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）題目經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)專業(yè)自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用）班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師起迄日期設(shè)計(jì)地點(diǎn)_GRADUATIONDESIGNTHESISHARDWAREDESIGNOFECONOMICNCDRILLINGMACHINEBYHUANGLIGANGSUPERVISEDBYASSOCIATEPROFHUAMAOFADEPARTMENTOFAUTOMATIONENGINEERINGNANJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGYJUNE,2007海量機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)，請(qǐng)聯(lián)系Q99872184I摘要本文介紹了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)方法。該控制系統(tǒng)以8031為主CPU，用它來(lái)控制整個(gè)數(shù)控鉆床的工作,另外選用89C2051作從CPU，實(shí)現(xiàn)對(duì)八位LED動(dòng)態(tài)顯示電路的控制。主CPU8031擴(kuò)展了外部程序存儲(chǔ)器27256和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264，外部程序存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)程序；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放加工程序和數(shù)控系統(tǒng)處理的中間數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)用8155來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)接口電路的擴(kuò)展。數(shù)控鉆床的MDI方式包括手動(dòng)、自動(dòng)、空運(yùn)行、回零、編輯等，它的擴(kuò)展本設(shè)計(jì)選用了8255芯片的PA口。步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)由8031發(fā)出，通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)，由74LS273D觸發(fā)器向外發(fā)送。利用8155和8255的剩余口進(jìn)行輸入輸出接口電路的擴(kuò)展。各芯片間信息的相互傳遞，通過(guò)數(shù)據(jù)總線和控制總線來(lái)實(shí)現(xiàn)。加之以相應(yīng)的軟件，此系統(tǒng)就構(gòu)成了完整的數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)。它不僅可以作為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床的控制系統(tǒng)，還可用作對(duì)普通鉆床的數(shù)控改造。在國(guó)內(nèi)的中小企業(yè)將有一定的應(yīng)用市場(chǎng)。關(guān)鍵詞數(shù)控鉆床；控制系統(tǒng)；電路設(shè)計(jì)；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）IIABSTRACTINTHISPAPER,THEDESIGNOFECONOMYNUMERICALCONTROLSYSTEMFORDRILLINGMACHINEISINTRODUCEDA8031USEDASTHEHOSTCPU,THECONTROLSYSTEMCONTROLSTHEENTIRENUMERICALDRILLINGMACHINEANOTHERMCU,89C2051,ISUSEDASTHESLAVECPUTOACHIEVETHECONTROLOFLEDANEXTERNALROM27256ANDARAM6264WASUSEDTOSTORESYSTEMPROGRAMANDTHEMACHININGDATASEPARATELYANDTHEKEYBOARDFUNCTIONWASREALIZEDWITHAN8155THEMDIFUNCTIONOFTHENCDRILLINGMACHINEINCLUDINGMANUALANDAUTOMATICOPERATION,RETURNINGTOZERO,EDITINGANDSOON,WHICHWEREREALIZEDWITHTHEPAPORTOFA8255CHIPTHECONTROLSIGNAL,WITHWHICHTHESTEPMOTORISDRIVEN,WASGENERATEDWITHAMCU,8031,ANDTRANSMITTEDWITHADLATCH74LS273OTHERPORTSOF8155AND8255WEREUSEDFORTHEI/OSIGNALOFTHENCSYSTEMTHEINFORMATIONEXCHANGEOFDIFFERENTCHIPSWASREALIZEDWITHTHEDATABUSANDTHECONTROLBUSWITHADEQUATESOFTWARE,THISSYSTEMCANBEINTEGRATEDTONCSYSTEMOFADRILLINGMACHINEORUSEDINTHERECONSTRUCTIONOFUNIVERSALDRILLINGMACHINESOITWILLFINDITSWIDELYUSAGEINTHEMARKETSOFMIDDLEORSMALLENTERPRISEKEYWORDSNUMERICALCONTROLDRILLINGMACHINESCONTROLSYSTEMDESIGNOFCIRCUIT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）III目錄第一章緒論111引言112選題背景與意義113研究現(xiàn)狀214本文的結(jié)構(gòu)3第二章數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)421設(shè)計(jì)總體思路及結(jié)構(gòu)522數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)主CPU的選擇523控制系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)624存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)725鍵盤(pán)擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)1126顯示電路設(shè)計(jì)14261八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路14262十六段數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路2127輸入/輸出信號(hào)接口電路設(shè)計(jì)2228步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出接口電路設(shè)計(jì)2529譯碼電路設(shè)計(jì)25第三章控制系統(tǒng)電路原理圖以及PCB圖的繪制2731電路原理的圖繪制2732PCB圖的繪制28第四章結(jié)論3041論文總結(jié)3042感想30致謝32參考文獻(xiàn)33附錄A英文資料34附錄B英文資料翻譯41附錄C硬件設(shè)計(jì)PCB圖48附錄D硬件設(shè)計(jì)原理圖及光盤(pán)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）IV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）41第一章緒論11引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。目前我國(guó)機(jī)床總擁有量約為400萬(wàn)臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床只有8萬(wàn)多臺(tái)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)等制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)床數(shù)控化率20以上的水平。主要表現(xiàn)在設(shè)備老化陳舊、自動(dòng)化水平低、技術(shù)水平落后、勞動(dòng)生產(chǎn)率低，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。采用先進(jìn)的工藝設(shè)備，逐步增加數(shù)控機(jī)床所占比重，已經(jīng)成為我國(guó)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，也是企業(yè)走出困境、提升水平，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的必由之路。提高機(jī)床數(shù)控化率有兩個(gè)途徑（1）購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床；（2）把普通型的舊機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床。目前我國(guó)的普通鉆床仍占很大比重，所以才會(huì)出現(xiàn)上述的大量求購(gòu)意向，而且還有的小型企業(yè)不愿廢棄原有的普通鉆床，想要在已有的普通鉆床基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控改造，這都需要開(kāi)發(fā)適合普通機(jī)床改造的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。12選題背景與意義由于我國(guó)現(xiàn)處于社會(huì)主義初級(jí)階段，經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)而言比較落后，普通鉆床占據(jù)著國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的市場(chǎng)，而普通鉆床有著很大的弊端，如精度方面達(dá)不到要求，工作效率比較低。所以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床以及對(duì)普通鉆床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床改造，在國(guó)內(nèi)還是有著十分廣闊的前景。本設(shè)計(jì)選用了8031單片機(jī)作為核心，開(kāi)發(fā)通用型數(shù)控鉆床的控制系統(tǒng)。它具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)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）421）開(kāi)發(fā)成本低。8031單片機(jī)芯片的價(jià)格（10元左右）相對(duì)現(xiàn)在比較前沿的EDA板（200元左右）而言有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。2）電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。3）通用性好。相對(duì)于傳統(tǒng)的由純硬件組成的普通鉆床控制電路而言，它的控制信號(hào)是由芯片發(fā)出的，所以它的控制系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)。它不但能用做經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床的控制系統(tǒng)，而且可以用來(lái)對(duì)普通鉆床進(jìn)行數(shù)控改造。所以此課題有一定的研究?jī)r(jià)值，能取得一定的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)意義。13研究現(xiàn)狀隨著科技發(fā)展的日新月異，新一代的CPU及控制算法不斷推陳出新，目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，較傳統(tǒng)相比，各方面都有很大的提高。1高速高精高效化速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。2柔性化包含兩方面數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。3工藝復(fù)合性和多軸化以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)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）43前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。4智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系。14本文結(jié)構(gòu)本文以數(shù)控鉆床硬件電路的研發(fā)工程項(xiàng)目為應(yīng)用背景，對(duì)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行了研究。全文共分為四章，各章的主要內(nèi)容如下第一章扼要地介紹了國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)與研究背景；第二章分模塊地介紹了整個(gè)數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)的硬件電路及相關(guān)芯片的結(jié)構(gòu)與用法。第三章對(duì)怎樣用繪制軟件PROTEL99SE完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)的原理圖及PCB圖作了簡(jiǎn)單的介紹；第四章對(duì)數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了總結(jié)，給出了存在的問(wèn)題和進(jìn)一步研究的方向。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）44第二章數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)21設(shè)計(jì)的總體思路及結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)是以8031單片機(jī)為核心，開(kāi)發(fā)通用型數(shù)控鉆床的控制系統(tǒng)。從CPU選用了89C2051，用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)顯示電路進(jìn)行控制。之所以選擇8031單片機(jī)作為主CPU是因?yàn)樗鼉r(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，被廣泛地用于工程設(shè)計(jì)中。選用89C2051對(duì)動(dòng)態(tài)顯示進(jìn)行控制，不但節(jié)省了很多硬件，節(jié)約了成本，而且使8031主CPU不必花很多時(shí)間用在對(duì)顯示電路的控制上，從而使得此系統(tǒng)運(yùn)行更快，更穩(wěn)定?？傮w設(shè)計(jì)一共分為七個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的各功能。它們分別是（1）控制系統(tǒng)復(fù)位電路模塊包括上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)復(fù)位引腳獲得高電平，使系統(tǒng)復(fù)位。急停鍵和復(fù)位鍵按下時(shí)都可以使系統(tǒng)復(fù)位，急停時(shí)還可使CPU進(jìn)入中斷程序保存有用的數(shù)據(jù)。（2）存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路模塊選用2725632KB程序存儲(chǔ)器對(duì)8031進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展，用74LS373對(duì)8031的低八位地址進(jìn)行鎖存，與高七位地址組合得到十五位地址，即可對(duì)27256的地址進(jìn)行選擇。選用62648KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展，用138對(duì)它進(jìn)行片選。（3）鍵盤(pán)擴(kuò)展電路模塊它分為兩部分，分別是8031P1口手動(dòng)鍵盤(pán)擴(kuò)展和8155矩陣鍵盤(pán)擴(kuò)展。P1口用于手動(dòng)鍵盤(pán)的輸入端，分別控制，X軸、Y軸、Z軸以及起動(dòng)、停止、超程報(bào)警，用8155的PA口和PC口擴(kuò)展了40個(gè)按鈕的矩陣鍵盤(pán)。（4）顯示電路模塊分為動(dòng)態(tài)顯示電路和靜態(tài)顯示電路。四排動(dòng)態(tài)顯示由89C2051來(lái)控制，它用來(lái)顯示數(shù)字字符。十六位靜態(tài)顯示是由8031主CPU控制的，它用來(lái)顯示英文字符。（5）輸入輸出接口電路擴(kuò)展模塊它分為8255擴(kuò)展電路和8155I/O信號(hào)接口電路。8255的PA口作為MDI（自動(dòng)運(yùn)行、空運(yùn)行、回零、編輯、手動(dòng)）方式的輸入端，PB口和PC口用于CPU與外部信號(hào)的收發(fā)。8155的PB口用于CPU與外部信號(hào)的聯(lián)絡(luò)。（6）步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出模塊8031的脈沖信號(hào)通過(guò)74LS245總線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，由74LS273向外發(fā)送步進(jìn)電機(jī)脈沖。（7）74LS138譯碼電路8031通過(guò)74LS138譯碼得到各芯片的片選地址，加上相應(yīng)的讀寫(xiě)信號(hào)，從而控制整個(gè)數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)。圖21為整體系統(tǒng)模塊構(gòu)成框圖。16段LED靜態(tài)顯示電路6264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）45圖21模塊構(gòu)成框圖22控制系統(tǒng)主CPU選擇作為主CPU的8031是本設(shè)計(jì)的核心芯片。MCS51系列中，各種廉價(jià)的普及型8031單片機(jī)為我國(guó)單片機(jī)技術(shù)的普及、推廣做出了巨大貢獻(xiàn)。8031具有價(jià)格低、功能強(qiáng)、使用靈活、開(kāi)發(fā)方便等特點(diǎn)，輸入輸出口也夠用，所以能用于數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；而本人在大學(xué)課程中的單片機(jī)和微機(jī)原理兩門(mén)專業(yè)課，都對(duì)此芯片作了詳細(xì)的介紹。因此我選用8031單片機(jī)作為此系統(tǒng)的核心CPU。18031單片機(jī)的特點(diǎn)1）具有功能很強(qiáng)的8位中央處理單元（CPU）；2）片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（12MHZ），每執(zhí)行一條指令的時(shí)間為14S3）片內(nèi)具有128字節(jié)的RAM；4）具有21個(gè)特殊寄存器；5）可擴(kuò)展64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器；6）具有4個(gè)I/O口，32根I/O線；7）具有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；8）具有5個(gè)中斷源，配備2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；9）具有一個(gè)全雙功串行接口；動(dòng)態(tài)顯示8031主CPU272568155矩陣鍵盤(pán)I/O信號(hào)的收發(fā)74LS2458255至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)MDI方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)74LS373收發(fā)信號(hào)電路2051手動(dòng)鍵盤(pán)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）4610）具有位尋址能力，適合邏輯運(yùn)算。從上述特性可以看出這種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)控制系統(tǒng)。28031引腳功能8031一共有40個(gè)引腳，見(jiàn)圖22,其中VCC40腳接5V電壓，VSS接地。XTAL119腳和XTAL218腳接外部晶振的信號(hào)（我選擇的晶振頻率為12MHZ），即把外部振蕩器的信號(hào)直接連到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。ALE30腳允許地址鎖存引腳，用于鎖存地址的低字節(jié)。它可用作對(duì)外輸出時(shí)鐘，或用于定時(shí)。PSEN29腳外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)引腳。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效。在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次信號(hào)將不出現(xiàn)。此引腳可驅(qū)動(dòng)八個(gè)TTL門(mén)電路。EA31腳對(duì)于8031而言此引腳必須接地，這樣才能選擇外部程序存儲(chǔ)器27256。P1口（1腳8腳）是八位準(zhǔn)雙向I/O口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻，輸出也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL負(fù)載。在此模塊中P1口用來(lái)進(jìn)行手動(dòng)控制主軸進(jìn)給。由于此鉆床系統(tǒng)為三軸控制（Z，Y，Z），加上啟動(dòng)與暫?？冢ǔ膛c暫停共用一個(gè)端口），P1口的8個(gè)輸入端都被充分利用。P2口（21腳28腳）是八位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為高8位地址總線，送出高八位地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL負(fù)載。P3口（10腳17腳）是八位準(zhǔn)雙向I/O口。P3能驅(qū)動(dòng)四個(gè)TTL負(fù)載。它作為第一功能使用時(shí)，即作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表21所示。表21P3口第二功能表引腳第二功能P30RXD串行口輸入端串行P31TXD串行口輸出端P32INTO外部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效P33INT1外部中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效P34T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端P35T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端P36WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端，低電平有效P37RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4723控制系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在RST9腳引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路可分為系統(tǒng)上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，如圖22所示，系統(tǒng)上電瞬間電容C1和C4充電，與非門(mén)的兩個(gè)輸入端為低電平，輸出高電平使系統(tǒng)復(fù)位。按下“復(fù)位”按鈕與“急?！卑粹o都可使系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)按下復(fù)位按紐時(shí)，與非門(mén)“2”號(hào)引腳經(jīng)電阻分壓所得低電平，使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)急停鍵沒(méi)按下時(shí)，此端管腳處于高電平，即與非門(mén)的一個(gè)管腳“1”為高電平，此時(shí)若連接與非門(mén)的另一個(gè)管腳的復(fù)位按鈕沒(méi)按下，則“2”號(hào)引腳也為高電平，兩個(gè)高電平與非所得低電平，8031不復(fù)位。若按下急停鍵，與之連接的二極管導(dǎo)通，“1”號(hào)引腳為低電平，此時(shí)無(wú)論復(fù)位按鈕有沒(méi)有按下，與非門(mén)的輸出端為高電平，使8031復(fù)位，同時(shí)INTO的輸入端口為低電平，向CPU申請(qǐng)中斷。2圖22控制系統(tǒng)復(fù)位電路圖24存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)圖23為存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路模塊，該模塊除了8031外，還用到74LS373、74LS138、27256、6264四個(gè)主要芯片。由于本系統(tǒng)是采用8031作為主CPU，所以必須外接一個(gè)ROM。而南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4827256EPROM是具有紫外線可擦除，可編程功能的只讀存儲(chǔ)器,當(dāng)它置于紫外線燈下照20MS以后，內(nèi)部?jī)?nèi)容變?yōu)槿?”，通過(guò)編程器將程序代碼寫(xiě)入后消息不會(huì)丟失，可靠性很高。所以本模塊選擇它作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片。其引腳意義如下AOA14地址輸入線。因?yàn)?7256一共有15根地址線，所以A15號(hào)地址線沒(méi)有選用，設(shè)取值為“0”。27256地址范圍見(jiàn)下表22。表22程序存儲(chǔ)器地址表D0D7為三態(tài)數(shù)據(jù)總線（有時(shí)用O0O7表示）。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)為高阻抗。OE為讀選通信號(hào)輸入線，低電平有效，它與8031的PSEN外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)相連。8031從27256取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期PSEN兩次有效，即OE引腳兩次出現(xiàn)低電平。在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次信號(hào)將不出現(xiàn)。編程電源輸入線VPP（此模塊中VPP接5V，電壓通過(guò)電容與片選信號(hào)CE隔離）。片選信號(hào)CE，低電平有效，此時(shí)CE接地，選中27256。由于27256的地址線為15位，而主CPU8031的ADOAD7是分時(shí)復(fù)用的，所以必須有一個(gè)地址鎖存器，鎖存低八位地址。由于我在大學(xué)課本中只接觸到74LS373一種地址鎖存器，所以選擇它來(lái)進(jìn)行地址鎖存。其管腳中D0D7為數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q7為數(shù)據(jù)輸出端，OE為輸出控制端，當(dāng)OE為低電平時(shí)，允許D0D7輸出到Q0Q7上，當(dāng)OE為高電平時(shí)，輸出線為浮空狀態(tài)，此模塊中OE接地，使74LS373一直有效。LE為數(shù)據(jù)輸入控制線，當(dāng)LE為高電平時(shí)，輸出端Q0Q7和輸入端D0D7的狀態(tài)相同，當(dāng)LE為低電平時(shí)下降沿，輸入端D0D0的數(shù)據(jù)鎖入到Q0Q7的8位鎖存器中。在此鉆床控制系統(tǒng)中，主控程序都被固化在27256EPROM中，主CPU通過(guò)運(yùn)地址線A15A14A13A12A11A1A0地址00000000000H00000010001H00000100002H01111107FFEH01111117FFFH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）49行其中程序來(lái)對(duì)整個(gè)鉆床系統(tǒng)進(jìn)行控制。而數(shù)控鉆床在運(yùn)行過(guò)程中將其正在執(zhí)行的程序和各種計(jì)算的結(jié)果存儲(chǔ)到RAM中，8031內(nèi)部128B的RAM顯然是不夠的。所以必須外擴(kuò)一個(gè)RAM。圖23存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路圖本設(shè)計(jì)選擇采用半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展。之所以選擇SRAM，是因?yàn)榭紤]到它與DRAM相比抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)需刷新邏輯電路就可以保持?jǐn)?shù)據(jù)信息的不丟失。在SRAM系列中，容量為8KB的6264作為本設(shè)計(jì)的外擴(kuò)RAM較為合適，其中A0A12地址輸入線。D0D7雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線，有時(shí)用00O7表示。CS1片選通信號(hào)輸入線，低電平有效，此信號(hào)與138的Y5相連，經(jīng)譯碼得出6264的地址范圍。地址范圍見(jiàn)表23。OE讀選通信號(hào)輸入線，低電平有效，它與8031的RD相連。WE讀選通信號(hào)輸入線，低電平有效，它與8031的WR連接。VCC工作電源5V。GND線路接地。圖中6264的CS，為第二片選信號(hào)，高電平有效。CS1,CE0選中6264。在此模塊中因?yàn)镃S所需的高電平為33V,而系統(tǒng)所能提供的為5V，所以必須接表23數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址表地址線A15A14A13A12A1A0地址南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）50101000A0OOH101001A001H101110BFFEH101111BFFFH一分壓電路，見(jiàn)下圖24。兩個(gè)電阻R1和R2的阻值分別為51K和10K，經(jīng)計(jì)算CS端口分壓所得電壓約為33V。又因?yàn)?264是隨機(jī)存儲(chǔ)器，所以如果不外接電源，系統(tǒng)一但掉電，其中的數(shù)據(jù)將會(huì)丟失，為了保存其中有用的數(shù)據(jù)，本模塊還設(shè)計(jì)了掉電保護(hù)電路。如圖25所示，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有掉電時(shí)，上面的二極管導(dǎo)通，由于干電池的電壓小于5V，所以下面的二極管截止，6264由系統(tǒng)供電。當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，下面的二極管導(dǎo)通，6264由干電池供電。CS2圖24分壓電路圖25掉電保護(hù)電路25鍵盤(pán)擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)數(shù)控鉆床的控制系統(tǒng)需要一個(gè)人機(jī)對(duì)話裝置，這種人機(jī)對(duì)話裝置通常采用鍵盤(pán)和顯示器。顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)人機(jī)對(duì)話中常用的輸出裝置，鍵盤(pán)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中人機(jī)對(duì)話常用的輸入裝置。鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)有兩類，一類是獨(dú)立式鍵盤(pán)，另一類是矩陣式鍵盤(pán)。本系統(tǒng)中我用8155擴(kuò)展了一個(gè)四十個(gè)按鈕的矩陣式鍵盤(pán)見(jiàn)圖26,用8031的P1口擴(kuò)展了一個(gè)八按鈕的獨(dú)立式鍵盤(pán)（見(jiàn)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）5128）。下面對(duì)鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。18155鍵盤(pán)擴(kuò)展電路8155鍵盤(pán)擴(kuò)展電路可分為四部分矩陣式鍵盤(pán)，8155芯片，上拉電阻，74LS466。如圖26所示，矩陣式鍵盤(pán)的按鍵觸點(diǎn)接于由行、列母線構(gòu)成的矩陣電路的交叉處，每當(dāng)一個(gè)鍵按下時(shí)，通過(guò)該鍵將相應(yīng)的行、列母線連通。8155的PA口作為輸出口，輸出鍵盤(pán)的掃描信號(hào)，C口作為輸入口，用來(lái)接收鍵盤(pán)讀入的信號(hào)。根據(jù)按下鍵的不同，產(chǎn)生的鍵值也不同，一個(gè)鍵對(duì)應(yīng)于一個(gè)鍵值，事實(shí)上每個(gè)鍵的輸出與輸入的組合是唯一的，只要按下一個(gè)鍵，那么就可以得到一個(gè)鍵的編碼值，這個(gè)值由軟件控制，不同的鍵，編碼值是不同的。矩陣式鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是它能最大化地利用可編程I/O設(shè)備的端口。很好地滿足多鍵值鍵盤(pán)設(shè)計(jì)的需要。在本模塊中，鍵盤(pán)電路用到了8155的8個(gè)PA口和5個(gè)PB口，擴(kuò)展了40個(gè)鍵值的矩陣式鍵盤(pán)。圖268155鍵盤(pán)擴(kuò)展電路模塊（1）8155地址的分配雙向地址數(shù)/據(jù)線AD0AD7，分時(shí)傳送但單片機(jī)和8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信息。在地址鎖存信號(hào)ALE下降沿將AD0AD7上的低8位地址、RAM/IO口選擇信息鎖存。因此，MCS51單片機(jī)的P0口輸出的低8位地址不需要再外接鎖存器。IO/M0時(shí)單片機(jī)選擇8155中的RAM讀/寫(xiě)，AD0AD7上地址為RAM單元地址；IO/M1，單片機(jī)選擇8155寄存器或端口，地址分配見(jiàn)下表25。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）52表258155地址分配表由于CE片選信號(hào)在此模塊中連接74LS138的Y4（圖221），IO/M端接A12，所以根據(jù)表25，可得此8155端口的具體地址表見(jiàn)表26。表268155口具體地址分配表命令狀態(tài)寄存器9000HA口地址9001H此處刪減NNNNNNNNNNNNNNNN字需要整套設(shè)計(jì)請(qǐng)聯(lián)系Q99872184。以被改變，但只有滿足建立條件的信息才能進(jìn)入。時(shí)鐘控制發(fā)生在時(shí)鐘輸入由低電平到高電平的躍變上。為了減小傳輸線效應(yīng)，所有輸入端均采用二極管鉗位。圖21274LS164引腳圖在本模塊中，A口B口同時(shí)從89C2051的P30口引入，這就保證了，在時(shí)鐘信號(hào)上升沿時(shí)被移入的數(shù)據(jù)Q0為P30口的數(shù)據(jù)。第二個(gè)74LS164的A、B端CEIO/MA7A6A5A4A2A1A0所選端口01000命令/狀態(tài)寄存器01001A口01010B口01011C口01100計(jì)數(shù)器低八位01101計(jì)數(shù)器高八位00RAM單元A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0所選端口1001000000000000命令/狀態(tài)寄存器1001000000000001A口1001000000000010B口1001000000000011C口1001000000000100計(jì)數(shù)器低八位1001000000000101計(jì)數(shù)器高八位1000000000000000RAM單元南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）53接第一個(gè)74LS164的Q7，第三個(gè)，第四個(gè)74LS164與此類似，四個(gè)時(shí)鐘信號(hào)連接在一起，這樣做的目的是，被引入的數(shù)據(jù)可以逐位地從上一個(gè)74LS164移位到下一個(gè)74LS164，89C2051可以一次送一列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。74LS164的功能表見(jiàn)表27表2774LS164功能表474LS138譯碼器74LS138地址譯碼器，在本設(shè)計(jì)中一共用到兩個(gè)。此時(shí)是利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)六列LED共陰極數(shù)碼管公共端分時(shí)選中，進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，圖213為74LS138引腳圖。圖21374LS138引腳表283線8線譯碼器74LS138的功能本模塊中74LS138的六個(gè)輸出端Y0Y5通過(guò)74LS465分別與LED的位選端連接,所以當(dāng)輸出端出現(xiàn)一個(gè)低電平時(shí),一列LED同時(shí)被選中?！?”、“5”號(hào)引腳共同接地，“6”號(hào)引腳接5V高電平，使它的使能端有效。5LED八段數(shù)碼管輸入輸出清零時(shí)鐘ABQ0Q1Q7LLLLHLQ00Q10Q70HHHHQ0NQ6NHLLQ0NQ6NHLLQ0NQ6N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）54LED八段數(shù)碼管是本設(shè)計(jì)中使用最多的器件，因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的鉆床系統(tǒng)是三坐標(biāo)進(jìn)給的，共需三排LED進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，加上一排程序顯示（字母用一個(gè)十六位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示）所以總共需要四排LED數(shù)碼管。而鉆床工作臺(tái)的行程一般不會(huì)超過(guò)一米，即顯示的最大字符為“99999”MM,加上第一位符號(hào)位，所以每排六個(gè)LED數(shù)碼管已能滿足要求。所以一共用圖214LED八段數(shù)碼管管腳圖到了24個(gè)八段LED數(shù)碼管。圖214為L(zhǎng)ED八段數(shù)碼管的管腳圖，在本模塊中把“3”和“8”管腳相連接，與74LS465的輸出端相連，每個(gè)位選端連接一與5V電壓相連的上拉電阻，且與74LS164的反向輸出端相連。當(dāng)74LS138譯碼出一個(gè)低電平時(shí)，連接此引腳的列數(shù)碼管被選中。674LS273D觸發(fā)器（帶清零）圖215為74LS273管腳圖，本模塊中，它的輸入端接經(jīng)總線驅(qū)動(dòng)后的數(shù)據(jù)信號(hào)，輸出端接89C2051的輸入端，“1”號(hào)清零引腳接高電平，不讓它處于清零狀態(tài)。時(shí)鐘信號(hào)輸入端，見(jiàn)圖216，與一個(gè)或門(mén)的輸出端連接，或門(mén)的輸入端為74LS138譯碼器的Y1腳和寫(xiě)允許信號(hào)。74LS273功能表見(jiàn)表29。表2974LS273功能表圖21574LS273管腳輸入輸出清零時(shí)鐘DQLH上升沿HH上升沿LHLLHLQ（鎖存）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）55圖21674LS273地址選擇圖由上表29和圖216可知，當(dāng)A0A15為0010,0100,0000,0000B即2400H時(shí)（沒(méi)有用到的地址線都為0），且寫(xiě)信號(hào)由低向高跳變時(shí)，“11”號(hào)引腳出現(xiàn)上升沿，觸發(fā)數(shù)據(jù)由D端送入Q端。時(shí)序如圖217所示。地址數(shù)據(jù)寫(xiě)信號(hào)圖217時(shí)序波形圖由圖216可以看出，74LS273的時(shí)鐘信號(hào)接89C2051的中斷請(qǐng)求信號(hào)口P32。如圖217所示，當(dāng)?shù)刂沸盘?hào)與寫(xiě)信號(hào)同時(shí)為低電平時(shí)（此時(shí)時(shí)鐘信號(hào)處于上升沿之前）中斷請(qǐng)求信號(hào)有效，89C2051進(jìn)入中斷程序，為接收數(shù)據(jù)作好準(zhǔn)備。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)，數(shù)據(jù)由74LS273引入，89C2051正確接收數(shù)據(jù)，并存貯。262十六段數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路相對(duì)動(dòng)態(tài)顯示電路而言，靜態(tài)顯示電路較簡(jiǎn)單。如圖218所示，此模塊中的16位靜態(tài)顯示主要用于本數(shù)控系統(tǒng)的英文字符顯示。8031主CPU對(duì)此靜態(tài)顯示模塊進(jìn)行顯示控制。圖218中273（UX8）和273（UX12）的時(shí)鐘信號(hào)分別接74LS138（U5）的Y0、Y7見(jiàn)圖221。經(jīng)計(jì)算UX8和UX12的地址分別為0000H和E000H。具體算法見(jiàn)下表210。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）56表21074LS273地址算法表因?yàn)?031為八位機(jī),所以要讓16位數(shù)碼管正確顯示，數(shù)據(jù)必須送兩次。如圖218所示，十六位數(shù)碼管的引腳接至兩個(gè)74LS273D觸發(fā)器的輸出端。當(dāng)?shù)谝淮嗡蛿?shù)據(jù)時(shí)74LS138選中一個(gè)74LS273，數(shù)碼管的一半引腳被選中，而此時(shí)74LS273的時(shí)鐘信號(hào)保持低電平，數(shù)碼管持續(xù)發(fā)光。第二次送數(shù)據(jù)時(shí)，74LS138選中另一個(gè)74LS273，剩下的一半數(shù)碼管被選中，且此74LS273持續(xù)低電平，數(shù)碼管持續(xù)發(fā)光，所以此時(shí)十六位數(shù)碼管正確顯示英文字符。圖21816段數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路27輸入輸出信號(hào)接口電路設(shè)計(jì)地址元件A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A12A1A0UX80000000000000000UX121110000000000000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）57輸入輸出信號(hào)接口電路在本系統(tǒng)中一共分為兩部分一部分為8255擴(kuò)展電路；另一部分為8155的PB口擴(kuò)展電路。下面首先介紹8255擴(kuò)展電路模塊。18255擴(kuò)展電路圖219為8255擴(kuò)展電路模塊，該模塊主要分為三部分8255芯片，上拉電阻，波段開(kāi)關(guān)?？删幊滩⑿蠭/O擴(kuò)展口8255，是本控制系統(tǒng)的一個(gè)重要芯片。它承擔(dān)著本數(shù)控系統(tǒng)與外設(shè)消息的交換。MDI自動(dòng)運(yùn)行、空運(yùn)行、回零、編輯、手動(dòng)方式也是通過(guò)它和主CPU通訊的。8255是通用可編程并行輸入/輸出接口芯片，通用性強(qiáng)且使用靈活、常用來(lái)實(shí)現(xiàn)MCS51系列單片機(jī)的并行I/O口擴(kuò)展。它是一個(gè)40引腳的雙列直插式集成電路芯片。8255的PA口有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器，在本模塊中A口是三個(gè)口中最為關(guān)鍵的一個(gè)端口，如圖219所示，它外接一個(gè)波段開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)撥在中間空擋位置時(shí)，PA各引腳通過(guò)上拉電阻引入高電平，當(dāng)撥在其中任意非空擋時(shí)，與此擋相連的PA引腳為低電平，選中此引腳；PB口有一個(gè)8位輸出鎖存/緩沖器，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器；PC口有一個(gè)8位的輸出鎖存/緩沖器，一個(gè)8位輸入緩沖器，在此模塊中PB口和PC口用于與外部控制信號(hào)（如PLC信號(hào)）相通信，其中PC口用于發(fā)送輸出信號(hào)，PB口用于接收輸入信號(hào)。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）58圖2198255擴(kuò)展電路8255分為A組和B組控制電路這是兩組根據(jù)CPU命令控制8255工作方式的控制電路，A組控制PA口和PC4PC7，B組控制PB口和PC0PC3。其中雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器是8255和CPU數(shù)據(jù)總線的接口。CPU和8255之間的命令，數(shù)據(jù)總線的傳送部分是通過(guò)雙向三態(tài)門(mén)總線緩沖器傳送的，D0D7接CPU的數(shù)據(jù)總線。（1）8255口地址選擇讀寫(xiě)和控制邏輯A0，A1，CS為8255的口選擇信號(hào)和片選信號(hào)，RD，WR為8255的讀寫(xiě)控制信號(hào)，這些信號(hào)分別與CPU的地址線和讀寫(xiě)信號(hào)線相連接，實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)8255的口選擇和數(shù)據(jù)傳送。這些控制信號(hào)的組合可以實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)8255的PA口，PB口，PC口和控制口的尋址。地址選擇見(jiàn)表211。表2118255的口地址選擇在本設(shè)計(jì)中A口、B口、C口和控制口的地址分別為6000H，6001H，6002H，6003H（沒(méi)有用到的地址線為0）。具體算法見(jiàn)表212表2128255端口地址表A1A0寄存器00輸出寄存器A（A口）01輸出寄存器B（B口）10輸出寄存器C（C口）11控制寄存器（控制口）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）59RESET復(fù)位信號(hào)，高電平有效，清除控制寄存器，8255處于基本操作狀態(tài)，置PA，PB，PC三個(gè)端口均為輸入方式。（2）8255的控制字和工作方式8255有三種可通過(guò)系統(tǒng)軟件來(lái)選擇的基本方式方式0基本的輸入輸出方式；方式1選通輸入輸出方式；方式2雙向傳送方式（僅用于PA口）。本模塊中A口為基本輸入方式，B口為基本輸出方式，C口為基本輸入方式。工作方式的選擇由方式控制字決定。8255的工作方式由CPU寫(xiě)入一個(gè)控制字到8255的控制寄存器來(lái)選擇，方式控制字格式如下控制字的低3位（D0D2）用以控制B組控制字的（D3D6）4位控制A組。由于PA口有3種工作方式，故由D6、D5兩位來(lái)控制D0控制C口（低4位）作為輸入還是輸出。D01，C口低4位為輸入；D00，C口低4位為輸出。D1控制B口作為輸入還是輸出。D11,B口為輸入；D10，B口為輸出。D2控制B組的工作方式。D21，B組工作在方式1；D20，B組工作在方式0。D3控制C口高四位為輸入還是輸出。D31，C口高四位為輸入；D30，C口高4位為輸出。D4控制A口為輸入輸出。D41，A口為輸入；D40，A口為輸出。D6、D500A口工作在方式001A口工作在方式11XA口工作在方式2寄存器A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0輸出寄存器A（A口）0110000000000000輸出寄存器B（B口）0110000000000001輸出寄存器C（C口）0110000000000010控制寄存器（控制口）0110000000000011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）60D7方式/置位D71表示方式選擇有效。在此模塊中A、B、C三口都工作于方式0狀態(tài)，C口不充當(dāng)聯(lián)絡(luò)信號(hào)。28155輸入輸出信號(hào)接口電路在圖26中，8155剩余的PB口用于輸入/輸出信號(hào)端口，當(dāng)沒(méi)有信號(hào)通過(guò)PB口時(shí)，PB口由于連接上拉電阻，八個(gè)端口都處于高電平狀態(tài)，當(dāng)它用做輸入端口時(shí)，若輸入高電平，上拉電阻上沒(méi)有電流，此時(shí)PB口為高電平，若輸入低電平，上拉電阻上形成電流，PB口為低電平。同理當(dāng)它作為輸出端口使用時(shí)，亦是如此。經(jīng)計(jì)算它的地址為9003H，CPU可以通過(guò)讀寫(xiě)它的地址來(lái)對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行操作。28步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出接口電路設(shè)計(jì)此模塊一共用到兩個(gè)芯片，分別是74LS245和74LS273。圖220為步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出接口電路模塊圖。74LS245是一種三態(tài)門(mén)8總線收發(fā)器/驅(qū)動(dòng)器，無(wú)鎖存功能。當(dāng)DIR等于1時(shí)，8位數(shù)據(jù)從A端傳送到B端。當(dāng)DIR等于0時(shí)，數(shù)據(jù)傳送方向相反。此時(shí)的DIR接高電平，為了免受信號(hào)干擾，中間接了一個(gè)01U的電容。當(dāng)使能信號(hào)G0時(shí)，允許傳送G1時(shí)，禁止傳輸，輸出為高阻態(tài)。此處的使能信號(hào)一直有效。由總圖可以看出，74LS138的Y2端和一個(gè)WR端經(jīng)一個(gè)或門(mén)輸出，輸出端接74LS273的時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)A15A0地址線分別為0100，0000，0000，0000B時(shí)74LS138的Y2輸出低電平，即它的地址為4000H。29譯碼電路設(shè)計(jì)圖221給出了74LS138的輸出端各端口的連接圖。8031通過(guò)片選信號(hào)寫(xiě)信號(hào)和讀信號(hào)對(duì)各芯片進(jìn)行讀寫(xiě)操作。圖220步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出模塊南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）61圖220步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出接口電路模塊圖圖22174LS138端口連接圖第三章控制系統(tǒng)電路原理圖以及PCB圖的繪制31電路原理圖的繪制在對(duì)整個(gè)數(shù)控鉆床硬件電路設(shè)計(jì)有了大概的方案以后，就需要繪制分模塊控制系統(tǒng)的電器原理圖。然后不斷改進(jìn)各模塊的設(shè)計(jì)方案，再把各模塊通過(guò)譯碼電路和數(shù)據(jù)信號(hào)與CPU相連，形成整體的數(shù)控鉆床硬件電路。繪制原理圖，以及生成PCB圖用的是PROTEL99SE。PROTEL99SE是PROTELTECHNOLOGY公司于1999年4月推出的EDA軟件。PROTEL99SE是一個(gè)全面、集成、全32位的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它提供了包括輸入原理圖設(shè)計(jì)、建立可編程邏輯器件、直接進(jìn)行電路混和信號(hào)的仿真、進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)和布線并保持電氣連接和布線規(guī)則、檢查信號(hào)完整性、生成一整套加工文件等電路設(shè)計(jì)過(guò)程中需要用到的方法和工具。1原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置在進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)之前，通常需要對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。如對(duì)原理圖環(huán)境參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以使用戶在設(shè)計(jì)過(guò)程中能按照自己的習(xí)慣操作，從而提高工作效率。（1）設(shè)置圖紙大小規(guī)程在總電路方面，考慮到所用器件較多我選擇的是南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）62A1號(hào)圖紙，具體操作為選擇“DESIGNOPTION”命令，打開(kāi)“DOCUMENTOPTION”對(duì)話框，對(duì)圖幅的設(shè)置將在此對(duì)話框中進(jìn)行。單擊“SHEETOPTION”選項(xiàng)卡中的“STANDARDSTYLE”欄，選擇“STANDARD”下拉列表框中的“A1”選項(xiàng)，就可將圖幅確定為A1。而在模塊電路設(shè)計(jì)中我用的是“B”號(hào)圖紙（2）設(shè)置圖紙柵格論文的篆寫(xiě)是在WORD文檔中進(jìn)行的，而此期間將會(huì)涉及從PROTEL中截取圖片的問(wèn)題。如果截取的圖片有柵格將會(huì)影響美觀。所以必須對(duì)柵格進(jìn)行設(shè)置。它的設(shè)置是在“DOCUMENTOPTION”對(duì)話框的“GRIDES”欄在進(jìn)行的,此向內(nèi)容包括兩個(gè)選項(xiàng)分別為“SNAPON”和“VISIBLE”。選中“SNAPON”復(fù)選框后，可使光標(biāo)以設(shè)定值。選中“VISIBLE”復(fù)位框后，可使圖紙界面上顯示可見(jiàn)的柵格，不選中時(shí)圖紙柵格不可見(jiàn)，可用作在WORD中截圖。2元器件的載入原器件的載入與編程是原理圖設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在原理圖編輯器中進(jìn)行原理設(shè)計(jì)時(shí)，必須依靠元件庫(kù)SCHLIB。實(shí)際上原理圖中的元件都是從元件庫(kù)中調(diào)入的。因此在載入元件之前，首先要知道元件所在的庫(kù)，然后將需要的元件庫(kù)裝入當(dāng)前的元件庫(kù)管理器中。在利用PROTEL繪制數(shù)控鉆床硬件電路時(shí)添加和刪除元件庫(kù)是十分必要的。在總電路中有的元件在本庫(kù)中是沒(méi)有的，例如十引腳八位LED數(shù)碼管，所以必須自己建庫(kù)，然后添加到庫(kù)瀏覽區(qū)。具體操作如下單擊元件庫(kù)管理器中庫(kù)瀏覽區(qū)的ADD/REMOVE按鈕，打開(kāi)“CHANGELIBRARYFILELIST”對(duì)話框。在“查找范圍”下拉列表框中選擇為PRTEL99SE安裝路徑下的“DESIGNEXPLORER99SELIBRARYSCH”目錄。在列表框中選擇所需元件庫(kù)文件所在的數(shù)據(jù)庫(kù)“數(shù)碼管DDB”,單擊“CHANGELIBRARYFILELIST”對(duì)話框中的ADD按鈕，將選定的元件庫(kù)載入。此時(shí)在“SELECTED”列表框中即出現(xiàn)AMDANALOGDDB的消息。單擊“OK”按鈕，關(guān)閉“CHANGELIBRARYFILELIST”對(duì)話框，完成元件庫(kù)的載入。3利用元件庫(kù)管理器放置元件并編輯屬性當(dāng)所需要的庫(kù)都加載到庫(kù)瀏覽區(qū)后就可開(kāi)始真正的畫(huà)圖了。第一步是將元件放置到工作平面上。方法為首先在元件過(guò)濾器“FILTER”文本框中輸入所要畫(huà)的器件名，并按ENTER鍵，然后在元件瀏覽列表框中選擇元件。單擊PLACE按鈕，光標(biāo)變?yōu)槭中?。將光?biāo)移到工作平面上，再單擊鼠標(biāo)左鍵，一個(gè)所需元件被放置到工作平面上，再次單擊鼠標(biāo)左鍵，又一個(gè)所需元件被放置到工作平面上。單擊鼠標(biāo)右鍵，即完成所需元件的放置操作。第二步是編輯元件屬性。元件屬性是指元件的封裝、標(biāo)號(hào)、管腳號(hào)定義等。元件屬性不明確將給用戶閱讀原理圖時(shí)帶來(lái)不便。更重要的是，會(huì)給網(wǎng)絡(luò)表的產(chǎn)生帶來(lái)障礙，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）63并因此影響到印制電路版的繪制。為此，用戶必須對(duì)元件的屬性進(jìn)行編輯。將光標(biāo)移到所需型號(hào)標(biāo)注上，然后雙擊該標(biāo)注，打開(kāi)“PARTTYPE”對(duì)話框。在“TYPE”文本框中輸入數(shù)值大小，然后單擊OK鍵完成編輯。4制作I/O端口由于本設(shè)計(jì)課題涉及多個(gè)模塊，而每個(gè)模塊中又有多個(gè)電路相連接。所以必須對(duì)I/O端口連接十分熟悉。通常一個(gè)電路與另一個(gè)電路連接在一起，有三種方法1）通過(guò)導(dǎo)線連接。2）通過(guò)設(shè)置相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接。3）通過(guò)制作相同名稱的輸入/輸出（I/O）端口連接。在PROTEL99SE中，具有相同的I/O端口的電路被視為同一網(wǎng)絡(luò)，即在電氣關(guān)系上認(rèn)為它們是連接在一起的。而我認(rèn)為第二種方法比較適用于數(shù)控鉆床的原理圖繪制。因?yàn)槭褂么朔椒ㄔ韴D看起來(lái)更加簡(jiǎn)潔。32PCB圖的繪制當(dāng)原理圖準(zhǔn)確無(wú)誤時(shí)可以生成網(wǎng)絡(luò)表，然后導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表就可生成PCB圖。簡(jiǎn)單的說(shuō)，PCB是一個(gè)載體，是用于焊接實(shí)際電子元件、具有電氣特性的板子。由于單層板不易布線，特別是在本設(shè)計(jì)電路中，如果用單層板來(lái)布線，它的弊端將更加明顯。所以我選擇用雙層板來(lái)布線。在生成網(wǎng)絡(luò)表時(shí)發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)元件沒(méi)有封裝形式，比如在原理圖自己建庫(kù)的LED數(shù)碼管，所以必須通過(guò)手動(dòng)的方式創(chuàng)建一個(gè)封裝文件，以便在PCB編輯器中調(diào)用。其基本步驟如下1）在14DDB設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，選擇“FILENEW”命令，打開(kāi)“NEWDOCUMENT”對(duì)話框。在其中雙擊“PCBLIBRARYDOCUMENT”文件類型圖標(biāo)，便新建一個(gè)PCB封裝文件。在雙擊該庫(kù)文件即打開(kāi)PCB庫(kù)編輯器。2）單擊庫(kù)編輯器左側(cè)管理面板上的RENAME按鈕，在打開(kāi)的對(duì)話框中為新建的元件封裝輸入一個(gè)封裝名，如輸入“數(shù)碼管”3）單擊OK按鈕，則當(dāng)前編輯元件封裝名為“數(shù)碼管”。4）在工作平面上單擊“TOPOVERLAY”工作層標(biāo)簽，使其成為當(dāng)前工作層。然后單擊“PCBLIBPLACEMENTTOOLS”工具欄上的按鈕開(kāi)始畫(huà)直線。5）在需要轉(zhuǎn)折的地方按SHIFTSPACE鍵，將連線的方向變?yōu)槿我夥较颉?）在轉(zhuǎn)角處單擊鼠標(biāo)左鍵確認(rèn)一段直線的繪制完成后，繼續(xù)繪制其他直線。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）647）單擊放置焊盤(pán)按鈕執(zhí)行放置焊盤(pán)操作，此時(shí)十字光標(biāo)上帶有一個(gè)焊盤(pán)。按TAB鍵打開(kāi)焊盤(pán)屬性對(duì)話框可對(duì)焊盤(pán)進(jìn)行設(shè)置。8）選擇“EDITSAVE”命令，將制作好的元件封裝保存到元件封裝庫(kù)中。封裝形式制作好以后就可以生成PCB了。第四章論文總結(jié)41論文總結(jié)1、主要工作及結(jié)論在這三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我完成了數(shù)控鉆床硬件電路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可分為五個(gè)階段，他們分別是（1）可行性分析（2）總體方案的確定（3）分模塊地設(shè)計(jì)各功能電路（4）總電路圖的繪制（5）印制電路板的生成。各階段具體工作如下在設(shè)計(jì)課題選擇之前，我對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性及市場(chǎng)價(jià)值作了充分的市場(chǎng)調(diào)查，其中包括去大型的國(guó)營(yíng)企業(yè)“南京浦鎮(zhèn)車輛廠”參觀、調(diào)研。發(fā)現(xiàn)該廠的絕大多數(shù)鉆床都是普通鉆床，而普鉆的弊端也日益顯露，如工人的勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較高，效率較低，精度達(dá)不到要求等。這就為普通鉆床的數(shù)控改造提供了一個(gè)很好的前提。經(jīng)過(guò)各方面考慮，我選擇了用8031單片機(jī)為核心芯片，開(kāi)發(fā)數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)，從CPU我選擇了89C2051。存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片我選擇27256ROM和6264RAM，鍵盤(pán)擴(kuò)展我選用了8155和8031的P1口，步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出我選擇74LS273。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）65七個(gè)模塊可實(shí)現(xiàn)的功能分別為（1）主CPU模塊以8031作為主CPU，P1口用于手動(dòng)鍵盤(pán)的輸入端，分別控制，X軸、Y軸、Z軸以及起動(dòng)、停止、超程報(bào)警。急停和復(fù)位分別接與非門(mén)的兩個(gè)輸入端，輸出端接8031的R