雙坐標(biāo)十字滑臺設(shè)計(jì)及控制

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書雙坐標(biāo)十字滑臺設(shè)計(jì)及控制長春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院前 言本課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書是根據(jù)長春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2003年最新修訂的專業(yè)課程教學(xué)大綱并結(jié)合本專業(yè)實(shí)際教學(xué)情況而編寫的，根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門專業(yè)課，配套的本課程設(shè)計(jì)的基本要求、主要內(nèi)容及相關(guān)技術(shù)資料。本課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書包括課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求和有關(guān)設(shè)計(jì)步驟，盡可能使學(xué)生對于本課程設(shè)計(jì)有一個(gè)清晰的思路。由于篇幅的限制，為避免重復(fù)，對于本課程相關(guān)教材中已有詳細(xì)敘述的基本理論知識，本指導(dǎo)書僅做概要提示 ，具體內(nèi)容請參考相關(guān)教材。另外，本指導(dǎo)書后附有關(guān)設(shè)計(jì)資料，供同學(xué)參考。希望同學(xué)們在課程設(shè)計(jì)之前，一定要通讀本指

2、導(dǎo)書，做好預(yù)習(xí)，避免設(shè)計(jì)中的盲目。同時(shí)在課程設(shè)計(jì)過程中，提倡大家在獨(dú)立思考的前提下，互相探討，積極鉆研，勇于提出創(chuàng)新的見解和方案。對書中不足之處，敬請?zhí)岢鰧氋F意見。-學(xué)院教學(xué)院長（簽字）： 年月日系主任（簽字）： 年月日執(zhí)筆人（簽字）： 年月日目錄前言 1第一章 緒論 3 1-1 課程設(shè)計(jì)的目的和要求 31-2 課程設(shè)計(jì)的實(shí)施規(guī)則 31-3 課程設(shè)計(jì)過程及方式 51-4 時(shí)間安排及考核方法 7 第二章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 10 2-1 設(shè)計(jì)方案的確定 10 2-2 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容112-3設(shè)計(jì)步驟112-3-1總體設(shè)計(jì)方案的選擇及確定122-3-2硬件設(shè)計(jì)122-3-3軟件設(shè)計(jì)13附錄 22第一

3、章 緒論 1-1課程設(shè)計(jì)的目的和要求1、課程設(shè)計(jì)的目的課程設(shè)計(jì)是重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是學(xué)生將課堂教學(xué)知識用于實(shí)踐的有效途徑。本次課程設(shè)計(jì)的核心目的是：通過對數(shù)控十字滑臺控制部分的設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用自己學(xué)過的微機(jī)原理及其接口技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等專業(yè)課程知識，初步掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)過程及應(yīng)用，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)與參加工作后的科研設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2、本次設(shè)計(jì)的要求1. 加深理解和掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門專業(yè)課程的基本知識，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力。2. 培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)課題的需要，選用參考書、查閱有關(guān)工程手冊的技術(shù)數(shù)據(jù)、圖表和文獻(xiàn)資料的能力，提高學(xué)生獨(dú)立解決工程實(shí)際問題

4、的能力。3. 設(shè)計(jì)方案的分析和比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、元器件選擇及電路設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，初步掌握對有一定應(yīng)用價(jià)值的小規(guī)模電路的設(shè)計(jì)方法。4. 學(xué)會(huì)對簡單實(shí)用電路的設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。5. 了解與課題有關(guān)的電路以及元器件的工程設(shè)計(jì)規(guī)范，整理相關(guān)資料，按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求編寫設(shè)計(jì)說明書和設(shè)計(jì)報(bào)告，正確反映設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)報(bào)告，正確繪制電氣原理圖和編制程序等。6. 通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，幫助學(xué)生逐步建立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)、全局觀點(diǎn)和安全用電和節(jié)約用電的觀點(diǎn)。7. 初步掌握有關(guān)工程設(shè)計(jì)的方法、步驟，逐步熟悉開展技術(shù)設(shè)計(jì)的基本程序，為以后參與設(shè)計(jì)及研制新產(chǎn)品打下初步基礎(chǔ)。1-2 課程設(shè)計(jì)的實(shí)施規(guī)則一、 課程設(shè)計(jì)計(jì)

5、劃的制訂根據(jù)教學(xué)計(jì)劃和本課程教學(xué)大綱的要求，結(jié)合具體情況提前制定本學(xué)期課程設(shè)計(jì)計(jì)劃，完成與本課程設(shè)計(jì)有關(guān)的教學(xué)文件。主要包括：課程設(shè)計(jì)的時(shí)間、場地、人員分組等的安排，課程設(shè)計(jì)的紀(jì)律要求及其他注意事項(xiàng)，課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的編寫，課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的制定等，課程設(shè)計(jì)前要將課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書和課程設(shè)計(jì)任務(wù)書發(fā)給每個(gè)學(xué)生，要求學(xué)生提前做好預(yù)習(xí)。二、 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師的安排1各專業(yè)課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)教師，應(yīng)有一名組長負(fù)責(zé)。組長應(yīng)該由對該課程理論和實(shí)踐教學(xué)都十分熟悉的教師擔(dān)任。課程設(shè)計(jì)開始前，組長必須安排提前做好與本次課程設(shè)計(jì)的相關(guān)準(zhǔn)備工作。2安排課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師時(shí)，每班至少安排一名正在承擔(dān)或己承擔(dān)過該課程理論課教學(xué)的教

6、師帶學(xué)生的課程設(shè)計(jì)，不得安排與實(shí)習(xí)課程無關(guān)的教師進(jìn)行指導(dǎo)。在學(xué)生課程設(shè)計(jì)前，指導(dǎo)教師必須做課程設(shè)計(jì)的全面動(dòng)員工作，并做好對學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求、時(shí)間場地安排及紀(jì)律方面的教育。3指導(dǎo)教師在指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)的過程中，要認(rèn)真向?qū)W生講解課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求、主要設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)過程，認(rèn)真做好設(shè)計(jì)指導(dǎo)工作。三、 課程設(shè)計(jì)的紀(jì)律要求1課程設(shè)計(jì)一般不允許學(xué)生請假，確因特殊情況需要請假，須事先經(jīng)指導(dǎo)教師和主管教學(xué)院長批準(zhǔn)，報(bào)教務(wù)處備案，并安排補(bǔ)做。2課程設(shè)計(jì)期間，必須嚴(yán)格遵守作息制度，不得遲到、早退；有事必須向指導(dǎo)教師請假，不得擅自離開。3課程設(shè)計(jì)期間缺席三分之一者，不予評定實(shí)習(xí)成績，視其具體情況，決定是

7、否給予補(bǔ)做的機(jī)會(huì)。四、 課程設(shè)計(jì)成績的評定1課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，學(xué)生要按照課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，認(rèn)真撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2課程設(shè)計(jì)的考核是課程設(shè)計(jì)報(bào)告的評閱、口試（答辯）和平時(shí)檢查幾方面的綜合評定。3指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中的綜合表現(xiàn)（思想表現(xiàn)，學(xué)習(xí)態(tài)度，團(tuán)結(jié)互助以及遵守紀(jì)律等）、實(shí)際動(dòng)手能力及課程設(shè)計(jì)報(bào)告，按優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五級評分制評定實(shí)習(xí)成績。4無故不按時(shí)交課程設(shè)計(jì)報(bào)告的學(xué)生，其成績按不及格計(jì)。課程設(shè)計(jì)成績不及格者，按長春工業(yè)大學(xué)本科生學(xué)籍管理辦法的有關(guān)規(guī)定處理。五、 課程設(shè)計(jì)的總結(jié)工作.課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，應(yīng)該對課程設(shè)計(jì)全過程進(jìn)行全面總結(jié)，組織指導(dǎo)教師和學(xué)生進(jìn)行交流，并形成

8、書面材料向?qū)W院匯報(bào)，不斷總結(jié)課程設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，不斷提高課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量。、1-3 課程設(shè)計(jì)的過程及方式一、課程設(shè)計(jì)的過程本課程設(shè)計(jì)分指導(dǎo)教師講解和同學(xué)們獨(dú)立設(shè)計(jì)兩個(gè)過程。指導(dǎo)教師講解內(nèi)容包括：（1） 講解本課程設(shè)計(jì)的目的及意義。（2） 講解本課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求。（3） 分組，布置設(shè)計(jì)任務(wù)書（4） 介紹設(shè)計(jì)步驟和重點(diǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。（5） 說明本課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排、紀(jì)律要求及考核方法。 除了指導(dǎo)教師講授以上的內(nèi)容外，其它時(shí)間由學(xué)生自己按要求獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，指導(dǎo)教師進(jìn)行有針對性的輔導(dǎo)，隨時(shí)解答學(xué)生們的疑問，及時(shí)處理設(shè)計(jì)中遇到的問題。二、課程設(shè)計(jì)方式為了提高效率、講求實(shí)效、取得預(yù)期的收獲，課程設(shè)計(jì)按以下

9、方式進(jìn)行。（一） 設(shè)計(jì)前預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)是課程設(shè)計(jì)前的重要準(zhǔn)備工作，是保證課程設(shè)計(jì)順利進(jìn)行的必要步驟，也是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力、提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率的重要環(huán)節(jié)，要求做到：1學(xué)習(xí)相關(guān)課程的內(nèi)容，熟悉有關(guān)理論知識。2認(rèn)真閱讀本指導(dǎo)書，了解課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法、步驟及要求。3查找和借閱有關(guān)設(shè)計(jì)資料和技術(shù)手冊。4預(yù)習(xí)期間進(jìn)行學(xué)生分組，每組6人，安排組長1人，組內(nèi)明確任務(wù)、合理分工，預(yù)習(xí)需人人進(jìn)行，組長負(fù)責(zé)檢查。設(shè)計(jì)前每組應(yīng)就有關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行討論，做到心中有數(shù)，同時(shí)上交預(yù)習(xí)報(bào)告一份（二） 設(shè)計(jì)進(jìn)行 整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中必須嚴(yán)肅認(rèn)真，集中精力按時(shí)完成工作。 1預(yù)習(xí)檢查、嚴(yán)格把關(guān) 本課程設(shè)計(jì)開始前應(yīng)由指導(dǎo)教師檢查

10、預(yù)習(xí)質(zhì)量（包括對本課程設(shè)計(jì)的理解、認(rèn)識及預(yù)習(xí)報(bào)告），當(dāng)確認(rèn)已做好了課程設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作方可開始設(shè)計(jì)，對于因沒有預(yù)習(xí)而對本次設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、方法、要求了解很差的同學(xué)，應(yīng)拒絕其參加設(shè)計(jì)。 2獨(dú)立設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)工作 本課程設(shè)計(jì)要求每名同學(xué)獨(dú)立完成，同時(shí)也提倡同學(xué)之間積極討論，大膽提出新思路、新見解，對于設(shè)計(jì)中采用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)電路及新型元器件的同學(xué)，在最后評定成績時(shí)從優(yōu)掌握。 3認(rèn)真負(fù)責(zé)、按時(shí)完成（三） 設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)報(bào)告是課程設(shè)計(jì)工作的最后成果和總結(jié)提高，是課程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，也是對學(xué)生分析、歸納等工作能力的進(jìn)一步培養(yǎng)和鍛煉，因此必須獨(dú)立書寫，每人一份，應(yīng)按照設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求和相關(guān)設(shè)計(jì)步驟，完

11、成詳細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過程，包括方案論證、參數(shù)計(jì)算及元器件選擇等，最后寫出心得體會(huì)，以便積累一定的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)具有嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度，報(bào)告要求條理清楚、簡明扼要，字跡端正、圖表規(guī)范，分析認(rèn)真、結(jié)論明確。課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容應(yīng)主要包括以下幾方面：1課程設(shè)計(jì)名稱、專業(yè)、班級、組別、姓名、學(xué)號、設(shè)計(jì)日期。2設(shè)計(jì)目的和要求。3根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，進(jìn)行方案論證。4寫出詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程，包括相關(guān)參數(shù)計(jì)算及元器件選擇等。5按照工程繪圖標(biāo)準(zhǔn)，繪制系統(tǒng)的電氣原理圖，列出元器件明細(xì)表。6分析討論設(shè)計(jì)過程中遇到的問題，寫出心得體會(huì)以及合理化建議和改進(jìn)措施。1-4 課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排及考核方法一、課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排根據(jù)本

12、機(jī)電專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，其課程設(shè)計(jì)的時(shí)間為二周。整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程可分為四個(gè)階段：1設(shè)計(jì)、計(jì)算階段（約占設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)的40%）2制圖階段（約占設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)的40%）3總結(jié)報(bào)告階段（約占設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)的15%）4考核階段（約占設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)的5%）具體時(shí)間安排如下：時(shí)間內(nèi)容安排周一上午課程設(shè)計(jì)動(dòng)員、講解設(shè)計(jì)內(nèi)容、步驟、要求及注意事項(xiàng)，并進(jìn)行學(xué)生分組下午 熟悉設(shè)計(jì)題目，查找資料，方案論證周二周四根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，按步驟認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)的各部分內(nèi)容周五上午設(shè)計(jì)總結(jié)，完成設(shè)計(jì)報(bào)告下午 考核（答辯）二、課程設(shè)計(jì)的考核 在課程設(shè)計(jì)進(jìn)行期間，指導(dǎo)教師每天都要對學(xué)生的出勤情況、學(xué)習(xí)態(tài)度及工作完成情況進(jìn)行檢查督促，并做好記錄。課

13、程設(shè)計(jì)結(jié)束后，指導(dǎo)教師要組織對學(xué)生進(jìn)行考核，根據(jù)學(xué)生在整個(gè)課程設(shè)計(jì)期間的紀(jì)律情況、工作態(tài)度，設(shè)計(jì)報(bào)告及圖紙的質(zhì)量并結(jié)合其基礎(chǔ)知識掌握的情況（口試），綜合確定學(xué)生的課程設(shè)計(jì)成績（按五級評分制優(yōu)，良，中，及格，不及格計(jì)），無課程設(shè)計(jì)報(bào)告或無故不參加課程設(shè)計(jì)者成績按不及格計(jì)，有缺勤、遲到、早退、違紀(jì)等情況酌情降低成績。 每項(xiàng)考核內(nèi)容占總成績的分?jǐn)?shù)如下：考核內(nèi)容評分標(biāo)準(zhǔn)（100滿分）備注設(shè)計(jì)方案的正確與合理性1090100分為優(yōu)8089分為良7079分為中6069分為及格60分以下為不及格系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性10元器件選擇的合理性10設(shè)計(jì)報(bào)告及圖紙的完成質(zhì)量20基礎(chǔ)知識掌握情況（答辯）20出勤情況、學(xué)

14、習(xí)態(tài)度20 創(chuàng)新101-5本次設(shè)計(jì)的驗(yàn)收方式設(shè)計(jì)驗(yàn)收采用答辯為主、設(shè)計(jì)說明書及代碼清單評審為輔的方式進(jìn)行。學(xué)生首先進(jìn)行答辯，自述設(shè)計(jì)情況（5分鐘左右），指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行提問（5分鐘左右），并結(jié)合學(xué)生的設(shè)計(jì)說明書和程序代碼清單綜合評定學(xué)生的最終成績。第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容2-1 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)1、單片機(jī)控制系統(tǒng)電路圖一張，0號圖紙；2、g00功能實(shí)現(xiàn)程序代碼一份，并根據(jù)分組情況實(shí)現(xiàn)g01或g02功能程序代碼，要求完成程序代碼清單及程序代碼注釋；3、設(shè)計(jì)說明書一份，詳細(xì)說明設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)、實(shí)現(xiàn)方法及控制系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、在線調(diào)試

15、、產(chǎn)品化等幾個(gè)階段，這幾個(gè)階段并不都是絕對劃分的，有時(shí)也是交叉進(jìn)行的。圖1描述了單片機(jī)應(yīng)用程序的一般過程。圖1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研制過程由圖1所示的流程來看，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程是比較復(fù)雜的，在具體的設(shè)計(jì)運(yùn)作過程中，主要涉及了總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、保密性設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的具體情況，重點(diǎn)是主總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。2-2本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容為數(shù)控十字滑臺設(shè)計(jì)數(shù)控編程及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，具體有三個(gè)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)以8051單片機(jī)系列芯片為擴(kuò)展核心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它是系統(tǒng)的整個(gè)控制核心，負(fù)責(zé)接收操作指令，并根據(jù)輸入的指令控制

16、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，是本次設(shè)計(jì)核心內(nèi)容。設(shè)計(jì)要求以8031芯片為核心，擴(kuò)展程序存儲器、數(shù)控存儲器、鍵盤及顯器示接口及其它并行控制接口，形成完整控制系統(tǒng)。2、g00，g01，g02功能程序?qū)崿F(xiàn)g指令準(zhǔn)備性工藝指令，是在數(shù)控系統(tǒng)中插補(bǔ)運(yùn)算之前需要預(yù)先規(guī)定，為插補(bǔ)運(yùn)算做好準(zhǔn)備的工藝指令。g功能指令代碼從g00至g99共100種，本次設(shè)計(jì)著重完成前三種，即g00，g01和g02。其中，g00為定點(diǎn)位、g01為直線插補(bǔ)、g 02為順時(shí)針方向圓弧插補(bǔ)。設(shè)計(jì)要求使用mcs-51系列單片機(jī)匯編語言實(shí)現(xiàn)以直線與圓弧線補(bǔ)為核心的g功能。3、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要很大的電流控制，而由計(jì)算機(jī)及環(huán)形分配器送來

17、的控制脈沖信號，一般為弱電信號，因此步進(jìn)電機(jī)需要有功率放大電路以得到控制電機(jī)繞組所需要的脈沖電流及所需要的脈沖波形。本次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一種控制方便、 調(diào)試容易、開關(guān)速度快及元件損耗小等優(yōu)點(diǎn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。2-3設(shè)計(jì)步驟1、 總體設(shè)計(jì)方案的選擇及確定。2、 設(shè)計(jì)方案論證后查閱資料。3、 對硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。4、 對軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。5、 步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)。6、 插補(bǔ)原理及程序設(shè)計(jì)。2-3-1總體設(shè)計(jì)方案的選擇及確定單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制是從確定的目標(biāo)任務(wù)在開始的，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用場合、工作環(huán)境、具體用途提出合理的、詳盡的功能技術(shù)指標(biāo)，對產(chǎn)品的可靠性、通用性、可維護(hù)性、先進(jìn)性

18、以及成本等進(jìn)行綜合考慮，使確定的技術(shù)指標(biāo)合理，并符合國際標(biāo)準(zhǔn)。在總體設(shè)計(jì)階段，除了要確定功能技術(shù)指標(biāo)這一關(guān)鍵性的內(nèi)容外，還根據(jù)市場貨源情況、印機(jī)、顯示器等器件和設(shè)備、在總體設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該對器件的選擇提出具體規(guī)定?？傮w設(shè)階段最后的任務(wù)是權(quán)衡利弊，仔細(xì)劃分出硬件和軟件功能。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件配置與軟件設(shè)計(jì)是緊密相關(guān)的，硬件與軟件在功能上具有一定的互換性，如步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所必須的環(huán)形分配器，即可以由數(shù)字邏輯電路硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件來實(shí)現(xiàn)。多使用硬件完成功能，可以增加工作速度、降低軟件工作量，但是提高了硬件成本；多使用軟件完成功能，不但可以降低硬件開支，還可心簡化硬件結(jié)構(gòu)，但增加了軟件的復(fù)雜性。因此

19、在總體設(shè)計(jì)階段，硬件與軟件的功能劃分是十分得要的。2-3-2硬件設(shè)計(jì)mcs-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案主要討論程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲與i/o接口、地址分配及總線驅(qū)動(dòng)等內(nèi)容。1. 程序存儲器一般情況下，片內(nèi)不帶有eprom程序存儲的單片機(jī)型（如8031等）比較適用于國內(nèi)單內(nèi)機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，這種芯片的價(jià)格與內(nèi)有eprom（如8715等）的價(jià)格要低很多，只需要一片eprom電路作為程序存儲器，使用靈活，仍然可保持單生機(jī)的各種優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前市場上，容易不同的eprom芯片的價(jià)格相差不大，因此選用速度高、容量大的芯片（如27256）比較經(jīng)濟(jì)，并且還為軟件的擴(kuò)展留有余地。2. 數(shù)據(jù)存儲器及i/o接口應(yīng)用

20、系統(tǒng)應(yīng)用場合的不同，對ram需求差異比較大，對于常規(guī)量和控制器，可能需要較少容量的數(shù)據(jù)存儲器，但對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，則需要大容量的ram。大容量的ram不但體積小，而且性能價(jià)格比較高，一片62256芯片比16片6116芯片的性能比要高得多。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一般都要擴(kuò)展i/o接口，選擇i/o接口時(shí)應(yīng)該從體積、價(jià)格、負(fù)載、功能等幾個(gè)方面來考慮。選用標(biāo)準(zhǔn)的可編程的i/o接口電路（如8255），則接口簡單、使用方便，對總線的負(fù)載小，但應(yīng)用于簡單應(yīng)用場合時(shí)，其i/o線與接口功能沒有被充分利用，造成浪費(fèi)；使用三態(tài)門電路或鎖存器作i/o接口，靈活性高、口線利用率高、負(fù)載能力強(qiáng)、可靠性高，但對總線負(fù)載大，接口復(fù)雜

21、。因此必須根據(jù)系統(tǒng)總的輸入輸出要求來選擇接口電路。3. 地址分配外部程序存儲一般由單片機(jī)的erpom組成，獨(dú)占64k字節(jié)的地址空間，因此一般不必進(jìn)行地址譯碼，只需將其片選端接地即可。由于擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲器與i/o接口電路一般由多片芯片組成，而且數(shù)據(jù)區(qū)與i/o接口為統(tǒng)一編址，共占64k字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間，因此必須進(jìn)行地址譯碼。一般常采用地址譯碼器或線選法進(jìn)行地址分配。線選法與地址譯碼原理具體見本大綱的“數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展”一節(jié)。4總線驅(qū)動(dòng)mcs-51生活經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)單片機(jī)擴(kuò)展功能比較強(qiáng)，但擴(kuò)展總線的負(fù)載超過了總線負(fù)載的能力，系統(tǒng)便不能可靠地工作。這時(shí)必須在總純度上加裝驅(qū)動(dòng)器。常用的總線驅(qū)動(dòng)器為74ls245

22、t 74ls244。2-3-3軟件設(shè)計(jì)根據(jù)程序設(shè)計(jì)的需要，本部分重點(diǎn)描述軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則是，根據(jù)問題的定義，將系統(tǒng)的整個(gè)工作分解為幾個(gè)相對獨(dú)立的操作部分，并由這幾個(gè)部分的相互關(guān)系，設(shè)計(jì)合理的軟件結(jié)構(gòu)，使cpu可以有條不紊地工作。1程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有順序設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對于簡單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，通常采用順序設(shè)計(jì)方法。順序程序設(shè)計(jì)方法通常由主程序和若干個(gè)中斷服務(wù)程序所構(gòu)成，設(shè)計(jì)者根據(jù)問題的定義和操作功能的劃分，指定各個(gè)中斷服務(wù)程序?qū)κ录埱笞鞒霰匾奶幚恚ìF(xiàn)場保護(hù)、中斷服務(wù)、現(xiàn)場恢復(fù)、中斷返回等四個(gè)部分。需要注意的，中斷的發(fā)生常常是隨機(jī)的，可

23、能在主程序的任意地方打斷，在設(shè)計(jì)階段通常無法預(yù)料這時(shí)主程序的執(zhí)行狀態(tài)，因此在執(zhí)行中斷服務(wù)程序地，必須對原有的程序狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場保護(hù)?，F(xiàn)場 保護(hù)的內(nèi)容是中斷服務(wù)程騙子所需要使用的資源（中斷服務(wù)程序使用這些資源時(shí)，這些資源的主程序數(shù)據(jù)將被覆蓋），如psw、acc、dptr等。而主程序通常是一個(gè)順序執(zhí)行的無限循環(huán)程序，不停地查詢各種軟件標(biāo)志進(jìn)行日常事務(wù)處理。圖2描述的中斷服務(wù)程序與主程序的結(jié)構(gòu)。圖2 中斷服務(wù)程序結(jié)構(gòu)與主程序結(jié)構(gòu)順序程序設(shè)計(jì)方法容易理解，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求。其主要缺點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)不清晰、軟件的修改擴(kuò)充比較困難，實(shí)時(shí)性差。2程序設(shè)計(jì)技術(shù)（1）模塊程序設(shè)計(jì)模塊化程序是常用的程序設(shè)

24、計(jì)技術(shù)，其核心思想是將一個(gè)功能具有完整功能的大的程序分解為若干個(gè)功能相對獨(dú)立的較小的程序模塊，各個(gè)程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，通過對各個(gè)模塊的調(diào)用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。模塊化設(shè)計(jì)能夠有效地降低軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性和難度，大大提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也提高了程序代碼的可復(fù)用性。進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)時(shí)一般遵循以下幾條原則； 每個(gè)模塊不宜太大； 各個(gè)模塊間在邏輯相對獨(dú)立； 對簡單的任務(wù)不必采用模塊化； 盡量使用已有的模塊。（2）自上而下地程序設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，先從主程序開始設(shè)計(jì)，從屬的程序或子程序用府號代替。主程序編好后再編制各個(gè)從屬程序和子程序，最后完成整個(gè)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)工作。進(jìn)行軟件調(diào)試時(shí)也按這個(gè)次序進(jìn)

25、行。3.程序設(shè)計(jì)過程 選擇好軟件結(jié)構(gòu)和采用的程序設(shè)計(jì)技主后，便可進(jìn)行具體的程序設(shè)計(jì)工作了。具體設(shè)計(jì)過程有以下4部分。（1）建立數(shù)學(xué)模型（2）繪制程序流程圖（3）編寫程序（4）程序的匯編、調(diào)試和固化2-3-4步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)xy雙向十字滑臺的運(yùn)動(dòng)由x向和y向步進(jìn)電機(jī)來控制，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，從而準(zhǔn)確地控制它們的速度和位置。一般地，數(shù)控伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)及閉環(huán)兩大類，其中閉環(huán)伺服還可以根據(jù)檢測位置的不同進(jìn)一步細(xì)分為半閉環(huán)伺服和閉環(huán)伺服。由于開環(huán)伺服系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試維修方便、成本低的特點(diǎn)，因此雖然這種伺服的誤差沒有補(bǔ)償和校正，精度較低，但廣泛應(yīng)用于中小型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。鑒

26、于開環(huán)伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案似采用開環(huán)伺服，并為xy兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向加上極限位置檢測及原點(diǎn)定位檢測以實(shí)現(xiàn)基本運(yùn)動(dòng)位置的控制。下面以典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（如圖3所示）為例，詳細(xì)介紹本次設(shè)計(jì)的過程。圖3開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、數(shù)控系統(tǒng)及環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)數(shù)控十字沒滑臺數(shù)控系統(tǒng)是以mcs-51系列單片機(jī)為核心部件，外部擴(kuò)展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤/顯示器接口和其它并行接口而實(shí)現(xiàn)的。鍵盤/顯示接口擴(kuò)展（見附錄2），鍵盤是由若干按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備。單片機(jī)使用顯示器主要有七段數(shù)碼管或點(diǎn)陣式顯示器，是最基本的輸出設(shè)備。限于大綱篇幅，鍵盤和顯示器的工作原理在這里就不進(jìn)行

27、詳細(xì)描述了，請學(xué)生參考微機(jī)接口技術(shù)課程教材或其它參考資料。在附錄2里主要討論使用intel8279可編程鍵盤/顯示器接口器件進(jìn)行鍵盤與顯示的擴(kuò)展。二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上是一個(gè)功率開關(guān)電路，其功能是將環(huán)分配器或微處理器送來的弱電信號變?yōu)閺?qiáng)電信號，以得到步進(jìn)電機(jī)控制繞組所需要的脈沖電流及所需要的脈沖波形。因此步進(jìn)電機(jī)有m相，就應(yīng)有m路功率放大電路。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大電路種類很多，按其主電路的結(jié)構(gòu)分有單電壓驅(qū)動(dòng)和高低電壓驅(qū)動(dòng)和高低電壓驅(qū)動(dòng)兩種，其具體驅(qū)動(dòng)電路說見數(shù)控機(jī)床課程教材，在本次設(shè)計(jì)中就不詳細(xì)描述了。三、插補(bǔ)原理及程序設(shè)計(jì)插補(bǔ)計(jì)算就是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的基本數(shù)據(jù)，如直線終點(diǎn)

28、坐標(biāo)值、圓弧起點(diǎn)、圓心、進(jìn)給速度等，通過計(jì)算，將工件輪廓的形狀描述出來，邊計(jì)算邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)發(fā)送進(jìn)給指令。數(shù)控機(jī)床的常用插補(bǔ)計(jì)算方法有逐點(diǎn)比較插補(bǔ)計(jì)算法（簡稱逐點(diǎn)比較法）、數(shù)學(xué)積分插補(bǔ)計(jì)算方法（簡稱數(shù)字積分法）、時(shí)間分割插補(bǔ)計(jì)算方法和樣條插補(bǔ)計(jì)算方法等，在本次課程設(shè)計(jì)中，我們使用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算。逐點(diǎn)比較法每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行一次比較，視該點(diǎn)在給定軌跡的上方還是下方，或在給定軌跡的里面還是外面，從而決定下一步的進(jìn)給方向，使之趨近加工軌跡。逐點(diǎn)比較法是以折線來逼近直線或圓弧線的，它與規(guī)定的直線或圓弧之間最大誤差不超過一個(gè)脈沖當(dāng)量，因此只要將脈沖當(dāng)量取得足夠小，就可達(dá)

29、到加工精度的要求。（一）直線插補(bǔ)計(jì)算原理1偏差計(jì)算公式假定加工如圖所示的第一象限直線oa。取直線的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，直線終點(diǎn)坐標(biāo)（xe,ye）是已知的。m(xm,ym)為加工點(diǎn)（動(dòng)點(diǎn)），若m在oa直線上，則根據(jù)相似三角形的關(guān)系可得。取fm=ymxeye作為插補(bǔ)的偏差判別式。若fm=0，表明m點(diǎn)在oa直線上；若fm0，表明m點(diǎn)在oa直線上方m處；若fm0時(shí)，沿+x軸方向走一步；當(dāng)fm0時(shí)，沿+x方向進(jìn)給一步，走一步后新的坐標(biāo)值為：xm+1， ym+1=ym新的偏差為fm+1=fm+xe-xm+1ye=fm-ye若fm0，應(yīng)向+y方向進(jìn)給一步，走一步后的新坐標(biāo)值為：fm+1=fm+x由此得到了偏差計(jì)

30、算公式，在公式中只有加、減運(yùn)算，只要將前一點(diǎn)的偏差與等于常數(shù)的終點(diǎn)坐標(biāo)值xe,ye 相加減，即可得到新的坐標(biāo)點(diǎn)的偏差值。加工的起點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)，起點(diǎn)的偏差是已知的，即f0=0，這樣隨著加工點(diǎn)的前進(jìn)，新的加工點(diǎn)的偏差fm+1都可以由前一點(diǎn)fm和終點(diǎn)坐標(biāo)相加或相減得到。2終點(diǎn)判別算法逐點(diǎn)比較法的終點(diǎn)判別有多處方法，下面介紹兩種常用方法。第一種：設(shè)x、y兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器，加工開始前，在x、y計(jì)數(shù)器中分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)值xe, ye，在x坐標(biāo)（或y坐標(biāo)）方向上 第進(jìn)給一步時(shí)，就在x計(jì)數(shù)器（y計(jì)數(shù)器）中減去1，直至這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的數(shù)都減到0，此時(shí)達(dá)到終點(diǎn)。第二種：用一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，寄存x和y兩個(gè)坐標(biāo)，從起點(diǎn)至達(dá)

31、終點(diǎn)的總步數(shù)為，x或y坐標(biāo)和線進(jìn)給一步，減去1，直至為0時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)。3插補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算時(shí)，每走一步，都要進(jìn)行以下四個(gè)步驟的邏輯運(yùn)算和自述運(yùn)算，偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、終點(diǎn)判別。4不同象限的直線插補(bǔ)計(jì)算上機(jī)討論的是第一象限的直線插補(bǔ)方法，其它三個(gè)象限的直線插補(bǔ)計(jì)算可以用相同的原理獲得。下表列出了四個(gè)象限進(jìn)行直線插補(bǔ)時(shí)的偏差計(jì)算公式與進(jìn)給脈沖方向。在計(jì)算時(shí)，公式中的xe,ye均為絕對值。線型fm0時(shí)進(jìn)給方向fm0時(shí)進(jìn)給方向偏差計(jì)算公式l1+x+xfm0時(shí)：fm+1=fm+yefm0，表明加工點(diǎn)在圓弧外；若fm0，對于第一象限內(nèi)逆圓，為了逼近圓弧，應(yīng)沿+y方向進(jìn)給一步，到m+1點(diǎn)，其坐標(biāo)值為

32、：新的加工點(diǎn)偏差為：若fm+1=xm,ym+1=ym+1。新的加工點(diǎn)的偏差為：由于上述的推導(dǎo)得知，只要知道一點(diǎn)的偏差就可以計(jì)算出新的一點(diǎn)的偏差。因?yàn)榧庸な菑膱A弧的起點(diǎn)開始的，因此，起點(diǎn)偏差為f0=0，所以新加工點(diǎn)的偏差總可以根據(jù)前一加工點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算出來。2終點(diǎn)判別法圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判別法和直線插補(bǔ)相同，可將從起點(diǎn)到終點(diǎn)x、y軸走步的步數(shù)的總和存入一個(gè)計(jì)數(shù)據(jù)，每走一步便從計(jì)數(shù)器中減1，當(dāng)計(jì)算數(shù)器值為0時(shí)，發(fā)出到達(dá)終點(diǎn)信號。3插補(bǔ)計(jì)算過程圓弧插補(bǔ)過程和直線插補(bǔ)相同，但是偏差計(jì)算公式不同，而且在偏差計(jì)算的同時(shí)還要進(jìn)行動(dòng)點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)的計(jì)算，以使為下一點(diǎn)的偏差計(jì)作好準(zhǔn)備。4四個(gè)象限圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式不同象限的

33、圓弧插補(bǔ)比較復(fù)雜，圓弧所在象限不同，順逆不是，則插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給的方向也不同。歸納有8種情況，這8種情況的進(jìn)給脈沖方向和偏差計(jì)算公式由下表所示。其中xm,ym,xm+1,ym+1都是動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)的絕對值。附錄1附錄圖1- 1為mcs-51系統(tǒng)擴(kuò)展示意圖。附錄圖1- 1 mcs-51系統(tǒng)展示意圖mcs-51具有很強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力，可以擴(kuò)展64k節(jié)節(jié)的程序存儲器和64k字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器或輸入輸出口。本次設(shè)計(jì)中，需要擴(kuò)燕尾服外部程序與數(shù)據(jù)存儲器，以及鍵盤顯示器接口等外部接口，下面就根據(jù)設(shè)計(jì)要求詳細(xì)介紹單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。1mcs-51系統(tǒng)單片機(jī)概述請同學(xué)們參照微機(jī)接口技術(shù)教材或其綜相關(guān)資料。2程序存儲器的

34、擴(kuò)展程序存儲器用于存儲程序代碼和程序常數(shù)。由于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)通常是專用系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)研制完畢其軟件也定型，所以單片朵程序存儲一般由半導(dǎo)體只讀存儲器組成。本次設(shè)計(jì)采用eprom（紫外線可擦除電可編程）型半導(dǎo)體只讀存儲器為8031擴(kuò)展程序存儲器，常用eprom電中盤 2716、2732、2764、27128、27256和27512等。由于十字滑臺數(shù)控程序比較復(fù)雜，因此需要容量較大的程序存儲器，建議在設(shè)計(jì)采用27256作為系統(tǒng)擴(kuò)展存儲器。（1）芯片引腳功能主要含意 aoai：地址輸入線，i=1015； o0o7：三態(tài)數(shù)據(jù)總純度，讀或編程校驗(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)呈高阻

35、態(tài)； ce：選片信號輸入線，低電平有效； pgm：編程脈沖輸入線； oe：讀選通信號輸入線，低電平有效 vpp：編程電源輸入線，其具體值因芯片型號和制造廠而異； vcc：主電源輸入線，一般為+5v gnd：線路地。（2）prom的主要操作方式編程方式：把程序代碼（機(jī)器指令、常靈敏）固化到eprom中；編程校驗(yàn)方式：讀出eprom中的內(nèi)容，檢驗(yàn)編程操作的正確性；讀出方式：cpu從eprom中讀取指令或常數(shù)；維持方式：數(shù)據(jù)端呈高阻態(tài)，耗電少；編程禁止方式：適用于多片eprom并行編程不同數(shù)據(jù)。（3）擴(kuò)展基礎(chǔ)原理mcs-51系列單片機(jī)的引腳ea是程序存儲器選擇信號輸入線。對于片內(nèi)無程序存儲器的803

36、1、8032等，ea引腳必須接地，使cpu在取指令周期只能從外部程序存儲器中讀取指令；對于內(nèi)部有程序存儲器的8051等芯片，ea接+5v，這樣cpu在取指令時(shí)，若pc（程序計(jì)數(shù)器）值小于內(nèi)部程序存儲器容量，cpu則從內(nèi)部程序存儲器取指令，否則從外部擴(kuò)展程序存儲器中取指令。引腳psen是51系列單片機(jī)對外部程序存儲器的讀選通信號輸出線，僅當(dāng)cpu訪問外部程序存儲器時(shí)，該引腳才被激活，輸出負(fù)脈沖（與該引腳相接的程序存儲器讀選通信號輸入線低電平有效）。單片機(jī)地址允許鎖存信號ale上升為高電平后，p2口輸出高8位地址（pch值），p0口輸出低8位地址（pcl值）；ale下降為低平電后，p2口輸出的信息

37、不變，而p0口輸出浮空，即低8位地址信息消失，因此低8位地址必須在ale降為低電平之前由上部地址鎖存器來鎖存；接著psen輸出一個(gè)負(fù)脈沖，選通外療程序存儲器，p0轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，接收外部程序存儲器的指令字節(jié)。（4）擴(kuò)展方法由于p0口上的低8位地址信息在ale引腳降為低電平后會(huì)消息，因此擴(kuò)展程序存儲器時(shí)，必須使用外部地址鎖存器來鎖存低8位地址信息，常用74ls3737作為地址鎖存器。其引腳功能如下： d0d7：數(shù)據(jù)輸入； q0-q7：數(shù)據(jù)輸出； e：三態(tài)門輸出允許控制信號輸入端，低電平有效； g：鎖存信號輸入端，高電平使74ls373，電平負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)輸入端的狀態(tài)鎖存起來. vcc:電源輸入;

38、gnd:線線路地。eg功能01直通（qi=di）00保持（qi保持不變）0x輸出高阻擴(kuò)展程序豐儲器時(shí)，將74ls373的e腳接地、g接單片機(jī)的ale引腳、74ls373的數(shù)據(jù)輸入端接單片機(jī)的p0口、其數(shù)據(jù)輸出接外部程序存儲器的低8位地址端。這樣，當(dāng)ale輸出高電平時(shí)，74ls373直通，使p0口輸出的低8位地址信息及進(jìn)入74ls373，并與p2口輸出的高8位地址同時(shí)到達(dá)外部程序存儲器的地址線，當(dāng)ale變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，p0口低8位地址初鎖存保持，使外部程序存儲器的低8位地址保持不變，p0口可讀到可靠信息。3. 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲用于存儲現(xiàn)場采集的原始數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果等，因此外部數(shù)據(jù)存儲器應(yīng)能隨

39、機(jī)讀寫，通常采用半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器ram電路組成，具有存取速度快、使用方便和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。常用的數(shù)據(jù)存儲器有36116、6264、62256等。建議在本次設(shè)計(jì)工作中采用62256作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器。（1）芯片引腳功能描述 a0-ai：地址輸入線，i=10(6116), 12(6264),14(62256) o0-o7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線； ce：選片信號輸入線，低電平有效； oe：讀選通信號輸入線，低電平有效； we：寫選通信號輸入線，低電平有效； vcc:工作電源 gnd：線路地。信號方式ceoeweo0-o7讀001數(shù)據(jù)輸出寫010數(shù)據(jù)輸入維持1任意任意高阻態(tài)（2）外部數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展原

40、理mcs-51單片機(jī)對外部數(shù)據(jù)存儲器的操作指令有四條： movxa，ri movxri,a movxa,dptr movxdptr,a其中,頭兩條指令是以r0或r1作指針的對外部數(shù)據(jù)存儲器頁面尋址,頁號由當(dāng)前p2口鎖存內(nèi)容決定,這兩條指令適宜尋址容量較小的外部數(shù)據(jù)存儲器后兩條指令是以16位的dptr（數(shù)據(jù)指針）作指針，可對64k字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器尋址。cpu在執(zhí)行前兩條指令時(shí)，p2口輸出的dph內(nèi)容，p0口輸出dpl內(nèi)容。mcs-15單片機(jī)在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期中，ale只輸出一個(gè)脈沖，ale返回低電平后，讀信號rd或?qū)懶盘杦e有效，而psen始終無效（保持高電平），所以單片機(jī)

41、訪問外部數(shù)據(jù)存、儲器時(shí)不會(huì)訪問到外部程序存儲器。（3）外部數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展方法常用的一種方式是外部數(shù)據(jù)存儲器的地址們ag-aj由單片機(jī)的p2 接口提供，8位地址線接地址鎖存器（如74ls373）輸出端。讀、寫控制信號分別連續(xù)單片機(jī)的rd、wr。對外部數(shù)據(jù)存儲器的選片可采用線選法或地址譯碼法。 線選法 線選法就是把某一位地址線直接連到擴(kuò)展電路芯片的選片端，一般選片端為低電平有效，只有這一位地址線為低電平，cpu就選中了該電路進(jìn)行讀寫。采用線選法時(shí)，擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲器（包括i/o接口）的地址可以這樣確定：用作選征的地址線為0，ram電路單元或i/o接口電路的端口地址cpu的尋址所確定期，而其它沒有

42、用到的地址線均勻1。線選法的優(yōu)點(diǎn)是硬件簡單，但由于所用的選片信號線一般是高位地址線，它們的僅值比較大，因此地址空間沒有被充分利用，ram和i/i接口地址出現(xiàn)不鄰接的現(xiàn)象。 地址譯碼法對于需要擴(kuò)展較多的rma和i/o接口的系統(tǒng)，需要采用地址譯碼方法。低位地址線作為擴(kuò)展電路的單無地址線（取外部電路中最多的地址線位數(shù)），對高位地址線采用譯碼器進(jìn)行譯碼，譯出選片信號。常用的譯碼有以下幾種： 24譯碼器74ls139 38譯碼器74ls138 46譯碼器74ls154附錄28279芯片是一種專用于鍵盤/顯示器的接口器件，它能對顯示器自動(dòng)掃描，能識別鍵盤上閉合的鍵號，提高cpu的工作效率。8279包括鍵盤

43、輸入和顯示輸出兩個(gè)部分。鍵盤部分提供的掃描方式可以和64個(gè)按鍵或傳感器陣列相連；能自動(dòng)消除開關(guān)抖動(dòng)以及對n鍵同時(shí)按下采取保護(hù)。顯示部分按掃描方式工作，可以顯示8或16位led數(shù)碼管顯示器。（1）8279的引腳功能 db0-db7：雙向數(shù)據(jù)總線，用于在cpu和8279之間傳 送命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)； clk：時(shí)釧輸入線，用于產(chǎn)生內(nèi)部定時(shí)； reset：復(fù)位輸入線，復(fù)位后，8279被置為以下工作方式：16顯示左邊輸入，編碼掃描鍵盤雙鍵封鎖，時(shí)鐘系數(shù)為31； cs：選片信號輸入線，低電平時(shí)cpu選中8279，允許對8279進(jìn)行讀寫操作； a0：緩沖器地址輸入線，高電平時(shí)數(shù)據(jù)線上傳送的是命令或狀態(tài)信息，低

44、電平時(shí)數(shù)據(jù)線上傳送的是數(shù)據(jù)信息； rd：讀信號輸入線，低電平有效，8279內(nèi)部緩沖器信息送db0-7； wr：寫信號輸入線，低電平有效，接收數(shù)據(jù)總線db0-7上的信息寫入內(nèi)部緩沖器； irq：中斷請示輸出線，高電平有效。在鍵盤工作方式中，fifo ram中有鍵輸入數(shù)據(jù)時(shí)，irq上升為高電平，向cpu請求中斷，cpu每次讀出fifo ram數(shù)據(jù)時(shí)，irq上升為高電平，向cpu請求中斷，cpu每次讀出fifo ram數(shù)據(jù)時(shí)，irq變?yōu)榈碗娖剑魊am中還有數(shù)據(jù)，irq在讀出后又返回高電平，直至fifo中的所有數(shù)據(jù)被讀完irq才保持低電平。在傳感器方式中，每當(dāng)檢查到傳感器信號變化時(shí)irq上升為高電平

45、； sl0-sl3：掃描輸出線，用以對鍵盤/傳感器矩陣和顯示器進(jìn)行掃描； rl0-rl7：數(shù)據(jù)輸入線，鍵盤/傳感器矩陣的行（或行號）數(shù)據(jù)輸入線。該輸入線內(nèi)部有提高電路，使之保持高電平，也可以由外部開關(guān)拉成低電平； shift：換檔輸入線，在鍵掃描中，閉合鍵的位置信息（行和列號）與換檔輸入線的狀態(tài)一起存入fifo，使鍵盤上的每個(gè)鍵可以定義為上、下兩檔功能； cntl/stb：控制/選通輸入線，在鍵盤方式中，作為控制輸入線，它的狀態(tài)和鍵輸入信息一起存儲到fifo中。在選通工作方式中，作為數(shù)據(jù)送入fifo的選通輸入線。 outa0outa3：四位輸出口； outb0outb3：四位輸出口； bd：顯

46、示消隱輸出線，低電平有效，該輸出線在數(shù)字切換過程中或使用顯示器熄滅命令使顯示器消隱； vcc：電源； vss：地。（2）8279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理8279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由i/o控制及數(shù)據(jù)緩沖器、控制與定時(shí)寄存器及定時(shí)控制、掃描計(jì)數(shù)器、輸入緩沖器、鍵盤去抖及控制、fifo/傳感器及其狀態(tài)寄存器、顯示ram和顯示地址寄存器組成。 i/o控制及數(shù)據(jù)緩沖器雙向的三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器將內(nèi)部總線和外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線db0-db7相連，用于在cpu和8279之間傳送命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。i/o控制電路以cs、a0、rd、wr線上輸入信號控制總線上信息的傳送，即對內(nèi)部不同的寄存器和緩沖器進(jìn)行讀或?qū)?。cs為片選輸入

47、線，為低電平有效。當(dāng)該引腳上為低電平時(shí)允許cpu對其進(jìn)行讀寫，一般接系統(tǒng)的地址譯碼器。ao為信息屬性選擇線，用來指出所傳送的信息是命令/狀態(tài)，還是數(shù)據(jù)，a0為邏輯1時(shí)，cpu寫入8279的信息是控制命令，從8279讀出的狀態(tài)字節(jié)；a0為邏輯0時(shí)，讀出和定入的信息都是數(shù)據(jù)。a0通常接系統(tǒng)的地址總線低位。 時(shí)序控制邏輯控制和時(shí)序寄存器用于存放鍵盤和顯示器的工作方式和其他狀態(tài)信息。時(shí)序和控制部件包含了定時(shí)計(jì)數(shù)器，其中一個(gè)計(jì)數(shù)據(jù)是n分頻器，分頻系數(shù)可以編程為2-31之間的任何一個(gè)數(shù)，對clk上輸入的時(shí)鐘脈沖信號進(jìn)行n分頻，以產(chǎn)生基本的100khz的內(nèi)部計(jì)數(shù)信號（此時(shí)掃描時(shí)間為5.1ms，去抖動(dòng)時(shí)間為1

48、0.3ms），共它計(jì)數(shù)器將100khz信號再分頻，以提供適當(dāng)?shù)逆I盤矩陣掃描和顯示器掃描的時(shí)間。 掃描計(jì)數(shù)器掃描計(jì)數(shù)器有兩種工作方式，一種是編碼工作方式，計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制方式計(jì)數(shù)，4位計(jì)數(shù)的狀態(tài)直接從掃描線sl0-sl3上輸出，必須由外部譯碼對sl0-sl3進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生對鍵盤和顯示器的掃描信號，另一種是譯碼工作方式，對計(jì)數(shù)器的低兩位進(jìn)行譯碼后從sl0-sl3上輸出，作為48鍵盤和4位顯示器的掃描信號，因此在譯碼方式中只有顯示ram的前4個(gè)字符被顯示出來。編碼方或掃描出高電平有效，譯碼方式中掃描輸出線低電平有效。 輸入緩沖器和鍵盤去抖控制輸入緩沖器鎖存rl0rl7上的信息。在鍵盤工作方式中，對鍵

49、盤進(jìn)行掃描，搜索鍵盤上的閉合鍵，由去抖電路檢測到某個(gè)鍵閉合后等待10ms，再檢測該鍵的狀態(tài)，若仍然閉合，則將鍵在矩陣中的地址（行、列號）以及shift和cntl狀態(tài)都寫入fifo ram。 在傳感器方式中，每次掃描時(shí)直接把rl0rl7上信息寫八傳感器ram，在選通方式中，由選通輸入信號的上升沿將rl0rl7上信息寫入fifo ram。fifo/傳感器ramfifo/傳感器ram是一個(gè)雙功能的88ram緩沖器。在鍵盤選通輸入方式中，是一個(gè)先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)緩沖器，每一個(gè)新輸入的信息寫入ram中的下個(gè)單元，并按寫入的次序讀出。fifo狀態(tài)寄存器存放fifo中的字符數(shù)和fifo的滿空標(biāo)志，對fifo讀出

50、寫入次數(shù)太多時(shí)間視為溢出錯(cuò)誤。當(dāng)cs=0，a0=1，rd=0時(shí)便讀出fifo的狀態(tài)字節(jié)，當(dāng)fifo中有數(shù)據(jù)時(shí)，由控制電路發(fā)出irq信號。 顯示地址寄存器和顯示ram顯示地址寄存器用于存儲cpu當(dāng)前正在讀寫的顯示ram單元地址以及正在顯示的兩個(gè)4位半字節(jié)地址。讀寫顯示ram地址由編程設(shè)定，也可以定義為讀寫后地址半字節(jié)顯示地址由8279自動(dòng)刷新。（3）8279的控制命令系統(tǒng)通過對8279編程寫入控制命令來選擇其工作方式。8279控制命令為一個(gè)字節(jié)，其中高三位為命令的特征位，不同的命令有不同的特征位。8279的主要控制命令如下： 鍵盤顯示器方式設(shè)置命令d7d6d5d4d3d2d1d0000ddkkk

51、最高三位000是方式設(shè)置命令的特征位，dd為顯示器工作方工選擇位，kkk為鍵盤工作方式選擇位，具體工作方式如下所示顯示器方式選擇d4 d3顯示器方式選擇0 088字符顯示左邊輸入0 1168字符顯示左邊輸入1 088字符顯示右邊輸入1 1168字符顯示右邊輸入鍵盤工作方式選擇d2 d1 d4顯示器方式選擇0 0 0 編碼掃描鍵盤-雙鍵封鎖0 0 1譯碼掃描鍵盤-雙鍵封鎖0 1 0編碼掃描鍵盤-n鍵巡回1 0 0譯碼掃描鍵盤-n鍵巡回1 0 1編碼掃描傳感器矩陣1 1 0譯碼掃描傳感器矩陣1 1 1選擇輸入譯碼掃描顯示器8279復(fù)位以后dd=01，即168字符顯示左邊輸入方式，在鍵盤設(shè)置為譯碼掃描方式時(shí)，顯示4個(gè)字符，與顯示方式無關(guān)，kkk=000，即為編碼掃描鍵盤一雙鍵封鎖方式。鍵盤工作方式有三種，即雙鍵封鎖、n鍵巡回、特殊出錯(cuò)方式：雙鍵封鎖在去抖過程中可能出現(xiàn)三種情況：當(dāng)某一個(gè)鍵按下時(shí)，去抖動(dòng)邏輯置位，接著再去搜索共它的閉合鍵，如果沒有其它的鍵按下，說明只按下一個(gè)鍵，則該鍵的位置就與cntl及shift線的狀態(tài)一起送入fifo r