母線槽技術參數(shù)自動檢測線運動機構控制系統(tǒng)設計

南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 1 頁 前 言 隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，各行各業(yè)對電 力 需求量正逐步加大，使得社會上對電 力 傳輸?shù)目煽啃院桶踩蕴岢隽烁叩囊?，這 極大地 促進了 人們 對于電 力傳輸?shù)难芯?。而在遠距離傳輸領域，電纜能很好的滿足要求，但是在電纜橋架、高層建筑以及工廠的近距離電力傳輸領域，電纜無法發(fā)揮其特性。 在這種形勢下， 人們急需尋找一種替代產品，于是 母線槽應運而生 。母線槽在高層建筑以及工廠近距離電力傳輸領域中作為 供電主干線 ，而高層建筑以及工廠與人們的生活密切相關，母線槽的作用就 好似人體的大動脈，一旦出現(xiàn)故障 將 會造成嚴重的后果。因此，生產、建 設及科研單位一直在為 提高母線槽 的可靠性 做出 努力。 這就要求有可靠的檢測母線槽技術參數(shù)的技術。目前的母線槽技術參數(shù)檢測，主要還是靠手工操作。檢測員手工操作，不僅會帶來操作誤差和漏測，另外測母線槽絕緣強度時需要高壓（ 2000V），對檢測員的人身安全無疑也是個很大的威脅。 我選擇的課題 母線槽技術參數(shù)自動檢測線運動機構控制系統(tǒng)的設計，就是設計一種自動檢測裝置來代替手工檢測，降低工人勞動強度，提高安全性和可靠性。這個課題不僅是針對當前母線槽檢測技術的研究，而且這個課題還需應用單片機，這與我將來所從事的工作以及我的 未來的事業(yè)發(fā)展方向是相一致的，我相信認真的做這個課題將會使我在單片機方面受益匪淺。 這個設計課題最重要的就是能夠熟練運用單片機，在搜集資料時，我主要搜集的就是單片機方面的書籍，以及關于畫 PCB 圖的指導書。另外還訪問了 網(wǎng)站中有關于各種單片機芯片的詳細介紹，讓我收獲很大。 母線槽技術參數(shù)檢測系統(tǒng)包括控制電路部分和氣壓傳動部分，我所負責設計的是母線槽技術參數(shù)檢測系統(tǒng)的控制電路部分，氣壓傳動部分則由潘彩霞同學負責。由 于控制系統(tǒng)設計工作量較大，在設計時間內，根據(jù)任務要求，完成了電路原理圖設計和 PCB 圖的繪制，剩余工作（制板，軟件設計，調試）可由其他人接著完成。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 第一章 概 述 1.1 母線槽簡介 母線槽是一種新型的 輸 配電設備，是替代傳統(tǒng)的電纜和電纜橋架輸配電系統(tǒng)的更新?lián)Q代產品 ,尤其在大電流輸送電方面母線槽居于主導地位， 母線槽輸電能力在 200A 5000A, 它是由許多個直線單元和若干個彎曲單元連接起來的 ， 它的外形如圖 1-1 所示 。 母線槽結構大體是： 有一層外殼，內部有導電 材料和絕緣材料，其中導電材料是分層的，每一片 導電材料之間以及每一層導電材料之間都填充了絕 緣材料。而不同的場合對于母線槽內部填充的絕緣 材料的絕緣強度以及導電材料的導電性都有不同的 圖 1-1 AMC 鋁殼母線槽 要求，所以母線槽的制作材料會根據(jù)應用場合的不 同而有所不同。 母線槽大體可以分為以下幾類： 接線母線槽 、 高強型母線槽 、 高壓封閉母線槽 、 中低壓母線槽 、 封閉母線槽 及 空氣型母線槽 等。 母線槽 雖然在目前的電傳輸領域應用廣泛，但 同樣也存在著一些缺陷，例如依靠螺釘聯(lián)接的部位過多，安裝施工復 雜；同時維護量大、維護費用高。在運行過程中常遇到電磁振動、熱脹冷縮、膨脹系數(shù) 及 外力等因素的影響，這些都會造成螺釘?shù)乃蓜印?如果 一只螺釘出現(xiàn)松動， 就 會出現(xiàn)故障點發(fā)熱、高溫等現(xiàn)象，影響整條母線槽的運行穩(wěn)定性。尤其是對五線母線槽的不當使用，還會造成 PE 線接觸電阻增大違反 國家規(guī)定。 但母線槽在大容量的情況下，還是存在著其自身的優(yōu)勢的。因為當電流達到數(shù)千安培時，如果采用電纜，即使是單芯電纜也要多根進行敷設，否則達不到相應的大電流容量，此時母線槽就體現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。 1.2 母線槽技術參數(shù)檢測系統(tǒng)檢測的內容 本次畢業(yè)設計中 所設計的母線槽技術參數(shù)檢測儀主要用于檢測母線槽內部導電部分的電阻以及導電體之間絕緣材料的絕緣強度。母線槽內部一般用銅片作為導體。銅片的電阻是 影響 母線槽導電能力的重要因素。電阻越大，母線南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 3 頁 槽在電傳輸過程中消耗就會越大，傳輸?shù)男示蜁降?。母線槽作為導線，知道其內部導電體的電阻是非常必要的。而母線槽內部導電體之間的絕緣填充物的絕緣強度則是 影響 安全性的重要因素。但是并不是說母線槽內導電體的導電能力越小越好，絕緣填充物的絕緣強度越大越好。由于受到成本因素的限制，母線槽制造商必須制造出適合不同場合應用的母線槽，這就需要 準確知道母線槽的兩個參數(shù)指標。 母線槽技術參數(shù)檢測過程如圖 1-2 所示 。 無論母線槽是幾層幾排，其檢測過程都是一樣的。在檢測絕緣強度時，其中一個檢測頭固定于第一片導電片上，另外一個檢測頭從第二片導電片開始按照次序依次移動到各片導電片上。如此類推，對母線槽內部導電片之間絕緣強度進行兩兩檢測。在移動到每一片導電片上時，絕緣強度檢測儀會檢測出兩個檢測頭所檢測的兩片導電片之間的絕緣強度。檢測導電片電阻則比檢測絕緣強度簡單的多，只要控 制兩個檢測頭同時移動到同一片導電片的兩端 ，微歐計 即可 測 出此導電片的電阻。 測得的導電片電阻和絕緣強度自動傳送到上位機。 絕緣強度檢測儀 （ a） 微歐 計 （ b） (a) 檢測絕緣強度 (b) 檢測電阻 圖 1-2 參數(shù)檢測示意圖 2 3 1 1-母線槽 2-檢測頭 3-氣缸 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 4 頁 1.3 母線槽技術參數(shù)檢測系統(tǒng)的組成 母線槽技術參數(shù)檢測系統(tǒng) 組成 如圖 1-3 所示，它的具體工作過程是：上位機發(fā)送啟動信號， 運動機構控制系統(tǒng)（以下簡稱下位機） 開始工作。下位機利用 控制氣壓傳動系統(tǒng)以及步進電機驅動系統(tǒng)完 成對母線槽的定位 及測量頭的移動，測出 母線槽內導電片電阻以及導電片之間絕緣材料的絕緣強度，并把檢測結果傳送給上位機。上位機接收到檢測完畢的信號后，根據(jù)檢測結果判斷母線槽是否合格，若是合 格產品，則發(fā)送信號給打印機， 然后 打印出所檢測的母線槽的條碼。上位機接收到打印機發(fā)送來的條碼打印完畢的信號后，發(fā)送信號給貼標機，控制貼標機把打印出來的條碼貼到母線槽上。貼標機貼標完畢后發(fā)送信號給上位機，上位機接著發(fā)送信號給下位機，由下位機控制完成對母線槽進行包裝。 圖 1-3 母線槽技術參數(shù)自動檢測系統(tǒng)圖 我在本次設計中所負責設計的是下位機中的控制電路部分。 下位機的控制對象有：母線槽傳送電機、檢測臺傳送電機以及包裝臺傳送電機 ，檢測頭的電機，各處的定位氣缸，以及向上位機發(fā)送信號控制貼標機的打印機 上位機 貼標機 運動機構控制系統(tǒng)（下位機） 測試系 統(tǒng) 母線槽 包裝機構 定位機構 測試臺 母線槽 輔助動作控制電路 輔助動作執(zhí)行機構（氣壓傳動） 功率放大系統(tǒng) 運動驅動機構 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 5 頁 貼標。 檢測臺及包裝臺 如圖 1-4 所示 。 圖 1-4 檢測及包裝臺示意圖 1-檢測平臺 2-母線槽 3-檢測縱向定位缸 4-檢測平臺移送電機 5-包裝平臺 6-包裝臺縱向定位缸 7、 9-母線槽包裝上升缸 8-包裝臺移送電機 10、 27-縱 向到位檢測傳感器 11、 26-左右端側向定位滑臺 12、 25-右端測量頭驅動氣缸 13、 24-X 軸及 U 軸滑臺 14、 23-X 軸及 U 軸步進電機 15、 22-左右端側向定缸 16、 21-左右端垂直升降臺 17、 19-Y 軸及 V 軸步進電機 18、 20-左右端移動立柱 下位機的主要工作過程流程如圖 1-5 所示 。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 6 頁 檢測平臺傳送電機啟動 檢測臺母線槽縱向定位缸升起 母線槽傳送電機停止 左端側向定位缸啟動 右端側向定位缸啟動 連接絕緣強度檢測儀 兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發(fā)送給上位機 檢測完后回起點 連接檢測電阻的微歐計 兩檢測頭移動檢測并將檢測結果發(fā)送給上位機 開始 Y 左、右端側向定位缸到位？ 母線槽縱向到位？ A N Y N 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 7 頁 圖 1-5 下位機的工作過程 兩個檢測頭回原點 前后檢測頭側向定位缸退回 檢測臺縱向定位缸退回 檢測臺傳送電機啟動 包裝臺傳送電機啟動 包裝臺縱向定位缸升起 母線槽離開檢測臺后檢測臺電機停轉 母線槽到達包裝臺后包裝臺電機停轉 發(fā)信給上位機啟動貼標機貼標 貼標結束后，包裝氣缸升起 延時，包裝 定位缸退回 包裝缸退回 結 束 A 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 8 頁 第二章 運動機構控制系統(tǒng)控制電路設計 2.1 運動機構控制系統(tǒng)控制電路總體設計 在本次設計中，我設計的是下位機的控制電路部分。 運動機構控制系統(tǒng)（下位機） 控制電路的主要組成部分有： CPU8031、片外程序存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器、 LED 顯示電路、用于擴展 I/O 口的 8255、控制步進電機的光電耦合電路、輸入輸出光電耦合電路、選擇開關以及 用 8155 擴展出的 鍵盤組成。其組成框圖如圖 2-1 所示 。 圖 2-1 控制系統(tǒng)硬件組成框圖 我的具體設計思 路是：采用 8031 作為 CPU，外擴 8K 的程序存儲器和 4K的數(shù)據(jù)存儲器。其中 8K 的程序存儲器用 2764 芯片進行擴展， 4K 的數(shù)據(jù)存儲器用 6264（空掉一條地址線） 芯片進行擴展。步進電機的輸出信號口用 74LS273鎖存器 輸出 。 I/O 口 用 8255 擴展，所有的按 鍵 皆用 8155 擴展成行列式鍵盤，它們的各種功能用軟件進行定義 。 這些鍵有控制四個 步進 電機進給的八個手動按 鍵以及八 個控制氣缸升降的 手動 按 鍵 ，另外還有編 輯 鍵盤 二十 個。 6 位 LED靜態(tài)顯示 用于顯示編輯的內容。 8031 CPU ROM LED 顯示 RAM 8155 鍵盤PA 母線槽種類選擇開關 工作方式選擇開關 8255 74LS273 X 、 Y 、 U 、 V軸電機的光電耦合電路 輸入信號光 電耦合電路 輸出信號光電耦合電路 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 9 頁 2.2 單片機的選擇及存儲器的擴展 本節(jié)主要介紹了本次設計中 所選用的 CPU 以及用于擴展片外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的芯片。本設計中，我 選擇 8031 作為 本次 設計中的 CPU。同時，選擇的程序存儲器是 2764A，數(shù)據(jù)存儲器是 6264。下面 就 8031、 2764 以及 6264三種芯片的結構性能 、 特點 以及本設計的存儲器擴展電路作一些介紹。 2.2.1 單片機的選擇 在大學期間接觸最多的單片機就是 8031和 8051。 8051 有內部程序存儲器，但是其存儲空間比較小，不能滿足本設計的要求，同時相對于 8031 來講， 8051的價格比較高，并且 8031 現(xiàn)在用的比較廣泛，因此本設計中，我選擇 8031作為 CPU。下面就是關于 8031 的簡單介紹。 1. 管腳功能 8031 為 40 引腳芯片。 其引腳 如圖 2-2 所示。 它的 引腳功能可以分為三部分： （ 1） I/O 口線 P0、 P1、 P2、 P3 共四個八位口 ，其中 P3 口可作為第二功能口 。 （ 2）控制口線 PSEN（片外取指控制）、ALE（ 地址鎖存控制）、 EA (片外存儲器選擇 )、RESET(復位控制 )。 （ 3）電源及時鐘 Vcc、 Vbb； X1、 X2。 2. 8031 的各個引腳介紹 （ 1）時鐘電路引腳 X1 (19 腳 )和 X2（ 18 腳） X2 接外部晶體和微調電容的一端，即把外部振蕩器的信號直接連接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端，振蕩電路的頻率就是晶 體的固有頻率。 X1接外部晶體和微調電容的另外一端，在片內它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部 圖 2-2 8031 單片機管腳圖 時 鐘電路時 ，該引腳必須接地。 （ 2） ALE/ PROG （ 30 腳） 地址鎖存允許信號端。當 CPU 訪問外部存儲器的時 候， ALE（允許地址鎖存）的輸出信號作為鎖存低 8 位地址的控制信號。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN u m b e r R e v is io nS iz eA1D a te : 1 1 -M a y -2 0 0 6 S h e e t o f F ile : E :朱靜畢業(yè)設計 朱靜畢業(yè)設計電路 B A 0 D 5 2 1 . D D BD r a w n B y :E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 0 .039P 0 .138P 0 .237P 0 .336P 0 .435P 0 .534P 0 .633P 0 .732P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10VCC40GND20U18 0 3 1 A H南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 10 頁 （ 3） PSEN （ 29 腳） 此腳輸出外部程序存儲器的讀選通信號，在 CPU訪問外部存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。 （ 4） EA /Vpp（ 31 腳） 外部程序存儲器 地址 允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。 8031 沒有內部程序存儲器，所以 EA 腳必須常接地。 （ 5） RESET/Vpd（ 9 腳） 是復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持兩個機 器周期（ 24 個時鐘振蕩周期）的高電平時，就可以完成復位操作。 （ 6） 輸入 /輸出（ I/O） 引腳 P0、 P1、 P2、 P3（共是 32 根） 1） P0 口（ P0.0P0.7， 32 腳 39 腳） 是一個雙向 8 位三態(tài) I/O 口。當其作為輸入口使用時，應該先向口鎖存器寫入全 1，此時 P0 口的全部引腳浮空，可以作為高阻抗輸入。作為輸入口使用時，要先寫 1，這就是準雙向的含義。在 CPU8031 訪問片外 EPROM 或 RAM 時， P0 口是分時提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復用總線，在此期間 P0 口內部上拉電阻有效。 2） P1 口（ P1.0P1.7， 1 腳 8 腳） 是一個帶內部上拉電阻的 8 位準雙 向 I/O 端口，由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的 I/O 口。在 P1 口作為輸入口使用時應先向 P1 口鎖存器寫入全 1，此時 P1口引腳由內部上拉電阻拉成高電平。 3） P2 口（ P2.0P2.7， 21 腳 28 腳） 是一個帶內部上拉電阻的 8 位準 雙向 I/O 端口。訪問外部存儲器時 ， 可以作為高八位地址總線送出高八位地址。 4） P3 口（ P3.0P3.7， 10 腳 17 腳） 是一個帶內部上拉電阻的 8 位準 雙向 I/O 口，在 8031 中，這 8 個腳除了用于普 通的輸入、輸出外，還可以用于專門的功能，它是一個復用雙功能口。 P3 口作為第一功能使用時，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，各引腳的定義 見 表 2-1。 P3 口的每一條引腳均可以定義為第一功能的輸出輸入或是第二功能。 表 2-1 P3 口的第二功能表 引 腳 第二功能 P3.0 RXD（串行口輸入端） P3.1 TXD （串行口輸出端） 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 11 頁 （續(xù)） 2.2.2 片外程序存儲器的選擇 在 本次設計中需要外擴 8KB 的程序存儲器，我選擇 2764A 用于擴展片外存儲器。 2764A 是一種 8K 8 位的紫外線擦除電可編程只讀存儲器， 2764A 為 28腳雙列直插式封裝，其管腳圖如圖 2-3 所示 。 1. 2764A 的管腳介紹 （ 1） A0A12 地址輸入線。 （ 2） D0D7 三態(tài)數(shù)據(jù)總線，讀或者是編程檢驗 時為數(shù)據(jù)輸出線，維持或者是編程禁止時，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，編程時為數(shù)據(jù)輸入線。 （ 3） CE 片選信號輸入線，“ 0”（低電平）有效。 （ 4） PGM 編程脈沖輸入線。 （ 5） OE 讀選通信號輸入線，“ 0”（低電平）有效。 （ 6） Vpp 編程電源輸入線，不同芯片型號 圖 2-3 2764 管腳圖 及廠商生產的 Vpp 值不同。 （ 7） Vcc 主電源輸入線， Vcc 一般為 +5V。 引腳 第二功能 P3.2 0INT （外部中斷 0 請求輸入端，低電平 有效） P3.3 1INT （外部中斷 1 請求輸入端，低電平有效） P3.4 T0（定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端） P3.5 T1（定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)脈沖輸入端） P3.6 WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效） P3.7 RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e vis io nS izeA1D ate : 3 0 -M a y -2 0 0 6 S h ee t of F ile: E :朱靜畢業(yè)設計 朱靜畢業(yè)設計電路 B A 0 D 5 2 1 .D D Br aw n By :A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1021A 1123A 122CE20OE22P G M27V P P1D011D112D213D315D416D517D618D719V CC28G N D14U32 7 64南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 12 頁 （ 8） GND 線路接地的管腳。 （ 9） NC 不做任何連接。 2. 2764A 芯 片的工作方式選擇 2764A 的工作方式選擇見表 2-2。 表 2-2 2764A 的工作方式選擇 引腳 操作 方 式 CE （ 20） OE （ 22） PGM（ 27） Vpp/V （ 1） Vcc/V （ 28） 輸出 （ 1113， 151） 讀 VIL VIL VIH 5 5 DOUT 維持 VIH 任意 任意 5 5 高阻 編程 VIL VIH VIL 12.5 5 DIN 編程檢查 VIL VIL VIH 12.5 5 DOUT 編程禁止 VIH 任意 任意 12.5 5 高阻 3. 2764A 芯片的特性 2764A 是 8K 8 位 EPROM 器件，用以存放程序或者是常數(shù)。它有十三根地址線 A12A0，能區(qū)分十三位二進制地址信息。這十三根地址線分別與 8031的 P0 口和 P2.0P2.4 連接，當 8031 發(fā)送十三位地址信息時，可以分別選中 2764片內 8KB 存儲器中任何一個單元。 2764 的 CE 引腳為片選信號輸入端，低電平有效。 CE 引腳接地表示選中該 2764 芯片。該片選信號決定了 2764 的 8KB 存儲器在整個 8031 擴展程序存儲器 64KB 空間中的位置。 2764 的 OE 端由 8031 的 PSEN 引腳控制。在一個機器周期內 PSEN 信號兩次有效。當 PSEN 信號由高電平變成低電平時，允許 2764 輸出， 將 指定的 2764存儲單元的內容送到 P0 口，在 PSEN 的上升 沿 將數(shù)據(jù)送入單片機 CPU 內。 2.2.3 片外數(shù)據(jù)存儲器芯片的選擇 在本次設計中只需要 擴展 4KB 的數(shù)據(jù)存儲器，我所選用的 是市場上比較容易購買到的 靜態(tài) RAM6264。與動態(tài) RAM 相比較，靜態(tài) RAM 的優(yōu)點是：無須考慮 為 保持電路而設置的刷新電路，故擴展電路比較簡單； 但是它也有缺點，就是由于靜態(tài) RAM 是通過有源電路來保持存儲器中的數(shù)據(jù)的，因此要 用后備南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 13 頁 電池保持數(shù)據(jù)不丟失。 擴展數(shù)據(jù)存儲器空間地址和外擴程序存儲器 一樣，由 P2 口提供高 四 位地址， P0 口提供低八位地址。片外數(shù)據(jù)存儲器的讀和寫由 8031 的 RD 和 WR 信號控制。 6264 的管腳圖如圖 2-4 所示 。 1. 6264 的管腳介紹 （ 1） A0A12 地址輸入線。 （ 2） D0D7 雙向 三態(tài)數(shù)據(jù)線。 （ 3） CE 片選信號輸入線，低電平有效。只有當 6264 的 26 腳（ CS2）為高電平時，且 CE 為低電平時才選中該片。 （ 4） WR 寫允許信號輸入端，低電平有效。 （ 5） Vcc 工作電源，電壓為 +5V 。 圖 2-4 6264 的管腳圖 （ 6） GND 線路地。 2. 6264 芯片的操作方式 6264 芯片的操作方式見表 2-3。 表 2-3 6264 芯片的操作方式 管腳 操作方式 1CS （ 20） 2CS （ 26） RD （ 22） WR （ 27） IO0IO7(1113) （ 1519） 未選中（掉電） V IH 任意 任意 任意 高阻 未選中（掉電） 任意 VIL 任意 任意 高阻 輸出禁止 VIL V IH V IH V IH 高阻 讀 VIL V IH VIL V IH DOUT寫 VIL V IH V IH VIL DIN寫 VIL V IH VIL VIL DIN3. 6264 芯片的特性 6264 芯片是 8K 8 位的靜態(tài)隨機存儲器芯片， 28 線雙列直插式封裝。數(shù)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e vis io nS iz eA1D a te : 1 4 -M a y -2 0 0 6 S h e e t of F ile : E :朱靜畢業(yè)設計 朱靜畢業(yè)設計電路 B A 0 D 5 2 1 .D D Br a w n B y :A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1021A 1123A 122C S 120C S 226WR27RD22D011D112D213D315D416D517D618D719V C C28G N D14U 196 2 64南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 14 頁 據(jù)存儲器擴展電路與程序存儲器擴展電路相似，所用的地址線與數(shù)據(jù)線是完全相同的 。 讀、寫控制線用 RD 、 WD ，但是它需要考慮 與其它擴充 的統(tǒng)一編址以及片選端能否直接接地等問題，若是片選端不可以直接接地，則要考慮譯碼器的選擇和統(tǒng) 一進行片選問題。而在本次設計中，我選擇 74LS138 譯碼器 。另外，存儲器 低八位地址 需要鎖存器 。 在本次設計中，我所選用于擴展存儲器的地址鎖存器是 74LS373。 2.2.4 程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器的擴展 在前面介紹各個芯片時，對各個芯片的管腳性能均作了介紹，所擴展的電路圖的連線即是根據(jù)引腳特性進行的。 所得 擴展電路如圖 2-5 所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA1D a t e : 1 5- J u n - 2 0 06 S he e t o f F i l e : J : 朱靜設計電路 B A 0 D 5 2 1 .D D B D r a w n B y:+5D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11V C C20GND10U2 7 4L S 3 73E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10VCC40GND20U18 03 1 A HC 1 4+5+5+5 C 1 3A1B2C3G2A4G2B5G16Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77VCC16GND8U 1 8A 1 5A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CS120CS226WR27RD22D011D112D213D315D416D517D618D719VCC28GND14U 1 96 26 4D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7R 1 3R 1 4+5Q2+5Q1+5R 1 2R 1 1D3D4C 1 5+5B T 1D0D1D2D3D4D5D6D7A8A9A 1 0A 1 1A 1 2A 1 3A 1 4A12A13A14A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CE20OE22PGM27VPP1D011D112D213D315D416D517D618D719VCC28GND14U32 76 4圖 2-5 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展電路 另外由于外擴了數(shù)據(jù)存儲器，為了防止發(fā)生緊急情況時的數(shù)據(jù)丟失， 本電路中設計了掉電保護， 電路的具體 接法見圖 2-5。 本設計需要譯碼器 。在這里我所選用的譯碼器是 74LS138。 74LS138 的管腳圖如圖 2-6 所示。 表 2-4 是 74LS138 譯碼器的功能表。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 15 頁 表 2-4 74LS138 譯碼器的功能表 輸入 輸出 選中的芯片號 賦能 選擇 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 G1 *2G C B A H H H H H H H H H 無 L H H H H H H H H 無 H L L L L L H H H H H H H 0# H L L L H H L H H H H H H 1# H L L H L H H L H H H H H 2# H L L H H H H H L H H H H 3# H L H L L H H H H L H H H 4# H L H L H H H H H H L H H 5# H L H H L H H H H H H L H 6# H L H H H H H H H H H H L 7# 備注：表格中的 *2G =G A2 +G B2 由 74LS138 的功能表 ，我們可以發(fā)現(xiàn)只有在 G1 高電平而 *2G 低電平時， 74LS138 譯碼器才處于工作狀態(tài)。而譯碼器究竟選擇哪個端口上的芯片，則是由 CPU 輸出給譯碼器的 A、 B、 C 三個管腳上的信號決定的。 A、B、 C 這三個管腳可以接 CPU 的 P2 口上的任意三個管腳。在本次設計中， C、 B、 A 三個管腳分別接在 8031的 P2 口上的 A14、 A13、 A12 管腳上。 由上述擴展電路，我們可以得出這次設計中所擴 展的片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器的地址 圖 2-6 74LS138 的管腳圖 范圍。具體確定方法如下 ： （ 1） 程序存儲器地址范圍的確定 在這次設計中，所選用于擴展片外程序存儲器的是 8K 8 的 2764 芯片。因為 1KB=1024B，所以 8KB=2 3 210 B=2 13 B，即 2764 需要外接 13 根地址線。即 CPU8031 的 P0 口的 A0A7 和1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e visio nS izeA1D ate : 1 7 -M a y -2 0 0 6 S h ee t of F ile: E :朱靜畢業(yè)設計 朱靜畢業(yè)設計電路 B A 0 D 5 2 1 .D D Br aw n By :A1B2C3G2A4G2B5G16Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77VCC16GND8U 177 4 LS 1 3 8南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 P2 口的 A8A12 按照次序接到 2764 的 A0A12 管腳上，因此，地址范圍確定如表 2-5 所示 。 表 2-5 程序存儲器 2764 的地址范圍 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 地址范圍 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0001H . 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1FFEH 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH 由表中我們可以知道在本次設計中， 2764 可 以 提 供 的 選 址 范 圍 是0000H1FFFH。 （ 2） 數(shù)據(jù)存儲器地址范圍的確定 由于在本次設計電路中只需要擴展4KB 的片外數(shù)據(jù)存儲器，所以在設計電路時，我只選用了 6264 芯片 的 A0A11地址管腳 。另外，由于 6264 芯片的片選端 1CS 接在譯碼器 U18（如圖 2-5） 的Y4 端口上， 因此對應 Y4 輸出的譯碼信號 A12、 A13 及 A14 為 001。再有 譯碼器 U18 的 G1 端口接在 CPU 的 A15 口上，根據(jù) 74LS138 的工作特性可知只有當 CPU 的 A15 腳送給 G1 端口信號固定為高電平“ 1”時，此譯碼器才可以被選中工作。 由上可得 6264 的地址范圍見表 2-6。 表 2-6 數(shù)據(jù) 存儲器 6264 的地址范圍 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 地址范圍 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C000H 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 C001H . 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 CFFEH 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CFFFH 由表中我們可以知道在本次設計中， 6264 芯片可以提供的片外數(shù)據(jù)存儲器選南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 17 頁 址范圍是 C000HCFFFH。 2.3 顯示電路的設計 本次設計中，我選擇 LED 設計顯示電路。且應用的 LED 顯示方式是靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示需要鎖存器，我所選用的 鎖存器是 74LS273，下面做分別介紹。 2.3.1 鎖存器 74LS273 74LS273 是單片集成正沿觸發(fā)的觸發(fā)器，它用直接清零輸入執(zhí)行 D 型觸發(fā)器的邏輯功能。符合建立時間要求的 D 輸入端上的信息，在時鐘脈沖的正躍變沿上傳到 Q 端輸出端。時鐘的觸發(fā)產生于特定的電壓電平上，且不直接同正躍變的躍變時間有關，當時鐘輸入處于高電平或者處于低電平時， D 端輸入的信號在輸出端沒有影響。它的主要特點是 ： 1）含有單向輸出的 8 個觸發(fā)器 。 2）緩沖的時鐘輸入和直接的清零輸入 。 3）每個觸發(fā)器有單獨的數(shù)據(jù)輸入 。 74LS273 的管 腳圖如圖 2-7 所示 。其中 74LS273的管 腳 功能是： 1） D1D8 信號輸入端 。 2） Q1Q8 信號輸出端 。 3） CLK 時鐘信號輸入端 。 圖 2-7 74LS273 的管腳圖 4） CLR 清零端 。 2.3.2 LED 顯示電路設計 LED 顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種形式。 動態(tài)顯示是將所有位的段選碼并聯(lián)在一起 ，由一個 8 位 I/O 口控制，而共陰極或共陽極點分別由相應的 I/O 口線控制。這種顯示方式只需要兩個 8 位 I/O口。其中一個控制段選碼，另外一個控制位選碼。在這種顯示方式的顯示過程中，所需顯示的字段斷續(xù)通以電流，在需要多個字符同時顯示時，可以輪流給每一個字符通以電流，逐次把所需顯示的字符顯示出來。動態(tài)顯示的基本原理是：單片機依次發(fā)出段選控制字和對應哪一位 LED 顯示器的位選控制信號，顯示器逐個循環(huán)點亮。適當選擇掃描速度，利用人眼“留光”效應，使得看上去好像這幾位顯示器在同時顯示一樣，而在動態(tài)掃描顯示控制中，同一個時刻 ，1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e vis io nS izeA1D ate : 1 7 -M a y -2 0 0 6 S h ee t of F ile: E :朱靜畢業(yè)設計 朱靜畢業(yè)設計電路 B A 0 D 5 2 1 .D D Br aw n By :D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819C LK11C LR1V CC20GND10U 147 4 LS 2 7 3南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 18 頁 實際上只有一位 LED 被點亮。這種顯示方式可以簡化電路，降低成本。 靜態(tài)顯示則是所有的共陰極或共陽極點連接在一起接地或接 +5V， 每位的段選線分別與一個 8 位鎖存器的輸出口相連，顯示器中的各位相互獨立，因此在同一個時間里，每一位顯示的字符可以各不相同，而且各位的顯示字符一經確定，相應鎖存的輸出將維持不變，因此靜態(tài)顯示器的亮度較高，并且在顯示過程中，所需要顯示的字符的各字段連續(xù)通電，所顯示的字段連續(xù)發(fā)光。這種顯示方式編程容易，管理也比較簡單，但是它占用的 I/O 口線資源比較多。 本次設計所選為靜態(tài)顯示，共六 個顯示位 。其中一位十六段的“米”字形的 LED 用于顯示 字母 ，其余的五位七段 LED，其中的第一 位 用于顯示負號，表示四個電機的負方向進給，其后三位用于顯示電機 位移量 的整數(shù)部分以及小數(shù)點，最后一位用于顯示電機 位移量 的小數(shù)部分。下面將對這兩種 LED 顯示器 作分別的介紹。 1. 十六段“米”字 形 LED 十六段 LED 顯示的管腳配置外形圖如圖 2-8 所示： 本設計采用共陰極的 LED 顯示方式，當在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時，該段筆畫的二極管就亮，不加電壓時則是暗的。在設計過程中，考慮 到二極管的耐壓能力，為保護其不受損壞，在共地端接了限流電阻。十六段發(fā)光二極管構成“米”字形的 LED 顯示，它不僅可以顯示 09 十個數(shù)字，也可以顯示英文字母。 而在本次設計中只需要顯示 X、 Y、 U、 V、 N、 M、 T 共七 個字母，顯示字形編碼 見 表 2-7。 圖 2-8 十六段 LED 管腳 表 2-7 共陰極十六段 LED 顯示字形編碼表 顯示字符 各段發(fā)光二極管上的電平 共陰極段選碼 N M L K J I H G F E D2 D1 C B A2 A1 U 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 00FCH V 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1400H X 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B400H Y 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5400H M 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1484H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e visio nSizeA1D ate : 1 7 -M a y -2 0 0 6 Sh ee t of File: E :朱靜畢業(yè)設計 朱靜畢業(yè)設計電路 B A0 D 5 2 1 .D DBr aw n By :a1jfmgd2eD PY18171615141312d2lemgji11fa2bchd1i kl n1098765431a1a2bkhG NDncd1L1南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 19 頁 （續(xù)） N 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 5400H T 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 4803H 2. 七段 LED 顯示 七段 LED 顯示器是由 8 個發(fā)光二極管組成的，當在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時，該段筆畫的二極管就亮，不加電壓時則是暗的。在設計過程中，考慮到二極管的耐壓能力，為保護其不受損壞，在共地端接了限流電阻。共陰極七段 LED 顯示字形編碼表如表 2-8 所示 。 圖 2-9 七段 LED 顯示 管腳配置外形圖 表 2-8 共陰極七段 LED 顯示字形編碼表 顯示字符 各段發(fā)光二極管上的電平 共陰極段選碼 dp g f e d c b a 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 0 0 1 0 1 1 1 1 4FH 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 由上面講述的兩種 LED 特性，設計的 LED 顯示電路塊如圖 2-10 所示 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um be r Re visionSizeA1D ate : 18-M a y -2006 Shee t of File: E :朱靜畢業(yè)設計 朱靜畢業(yè)設計電路 BA0D 521.D DBraw n By :abfcgdeD PY3 gnd8 gnd dpf 9g 10dp 5e 1d 2c 4b 6a 7L3南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 20 頁 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD12111098765