堆棧區(qū)的最上面的存儲(chǔ)單元的地址，即棧頂?shù)刂贰６褩Ｖ甘酒魇窃谟?jì)算機(jī)中接受中斷要求而去處理某些外部設(shè)備提出的請(qǐng)求時(shí)需要用到的寄存器。系統(tǒng)復(fù)位后，SP初始化為07H，使得堆棧事實(shí)由08H單元開(kāi)始?？紤]到08H~1FH單元分屬與工作寄存器區(qū)1~3，若程序設(shè)計(jì)中要用到這些區(qū)，則最好把SP值改置為1FH或更大值。由于棧指針是一個(gè)8位的專用寄存器，其值可由軟件改變，因此在內(nèi)部RAM中的位置比較靈活。響應(yīng)中斷或子程序調(diào)用時(shí)，發(fā)生入棧操作，入棧的是16位PC值，PSW并不自動(dòng)入棧。在指令系統(tǒng)中有棧操作指令PUSH（壓入）和POP（彈出），如有必要，中斷時(shí)可用把PSW的內(nèi)容壓入堆棧，加以保護(hù)，返回前用POP指令恢復(fù)。除用軟件直接改變SP值外，在執(zhí)行PUSH、POP、各種程序調(diào)用、中斷響應(yīng)、子程序返回RETI等指令時(shí)，SP值將自動(dòng)增量或減量。變址寄存器IX及IY：它們能將其內(nèi)容加減一個(gè)稱作偏移量的數(shù)，以達(dá)到一個(gè)新的地址。中斷向量地址寄存器IV：這個(gè)寄存器用以存放中斷服務(wù)子程序的入口地址。存儲(chǔ)器刷新寄存器R：8031可以使用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器。刷新存儲(chǔ)器是再生時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)用的。特殊功能寄存器SFR：8031單片機(jī)片內(nèi)的SFR與存儲(chǔ)器是獨(dú)立的，但它能像訪問(wèn)內(nèi)部RAM一樣被訪問(wèn)。8031單片機(jī)具有21個(gè)特殊功能寄存器，可分為3個(gè)16位寄存器和15個(gè)8位寄存器。這些寄存器分散地分布在片內(nèi)RAM的高128字節(jié)地址80H~FFH，訪問(wèn)這些專用寄存器僅允許使用直接尋址的方式。寄存器并未占滿80H~FFH整個(gè)地址空間，對(duì)空閑地址的操作是無(wú)意義的。片內(nèi)的SFR能綜合的實(shí)時(shí)反映整個(gè)單片機(jī)基本系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及工作方式。因此，它是非常重要的。對(duì)單片機(jī)應(yīng)用者來(lái)說(shuō)，掌握個(gè)各SFR的工作狀態(tài)，工作方式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的控制具有重要的意義。表3-1列出了個(gè)SFR的名稱幾地址?！CC累加器0E0H·BB寄存器0F0H·PSW程序狀態(tài)字堆棧指針0D0HSP堆棧指針81HDPTR數(shù)據(jù)指針（包括DPH和（DPL）口083H和82H·P0口080H·P1口190H·P2口20A0H·P3口30B0H·IP中斷優(yōu)先級(jí)控制0B8H·IE允許中斷控制0A8HTMOD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制89H·TCON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制88H+·T2CON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2控制0C8HTH0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制0（高位字節(jié)）8CHTL0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制0（低位字節(jié)）8AHTH1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制1（高位字節(jié)）8DHTL1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制1（低位字節(jié)）8BH+TH2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制2（高位字節(jié)）0CDH+TL2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制2（低位字節(jié)）0CCH+RLDH定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制2自動(dòng)再裝載（高位字節(jié)）0CBH+RLDL定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制2自動(dòng)再裝載（低位字節(jié)）0CAH·SCON串行控制98HSBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器99HPCON電源控制97H數(shù)據(jù)指針DPTR（83H，82H）：數(shù)據(jù)指針DPTR是一個(gè)16位專用寄存器，其高位字節(jié)寄存器用DPH表示，低位字節(jié)寄存器用DPL表示。即可以作為16位寄存器DPTR來(lái)處理，也可以作為2個(gè)獨(dú)立的8位寄存器DPH和DPL來(lái)處理。DPTR主要用來(lái)保持16位地址，當(dāng)64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間尋址時(shí)，可作為間接寄存器用。這時(shí)有兩條傳送指令MOVXA，@DPTR和MOVX@DPTR,A。在訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器時(shí)，DPTR可用作基址寄存器，這時(shí)采用一條基址+變址尋址方式的指令MOVCA，@+DPTR,常用于讀取存放在程序存儲(chǔ)器內(nèi)的表格數(shù)據(jù)。2）8031的引腳功能8031為40引腳芯片如圖3-4，按其功能可分為三個(gè)部分：I/O口線：P0，P1，P2，P3共4個(gè)8位口。P0（雙向I/O）口（39~32腳）：P0口既可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，又可作通用I/O口用。P1（準(zhǔn)雙向I/O）口（1~8腳）：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。P2（準(zhǔn)雙向I/O）口（21~28腳）：在結(jié)構(gòu)上，P2口比P1口多了一個(gè)輸出轉(zhuǎn)換控制部分。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)倒向左面時(shí)，P2口作通用的I/O端口用，是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。P3（雙功能）（10~17腳）：P3口是一個(gè)多用途的端口。b.控制信號(hào)引腳：PSEN（片外取指控制），ALE（地地鎖存控制），EA（片外存儲(chǔ)器選擇），RESET（復(fù)位控制）。c.電源及時(shí)鐘：Vcc，Vss，XTAL1，XTAL2。其應(yīng)用特性：a.I/O口線不能都用作用戶I/O口線。b.I/O口的驅(qū)動(dòng)能力，P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門電路，P1、P2、P3則只能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門。c.P3口是雙重功能口，其功能如圖3-5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輸入線);P3.3:INT1(外部中斷1輸入線);P3.4:T0(T0外部記數(shù)脈沖輸入線);P3.5:T1(T1外部記數(shù)脈沖輸入線);P3.6:WR(外部RAM寫選通脈沖輸出線);P3.7:RD(外部RAM讀選通脈沖輸出線)。譯碼器采用74LS138（8205），它具有以下特性：能作為I/O口或存儲(chǔ)器地址選擇器，擴(kuò)充簡(jiǎn)便，有輸入選擇端，采用了遵肖特基雙極型工藝，最大延遲為18ns，連接與TTL邏輯電路兼容，低電平輸入負(fù)載電流最大為0.25A,是標(biāo)準(zhǔn)TTL輸入負(fù)載的1/6。INTEL8205譯碼器可以擴(kuò)充那些輸入口、輸出口和帶有低電平有效的片選輸入存儲(chǔ)器件的系統(tǒng)。當(dāng)8205被片選時(shí)，它的八個(gè)輸出端之一變“低”，于是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的一行被選中。對(duì)于擴(kuò)大的系統(tǒng)，可把8205級(jí)聯(lián)系起來(lái)，使得每一譯碼器能驅(qū)動(dòng)8個(gè)譯碼器，可任意擴(kuò)充存儲(chǔ)器。8205的邏輯符號(hào)、引腳排列，選通和譯碼真值表如下：引腳說(shuō)明：A0~A2為選址輸入，E1~E3為選通允許輸入（既片選），O0~O7為譯碼輸出。8205譯碼真值表如下：地址選通允許輸出A0A1A2E1E2E301234567－－－－－＋－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－＋＋－＋＋＋＋＋＋－＋－－－＋＋＋－＋＋＋＋＋＋＋－－－＋＋＋＋－＋＋＋＋－－＋－－＋＋＋＋＋－＋＋＋＋－＋－－＋＋＋＋＋＋－＋＋－＋＋－－＋＋＋＋＋＋＋－＋＋＋＋－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋地址選通允許輸出A0A1A2E0E1E201234567×××－－－＋＋＋＋＋＋＋＋×××＋－－＋＋＋＋＋＋＋＋×××－＋－＋＋＋＋＋＋＋＋×××＋＋－＋＋＋＋＋＋＋＋×××＋－＋＋＋＋＋＋＋＋＋×××－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋×××＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋鎖存器采用74LS373：它的作用是把輸入信號(hào)鎖存起來(lái)，一直保持到選通信號(hào)來(lái)取出信息。其工作原理：當(dāng)鎖存允許端為高電平時(shí)，Q端跟隨D端變化；當(dāng)鎖存允許由高變低時(shí)，將此變化前一瞬時(shí)輸入鎖存，此后輸入（D）不會(huì)影響輸出（Q）直至鎖存允許為高電平，E是讀選通脈沖。應(yīng)當(dāng)注意在讀期間鎖存允許不能變化。鎖存允許信號(hào)通常取自譯碼器和R/W線，地址譯碼有時(shí)需3到15級(jí)門延遲，來(lái)防止讀鎖存。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用6264（8K×8），一共采用3塊6264，故RAM為24K，除了作為系統(tǒng)參數(shù)工作區(qū)，標(biāo)志單元外，主要用作用戶程序存儲(chǔ)區(qū)，為了保存RAM的內(nèi)容，一旦斷電，保證RAM中的用戶程序不會(huì)丟失，故采用電池利用CE2引腳的掉電保護(hù)裝置在此也得到了應(yīng)用，具體內(nèi)容在后詳講，這里不再敘述。6264靜態(tài)RAM的技術(shù)性能為：一組三態(tài)輸出引腳作為輸入/輸出公共引腳，輸入/輸出與TTL電路兼容，A0~A12為地址總線，I/O0~I/O7為數(shù)據(jù)輸入/輸出，CE1為片選1，CE2為片選2，WE為寫選通，OE為讀選通。WECE1CE2OE方式D0~D7×高××未選中高阻××低×未選中高阻高低高高禁止輸出高阻高低高低讀D輸出低低高高寫D輸入低低高低寫D輸入6264引腳排列如下：EPROM讀存儲(chǔ)器采用2764（8K×8），一共3塊，達(dá)到24字節(jié)，它的技術(shù)性能。存取速度快，功耗低，編程簡(jiǎn)單，采用雙線控制，全靜態(tài)方式，采用單一+5V電源。EPROM一個(gè)很好的特點(diǎn)就是把輸出元件控制（OE）和片選控制（CE）分開(kāi)，保證了其良好接口特性。對(duì)于EPROM的工作方式簡(jiǎn)述說(shuō)明如下：1）.讀方式：EPROM有兩種控制功能，兩者邏輯上部滿足能夠按次序在輸出方面獲得數(shù)據(jù)的要求。片選（CE）是電源控制方面，用于器件的選擇。輸出允許（OE）是輸出控制方面，用作數(shù)據(jù)到輸出引腳的選通信號(hào)，它與器件選擇無(wú)關(guān)。2）.維持方式：在維持方式時(shí)，器件功耗從有效功耗減少到靜態(tài)維持功能。EPROM時(shí)一個(gè)TTL高電平信號(hào)加到CE輸入端而建立維持方式的。當(dāng)處于維持方式時(shí)，輸出端均為高阻狀態(tài)與OE輸入無(wú)關(guān)。3）.編程方式：2764進(jìn)入編程方式時(shí)，Vpp在12.5V且OE和PGM都在TTL低電平、被編程的8位數(shù)據(jù)以并行方式送到數(shù)據(jù)輸出引腳。地址和數(shù)據(jù)輸入所需電平都為TTL。2764的引腳圖：在主機(jī)2764（Ⅰ）的起始地址為0000H~1FFFH；2764（Ⅱ）的起始地址為2000H~3FFFH；2764（Ⅲ）的起始地址為4000H~5FFFH；6264（Ⅰ）的起始地址為6000H~7FFFH；6264（Ⅱ）的起始地址為8000H~9FFFH；6264（Ⅲ）的起始地址為8000H~9FFFH；在示教盒中，2764的起始地址為0000H~1FFFH；2.中斷處理電路本控制系統(tǒng)中采用8259中斷控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多重中斷的優(yōu)先排隊(duì)和中斷申請(qǐng)?zhí)幚怼?259具有多中工作方式，可通過(guò)編程設(shè)定或變更它的工作方式。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，8259A能自動(dòng)提供中斷入口地址，而使CPU轉(zhuǎn)問(wèn)相應(yīng)的中斷處理程序。中斷入口地址可由用戶設(shè)定，入口地址可以選定在任何存儲(chǔ)單元。8259A的引腳，功能說(shuō)明如下：CS片選WR寫RD讀CAS0~CAS2級(jí)聯(lián)線SP/EN從片/開(kāi)啟緩沖器INT中斷IR0~IR7中斷請(qǐng)求INTA中斷響應(yīng)A0地址線（1）.數(shù)據(jù)總線緩沖器：是三態(tài)，雙向8位緩沖器，外部引腳D0~D7用于和CPU的數(shù)據(jù)總線相連，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)緩沖器向8259A傳送命令碼，成從8259A讀聯(lián)狀態(tài)字。在中斷響應(yīng)時(shí)，8259通過(guò)數(shù)據(jù)總線緩沖器問(wèn)CPU提供CALL指令的操作碼（11001101）和調(diào)用子程序入口地址高8位和低8位。（2）.中斷申請(qǐng)寄存器（IRR）：用來(lái)寄存所有從中斷申請(qǐng)輸入線（IR0~IR7）輸入的中斷申請(qǐng)信號(hào)，當(dāng)IR0~IR7中任何一條申請(qǐng)線上開(kāi)為高電平時(shí)，IRR中相應(yīng)的位置位。（3）.優(yōu)先級(jí)分辨器（PR）：用于確定中斷申請(qǐng)寄存器（IRR）中個(gè)中斷申請(qǐng)位的優(yōu)先級(jí)。IR0~IR7的優(yōu)先級(jí)可由CPU編程設(shè)定。（4）.控制邏輯根據(jù)CPU對(duì)8259編程設(shè)定的工作方式產(chǎn)生8259A控制信號(hào)，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)PU發(fā)生中斷申請(qǐng)信號(hào)INT請(qǐng)求CPU響應(yīng)。INTA是來(lái)自CPU的中斷響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)CPU進(jìn)入中斷響應(yīng)周期，送來(lái)第一個(gè)INTA脈沖時(shí)，8259的控制邏輯一方面把CALL指令操作碼（11001101）經(jīng)D0~D7送上數(shù)據(jù)線供CPU讀入指令寄存器。另一方面又把優(yōu)先級(jí)分辨器從IRR中選出的具有最高優(yōu)先級(jí)的中斷中請(qǐng)存入服務(wù)狀態(tài)寄存器（ISR）。以確定對(duì)應(yīng)的服務(wù)程序入口地址，CPU在讀到CALL指令操作碼后，由于這是一條3字節(jié)指令,因此繼續(xù)發(fā)來(lái)兩個(gè)INTA的脈沖信號(hào)，在第二個(gè)INTA脈沖到來(lái)時(shí)，控制邏輯把被響應(yīng)的中斷申請(qǐng)所對(duì)應(yīng)的服務(wù)程序入口地址的低8位送上數(shù)據(jù)總線，當(dāng)?shù)谌齻€(gè)INAT脈沖到來(lái)時(shí)，則提供服務(wù)的程序入口地址高8位，然后CPU執(zhí)行調(diào)用指令CALL，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)程序入口地址。在中斷服務(wù)結(jié)束，CPU送來(lái)的中斷結(jié)束（EOL）和特殊中斷結(jié)束（SEOL）命令碼時(shí)，控制邏輯服務(wù)狀態(tài)寄存器中的IS位復(fù)位。（3）.讀、寫邏輯暈高來(lái)接受CPU的控制信號(hào)，使來(lái)自CPU的初始化命令字（ZCW）和操作命令字（OCW）存入8259A內(nèi)部相應(yīng)的寄存器中，用以規(guī)定8259的工作方式，也CPU讀取8259A內(nèi)部狀態(tài)信息，有關(guān)引腳功能如下：CS：片選線。當(dāng)CS=0時(shí)，8259A被選中，允許CPU對(duì)8259A進(jìn)行讀、寫操作。WR：寫信號(hào)。當(dāng)WR=0時(shí)允許CPU把命令字（ICW和OCW）寫入8259。RD：讀信號(hào)RD=0時(shí)，允許8259A將中斷申請(qǐng)寄存器（IRR），服務(wù)狀態(tài)寄存器（ISR），中斷屏蔽寄存器（IMR）和中斷級(jí)的BCD碼送上數(shù)據(jù)總線供CPU讀取。A0：地址線。這個(gè)輸入信號(hào)同WR、RD信號(hào)一起用來(lái)確定命令所需寫入的各種命令寄存器?；蛑付–PU要讀出的狀態(tài)信息寄存器。（4）.級(jí)聯(lián)緩沖器/比較器：當(dāng)8259A為主器件時(shí)（SP=1），CAS0~CAS2為輸出線，在CPU響應(yīng)中斷時(shí)，用來(lái)表示級(jí)聯(lián)代碼，選出申請(qǐng)中斷的從器件，這是被選的從器件將在下兩個(gè)接連出現(xiàn)的INTA脈沖期間，把預(yù)先編好的中斷服務(wù)程序入口地址代送上數(shù)據(jù)總線。當(dāng)8259A為從器件時(shí)（SP=0），CAS0~CAS2為輸入線，接收主器件送來(lái)的選擇代碼。8259A的操作控制和工作原理：A0、WR、RD、CS的控制作用，表3-2表示了在控制引腳不同的電平狀態(tài)下的操作控制狀態(tài)。表A0、WR、RD、CS的控制作用A0D4D3RDWRCS輸出操作0010IRR、ISR或中斷級(jí)BCD碼數(shù)據(jù)總線1010IMR數(shù)據(jù)總線輸入操作000100數(shù)據(jù)總線OCW2寄存器001100數(shù)據(jù)總線OCW3寄存器01×100數(shù)據(jù)總線ICW11××100數(shù)據(jù)總線OCW1，ICW2，ICW3對(duì)IRRISR或中斷級(jí)的BCD碼的選擇，決定于在此讀出操作之前，CPU寫入的操作命令OCW3的內(nèi)容。這寫命令的輸入順序由芯片的時(shí)序邏輯以適當(dāng)?shù)臅r(shí)序加以排列。8259A的工作過(guò)程及中斷應(yīng)答時(shí)序：8259按下列順序管理外圍設(shè)備的中斷申請(qǐng)：（1）當(dāng)在IR0~IR7的中斷申請(qǐng)輸入端上由一個(gè)或多個(gè)輸入出現(xiàn)高電平時(shí)，IRR中的個(gè)對(duì)應(yīng)為被置1，表明已經(jīng)由外圍設(shè)備提出中斷申請(qǐng)。（2）8259A在接受這些中斷申請(qǐng)，并分辨優(yōu)先級(jí)的同時(shí)，向CPU發(fā)出INT脈沖作為應(yīng)答。（3）若CPU處于“中斷允許”的情況下，在收到INTA信號(hào)后應(yīng)向8259A發(fā)出INTA脈沖作為應(yīng)答。（4）當(dāng)8259A接收來(lái)自CPU的第一個(gè)脈沖（INTA）時(shí)，便使ISR的最高優(yōu)先級(jí)相應(yīng)位置1，而將IRR中于之對(duì)應(yīng)的位置0，并送一條CALL指令碼（11001101）至數(shù)據(jù)總線。（5）當(dāng)CPU讀到這個(gè)CALL指令后便發(fā)出兩個(gè)INTA脈沖至8259A。（6）這后兩個(gè)INTA脈沖促使8259把一個(gè)預(yù)先編程的16位地址傳到數(shù)據(jù)總線上（分兩次送出，先低8位后高位）。這個(gè)地址就是中斷服務(wù)程序的入口地址。（7）當(dāng)執(zhí)行完上述的3字節(jié)調(diào)用指令后，便轉(zhuǎn)移至執(zhí)行外設(shè)中斷服務(wù)子程序。在子程序執(zhí)行期間，其相應(yīng)的ISR位一直保持位1，只有在子程序的末尾，在8259A收到一個(gè)EOL（中斷結(jié)束）命令時(shí)，才使相應(yīng)的ISR復(fù)位。中斷應(yīng)答時(shí)序如圖所示：IRINTINTADB8259的編程與命令控制字：8259編程時(shí)，要設(shè)定初始化命令字ICW和操作命令字OCW。在8259啟動(dòng)之前，必須送入2~4個(gè)字節(jié)的ICW1、ICW2用來(lái)設(shè)置中斷服務(wù)程序的16位入口地址。ICW的D4位時(shí)特征位，當(dāng)D4=1，且A0=0時(shí)，8259就會(huì)識(shí)別出它時(shí)初始化命令字ICW1，將其存入相當(dāng)?shù)募拇嫫?，并啟?dòng)初始化時(shí)序。在初始化命令字進(jìn)入8259A之后，8259A就準(zhǔn)備好接收來(lái)自IR輸入線的中斷申請(qǐng)信號(hào)。但是，在8259A工作期間CPU可以通過(guò)操作命令OCW命令8259A完成不同方式的操作。8259A共有三種操作命令字：OCW1、OCW2、OCW3，這三個(gè)操作命令字是依靠A0和OCW中的D4、D3特征位來(lái)區(qū)別的。OCW命令字可在初始化后的任何時(shí)刻寫入，下面分別介紹在不同的操作命令字的控制下8259A的工作方式：（1）無(wú)OCW的操作方式。在完成初始化程序命令送入后，如果沒(méi)有任何OCW操作命令字寫入，則8259A以全嵌套的操作方式響應(yīng)來(lái)自IR輸入線的中斷申請(qǐng)信號(hào)，中斷申請(qǐng)的優(yōu)先級(jí)被定位IR0~IR7（IR0的優(yōu)先級(jí)最高）。當(dāng)中斷被響應(yīng)時(shí)，中斷申請(qǐng)寄存器IRR中優(yōu)先級(jí)最高的申請(qǐng)信號(hào)被選出，并被存入服務(wù)狀態(tài)寄存器，ISR相應(yīng)的IS位（IS0~IS7）被置位。在CPU有服務(wù)程序返回之前，保持置位直到CPU發(fā)出一個(gè)中斷結(jié)束命令（EOL）為止。（2）OCW1的操作方式：CPU可以通過(guò)操作命令字OCW1來(lái)分別屏蔽每一個(gè)中斷申請(qǐng)。OCW1的格式如圖：當(dāng)Mn=1則相應(yīng)的IRn被屏蔽1M7M6M5M4M3M2M1M1M7M中斷屏蔽1=設(shè)置屏蔽中斷屏蔽1=設(shè)置屏蔽2=清除屏蔽（3）OCW2的操作方式：OCW2操作命令字用于控制8259A的循環(huán)優(yōu)先方式和中斷結(jié)束，OCW2中的R位用來(lái)設(shè)定循環(huán)優(yōu)先方式。當(dāng)R=0時(shí)，8259A以不循環(huán)的優(yōu)先方式操作。IR0~IR7的優(yōu)先權(quán)時(shí)固定的。當(dāng)R=1時(shí)，8259A被設(shè)定以循環(huán)優(yōu)先方式操作。（4）OCW3的操作方式：操作命令字OCW3用來(lái)設(shè)定特殊屏蔽方式和指定將要讀出的寄存器。3．8279鍵盤、顯示8279芯片是一種通用的可編程序的鍵盤、顯示接口器件，單個(gè)芯片就能完成鍵盤輸入和LED顯示控制兩種功能，鍵盤部分提供的掃描方式，可以和具有64個(gè)按鍵成傳感器的陣列相連，能自動(dòng)消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)以及n鍵同時(shí)按下的保護(hù)。顯示部分按掃描方式工作，可以顯示8或16位LED顯示塊。8279電路工作原理如下：（1）.I/O控制及數(shù)據(jù)緩沖器，數(shù)據(jù)緩沖器是雙向緩沖器，連接內(nèi)、外總線，用于傳送CPU和8279之間的命令或數(shù)據(jù)。I/O控制線是CPU對(duì)8279進(jìn)行控制的引線。CS是8279的片選信號(hào)，當(dāng)CS=0時(shí)，8279才被允許讀出或?qū)懭胄畔?。WR、RD為來(lái)自CPU的讀、寫控制信號(hào)。A0用于區(qū)別信息特性：A0=1時(shí)，表示數(shù)據(jù)緩沖器輸入為指令，輸出為狀態(tài)字，A0=0時(shí)，輸入、輸出皆為數(shù)據(jù)。（2）控制與定時(shí)寄存器及定時(shí)控制，控制與定時(shí)器用來(lái)寄存鍵盤及顯示的工作方式，以及由CPU編程的其它操作方式。這些寄存器一旦接收并鎖存送來(lái)的命令就通過(guò)譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，從而完成相應(yīng)的控制功能。定時(shí)控制包含基本訂數(shù)鍵。首級(jí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程的N級(jí)計(jì)數(shù)器。N可以2~31之間由軟件編程，以便從外界時(shí)鐘CLK分頻得到內(nèi)部所需要的100KHZ時(shí)鐘，然后再經(jīng)過(guò)分頻，為鍵盤掃描提供適當(dāng)?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示時(shí)間。（3）.掃描計(jì)數(shù)器有兩種工作方式，按編程碼方式工作時(shí)，計(jì)數(shù)器做二進(jìn)制計(jì)數(shù)。4位計(jì)數(shù)狀態(tài)從掃描線SL0~SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼后，為鍵盤和顯示器提供掃描線；按譯碼器工作方式時(shí)，掃描計(jì)數(shù)器的最后二位被譯碼后，從SL0~SL3輸出。因此，SL0~SL3提供了4中取1的掃描譯碼。（4）.回復(fù)緩沖器：鍵盤去抖及控制來(lái)自RL0~RL7的8根回復(fù)線的回復(fù)信號(hào)，由回復(fù)緩沖器緩沖并鎖存。在鍵盤工作方式中，回復(fù)線作為行列式鍵盤的行列輸入線。在逐行掃描時(shí)，回復(fù)線用來(lái)搜尋每一行列中閉合的鍵。當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，去抖電路被置位，延時(shí)等待100ms后，在檢驗(yàn)該鍵是否閉合，并將該鍵的地址和附加的位移、控制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)被送入8279內(nèi)部FIF0（先進(jìn)先出）存儲(chǔ)器。8279的引腳及功能如圖所示：D0~D7（數(shù)據(jù)總線）：雙向、三態(tài)總線和系統(tǒng)數(shù)據(jù)相連，用于CPU和8279間的數(shù)據(jù)/命令傳送。CLK（系統(tǒng)時(shí)鐘）：輸入線，為8279提供內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。RESET（復(fù)位）：輸入線，當(dāng)RESET=1時(shí)，8279復(fù)位，其復(fù)位狀態(tài)為：16字符顯示，編碼掃描鍵盤-雙鍵鎖定。CS（片選）：輸入線，當(dāng)CS=0時(shí)8279被選中，允許CPU對(duì)其讀、寫，否則被顯示。A0（數(shù)據(jù)選擇）：輸入線，當(dāng)A0=1時(shí)CPU寫入數(shù)據(jù)為命令字，讀出數(shù)據(jù)為狀態(tài)字，A0=0時(shí)CPU讀、寫的字節(jié)均為數(shù)據(jù)。RD、WR（讀、寫信號(hào)）：輸入線，低電平有效，來(lái)自CPU的控制信號(hào)，控制8279的讀、寫操作。IRQ（中斷申請(qǐng)）：輸出線。高電平有效。SL0~SL3（掃描線）：輸出線。用來(lái)掃描鍵盤和顯示器，它們可以編程設(shè)定為編碼（4中取1）或譯碼輸出。RL0~RL7（回復(fù)線矩陣或傳感器矩陣的列（或行）信號(hào)輸出線。SHIFT（移位信號(hào)）：輸出線，高電平有效，該輸入信號(hào)是8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位。CNTL/STB（控制/選通）：輸入線，高電平有效。OUTA0~OUTA3（A組顯示信號(hào)）：輸出線這兩組都是顯OUTB0~OUTB3（B組顯示信號(hào)）：輸出線示信號(hào)輸出線，與多位數(shù)字顯示的掃描線SL0~SL3同步。BD（顯示消隱）：輸出線，低電平有效，該信號(hào)在數(shù)字切換顯示或使用消隱命令時(shí)，將顯示消隱。LED顯示及顯示器接口：LED顯示器的結(jié)構(gòu)與原理：LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字端的顯示器件，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED，這種顯示塊有共陰極與供陽(yáng)極之分，共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，如圖（a）當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮共陽(yáng)極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽(yáng)極并接如圖（b）所示通常的七段LED顯示塊中共有八個(gè)發(fā)光二極管，故也有人叫做八段顯示塊，其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形“8”，一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。七段二極管與單8279接口很容易，這要將3.8譯碼器中8位并行口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)為段選碼。共陽(yáng)極與共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。LED在靜態(tài)顯示下，共陰極或共陽(yáng)極點(diǎn)連接在一起接地或+5V。鍵盤：是為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)，行列式鍵盤又叫做矩陣式鍵盤。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行、列的交點(diǎn)上。行列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。當(dāng)航線通過(guò)上拉電阻接+5V時(shí)，被鉗為在高電平狀態(tài)。鍵盤中有無(wú)按鍵按下時(shí)由列線送如全掃描字、行線讀入行線狀態(tài)來(lái)判斷的，當(dāng)有鍵按下時(shí)，8279送出中斷信號(hào)，請(qǐng)求CPU進(jìn)行按鍵處理。機(jī)器人的示教系統(tǒng)：系統(tǒng)采用示教盒示教機(jī)器人的作業(yè)信息，通過(guò)串行通行將示教信息送到CPU進(jìn)行處理，形成用戶程序，供再現(xiàn)解釋執(zhí)行。用戶程序的記述為了盡可能使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，將作業(yè)任務(wù)以規(guī)定的字符表示，通過(guò)示教盒的按鍵輸入到主機(jī)中。示教信息的表示和存儲(chǔ)機(jī)器人的作業(yè)任務(wù)是以步為單位示教的，在一步中，可能示教一種或12種功能，在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行哪一步需要根據(jù)當(dāng)前步的內(nèi)容和條件加以判斷因此一步中的內(nèi)容屬于隨機(jī)文件，應(yīng)以定長(zhǎng)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。示教系統(tǒng)的硬件示教盒體積很小，重量輕，時(shí)最小的微機(jī)系統(tǒng)，電路簡(jiǎn)單，有與主件的硬件相似，有微機(jī)處理器8031、內(nèi)存RAM和EPROM以及存器組成ROM為2764A，占有空間8K×8，RAM為6264占有空間8K×8，鎖存器為74LS373，除了有鍵盤掃描與顯示電路之外，還有串行通訊電路，實(shí)現(xiàn)與主CPU板串行通訊，采用RS-232C接口電平調(diào)整芯片完成串行通行電路。RS-232信號(hào)線提供15m以內(nèi)單端線路的單間數(shù)據(jù)傳輸，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為20KB/s，邏輯口電平必須超過(guò)5V，不能高于15V。邏輯1電平必須低于-5V，但不能低于-15V。目前，RS-232C與TTL的電平轉(zhuǎn)換最常用的芯片是1488、1489，其作用除了電平調(diào)整外，還實(shí)現(xiàn)正負(fù)邏輯電平的轉(zhuǎn)換。1488由于3個(gè)與非門和1個(gè)反相器構(gòu)成，供電電壓為±15V或±12V，輸入為TTL電平，輸出為RS-232C電平。1489由4個(gè)反相器組成，輸入為RS-232C電平，輸出為TTL電平，電源電壓為+5V。1489中每一個(gè)反向器都由一個(gè)控制端，既可以作為RS-232C操作的控制端，也可以把它接到電壓源上，用來(lái)改變輸入門限特性。器作用除了電平調(diào)整外還實(shí)現(xiàn)正負(fù)邏輯電平的轉(zhuǎn)換。如果一旦停電，主機(jī)里面的程序就會(huì)丟失，為了避免這一結(jié)構(gòu)，故采用6264芯片的CE2引腳，進(jìn)行掉電保護(hù)，通常正常工作時(shí)，須將此引腳保持高電平，當(dāng)把該引腳拉至小于或等于0.2V時(shí)，RAM進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，利用CE2引腳進(jìn)行掉電保護(hù)的電路圖如下：圖中U1、U2為電壓比較器，穩(wěn)壓管提供了一個(gè)基準(zhǔn)電壓Vr（Vr=3.5V）。故當(dāng)Vcc為+5V時(shí)，在R4上的分壓大于Vr，使U2輸出高電壓，這時(shí)U4輸出高電平，故CE2輸出為高電平，使6264RAM處于工作狀態(tài)，主機(jī)即可對(duì)RAM進(jìn)行存取。當(dāng)電源掉電時(shí)，Vcc開(kāi)始下降，當(dāng)滿足以下條件時(shí)：R4*Vcc／（R4+R3）∥（R5+R6）≥VrU2輸出低電平，通過(guò)U5、U6使CE輸出≤0.2V，RAM進(jìn)入數(shù)據(jù)保護(hù)狀態(tài)，按圖中所給參數(shù)計(jì)算，當(dāng)Vcc降到4.7V時(shí)，U3輸出為低電平。若Vcc繼續(xù)下降到小于E時(shí)，使D2截止，D1導(dǎo)通，這時(shí)E作為備用電池使用。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)重新加電時(shí)，Vcc由零變到+5V，U2的輸出端會(huì)出現(xiàn)瞬間干擾脈沖，由于U3和U4間電路的積分延時(shí)（約0.7RC），CE不會(huì)立即開(kāi)到高電平。從而抑制了干擾脈沖，抵擋延時(shí)結(jié)束時(shí)，電源電壓已穩(wěn)定在+5V，使CE2成為高電平，6264轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，單片機(jī)可對(duì)其進(jìn)行讀/寫。圖中U3~U6為一塊CMOS回旋密特與非門（CD4093），該芯片直接由備用電源供電，這樣才能保證掉電后使CE2≤0.2V，并且重新上電時(shí)CE2不受電源電壓缺變的干擾。比較器U1、U2由Vcc供電，U1為后備電源E的電壓監(jiān)測(cè)電路，當(dāng)備份電池耗至3.5V以下，發(fā)光二極管發(fā)亮，表示要更換電池，備份電源可用5號(hào)電池或鋰電池。另則主機(jī)8031上采用了掉電保護(hù)，用555與P1.0,RST與Vcc連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于8259A可編程中斷控制器編程實(shí)例：設(shè)8259A為完全嵌套工作方式。中斷入口地址間隔為4個(gè)字節(jié)，IR0的入口地址為0260H時(shí)，則8259A的初始化程序如下：CLREA8031CPU禁止中斷MOVR0，#00H送ICW1（A0=0，CS=0A0=0）MOVA，#76H（0111011013），設(shè)ICW1命令字MOVX@R0，AICW1命令字送入8259AMOVR0，#01H，送ICW2（A0=1，CS=A0=0）MOVA，#02H，中斷入口的高8字節(jié)地址為02HMOVX@R0，A，送ICW2命令字入8259ASETBEA，8031CPU中斷允許SETBIT0，8031選擇INT0為負(fù)跳變觸發(fā)SETBEX0，8031允許INT0中斷8259A中斷服務(wù)程序流程圖如下：程序清單如下：ORG0003HINTO:PUSHPSW，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)