微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造x52立式銑床的x工作臺(tái)

1、密級(jí)： NANCHANGUNIVERSITY學(xué)士THESISOFBACHELOR（ 2002 2006 年 ）題目：用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造 X52K 立式銑床的 X-Y 工作臺(tái)學(xué)院：機(jī) 電 學(xué) 院系：機(jī) 制 業(yè)：機(jī)械制造設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專級(jí)：機(jī)制 023 班班學(xué)號(hào)：02122088姓名：李健指導(dǎo)教師：羅良玲起訖日期：2006.2.131用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造X52K 立式銑床的 X-Y 工作臺(tái)專業(yè)：機(jī)制學(xué)號(hào)：02122088學(xué)生姓名：李健指導(dǎo)教師：羅良玲摘要隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，數(shù)控機(jī)床及其系統(tǒng)已成為機(jī)械制造業(yè)中不可缺少的組成部分。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電的典型，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮

2、著巨大的作用。它很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密度高、批量較小、零件多變等問題，且能穩(wěn)定質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)的情況看，因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，投資較大使企業(yè)心有余而力不足。而我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，對(duì)普通機(jī)床做數(shù)控化改造不失為一種良策。進(jìn)行數(shù)控化改造可大大提高原有機(jī)床的自動(dòng)化程度與生產(chǎn)率，且成本僅為全功能數(shù)控機(jī)床的 1/31/4。本文介紹了采用單片機(jī)系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控柜來改造普通機(jī)床。首先說明了數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)；隨后著重介紹了機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械部分設(shè)計(jì)和計(jì)算：系統(tǒng)利用微機(jī)對(duì)向系統(tǒng)開環(huán)，驅(qū)動(dòng)元件采用混合式步進(jìn)電機(jī)，用單片機(jī) 8031 控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的

3、硬件組成及 MGLS240128T 驅(qū)動(dòng) LCD 的顯示和整個(gè)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并對(duì)相應(yīng)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)的闡述；最后介紹了數(shù)控機(jī)床零件程序的編制和個(gè)例。：數(shù)控；步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)；滾珠絲杠With microcomputer numerical control technologicaltransformations X52K vertical milling machine X-Y worktableAbstractAlong with the technical and quick development of science, the number controls the techni

4、cal application to extend increasingly, counting to control tool machine and its systems to have become the machine manufacturing industry in the constitute of indispensability part.The numerical control engine bed took the integration of machinery the typical product, is playing the huge role in th

5、e mechanical manufacturing industry, solved in well the modern machine manufacture the structure complex, precise, the batch has been small, the changeable components processing question, also could stabilize the product processing quality, large scale enhanced the production efficiency. But the sit

6、uation which faces from the present enterprise looked, because the numerical control engine bed price is expensive, the disposable investment compares ambassador the enterprise to have more desire than energy. Our country took the engine bed great nation, does not lose to the ordinary engine bed num

7、erical control transformation is one good brilliant plan, carries on the numerical control transformation to the ordinary locomotive to be possible to enhance the original locomotive the automaticity and the productivity cost only is greatly the entire function numerical control airport 1/3 1/4.The

8、present paper mainly introduced uses the monolithic integrated circuit system and step-by-stepsthe motor-driven system composition engine bed computer numerical control cabinet to transform the2ordinary engine bed. First explained the numerical control system overall plan design；afterwards emphatica

9、lly introduced the engine bed enters for the system machine part design and the computation： the control system use microcomputer to vertical, the crosswise system open-loop control, actuates the part to use direct current to step-by-step the electrical machinery, 8031 controls the engine bed with t

10、he monolithic integrated circuit to enter actuates LCD for the system hardware composition and MGLS24064128T the demonstration and the entire hardware design carries on the analysis, and carries on the correlation to the corresponding circuit design the elaboration；finally introduced the numericalco

11、ntrol engine bed components processing procedure establishment and an example.Key word：guide screwBall bearingNumerical controller；Stepping motor；Single chip microprocessor；3目錄摘要2ABSTRACT2第一章 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定51.1總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容5第二章 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算52.12.22.32.42.52.6確定系統(tǒng)脈沖量5切削力計(jì)算5滾珠絲桿螺母副6齒輪傳動(dòng)計(jì)算10步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型10設(shè)

12、計(jì)繪制進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分裝配圖12第三章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)123.13.23.33.43.53.6硬件電路設(shè)計(jì)的內(nèi)容1280C31 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1380C31 單片機(jī)的引腳定義及功能14器的擴(kuò)展14I/O 口的擴(kuò)展17液晶顯示接口電路及顯示程序21第四章 數(shù)控機(jī)床零件程序274.14.24.3數(shù)控編程過程的內(nèi)容27數(shù)控編程步驟28數(shù)控銑床零件程序編制舉例29致謝辭30參考文獻(xiàn)304第一章 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定1.1總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的型數(shù)控車床應(yīng)具有、直線插補(bǔ)、順、逆圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)、公英制螺紋等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)系統(tǒng)?？紤]到屬于型數(shù)控

13、機(jī)床精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)。（2）數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用 8 位微機(jī)。由于 MCS51 系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，系統(tǒng)。性強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)，決定采用 MCS51 系列的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O 接口及光電電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成，系統(tǒng)的態(tài)等信息。程序和命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)及機(jī)床狀（3）機(jī)械傳動(dòng)方式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪再傳動(dòng)絲杠，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙

14、，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總體方案框圖見圖 1-1圖 1-1第二章 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 確定系統(tǒng)脈沖量根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量：縱向：0.01mm/step，橫向：0.01mm/step（半徑）2.2 切削力計(jì)算1、縱向（按主電機(jī)功率計(jì)算切削力） 切削功率Nc=Nh式中 N主電機(jī)功率，N=5.5 KWh 系統(tǒng)總效率，取h =0.85所以 Nc=4.4 KW主切削力 Fz=60000Nc/V式中 V 為切削線速度，取 V=60 m/min所以 Fz=4400 N按切削力各分力比例： FZ：FX：FY=1：0.25：0.4 縱向：FX=44

15、00×0.25=1100FY=4400×0.4=1760橫向：Fx=1760Fy=11002.3滾珠絲桿螺母副（一） 縱向進(jìn)給絲杠1、 計(jì)算進(jìn)給軸向力 Fm（N）縱向進(jìn)給為燕尾型導(dǎo)軌：Fm=K Fx(FZ G+2Fy)式中 K考慮力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 K=1.4；滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：f=0.2； G溜板及刀架重力，G=3500 N。則 Fm =1.4×11000.2（44003500+2×1760）=3824 N2、 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 Q60´1000´ 0.8´ 0.4´15000Q =L fw Fm =

16、3´1.3´ 3824 = 16404.9638´106L=60×n×T/106 N=1000Vs/L0式中 L0滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 L0=8；vs最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/21/3），此處 vs=0.4mm；T使用，按 15000h；w運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 w=1.21.5；L，以 106 轉(zhuǎn)為 13、滾珠絲杠螺母副的選型查表：可采用 W1L3508 外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1 列 2.5 圈，其額定動(dòng)負(fù)載為 20000N，精度等級(jí)按表 212 選為 1 級(jí)。V300p=6×10-3mm4、傳動(dòng)

17、效率計(jì)算。h = tggtg (g +j )式中 螺旋升角，=4°10摩擦角取 10滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0.0030.004h = tgg= tg 4°10'= 0.96tg (g +j )tg (4°10'+10')5、剛度驗(yàn)算先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖。最大進(jìn)給軸向力為 3824N。支承間距 L=1100mm，6絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 1/3。Z2J2GJSLJM圖1縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖Z1J1（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量1，（可查數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)表 25） Fm=3824N，D0=35mm；L0=8mm；

18、d1=D0+2e-2R=30.128mmE=20.6×104N/mm2，ö2æ 30.128 ö2æ d· p = çp = 715mm2A = ç 1 ÷÷è2 øè2ø絲杠導(dǎo)程 L0 的變化量為：3824´8L = Fm L0 = 2.077 ´10-4EA20.6´104 ´ 715總長(zhǎng)度 L=1500mm，絲杠上的變形量 1，由于兩端均采用推力球軸承，則值：= 1 L ´= 2.077 ´

19、10-4 ´d-21100 = 2.285´10 (mm)L14 L60（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2， 由 dp=4.763mm，F(xiàn)m=382.4kgf承載滾珠數(shù)量 ZS = 3.969 ´ 2.5´1 = 57.68p×35由于對(duì)滾珠絲杠副施加預(yù)緊力，且預(yù)緊力 Fp 為軸向負(fù)載的 1/3，則變形Fm382.4d = 0.0013= 0.0013´= 3.93´10-3 mm2· F · Z 23 4.763´ 382 4 ´ 57.6823 dbpå3故誤差d + d

20、2.285´10-2 + 3.93´10-3= 2.976´10 0.03mm-2= 12 =0.90.9故滿足精度要求。6、穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端推力軸承，產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需作穩(wěn)定性校核。（二）橫向進(jìn)給絲杠1、計(jì)算進(jìn)給軸向力 Fm7橫向?qū)к墳殡p矩形導(dǎo)軌，計(jì)算如下：= K ´ F ' + f '(F ' + F ' + G)F 'mxzy= 1.1´1760 + 0.15(4400 +1100 + 3500)» 3586N2、計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 Qn = 1000 ´ vs = 1000

21、 ´ 0.8´ 0.5 = 3L08L = 60 ´ n ´T = 60 ´ 50 ´15000 = 21060Q = 3 L f F ' = 3 45 ´1.3´ 4879 =wm3、選擇滾珠絲杠螺母副查表：可采用 W1L4008 型 1 列 2.5 圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副，額定動(dòng)載荷為 19700N，可滿足要求，選定精度為 1 級(jí)，V300p=6×10-3mm4、傳動(dòng)效率計(jì)算h =tgg=tg4°3'= 0.96tg(g + j)tg(4°3'+10 &

22、#39;)5、剛度驗(yàn)算橫向進(jìn)給絲杠支承方式如圖，最大軸向力為 3586N，支承間距 L=500mm，因絲杠長(zhǎng)度較短，不需要預(yù)緊，螺母及軸承預(yù)緊。計(jì)算如下：（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 1（mm）()2根據(jù) F =3586N，D =40mm， A =· p = 971.7mm235 1282m0= L L = F 'mdL =1LEA20.0（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形 2（mm）p · 40根據(jù) db=4.763， Z =´ 2.5´1 = 65.924.7638無欲緊時(shí)1 æ Fa ö2æ 3586 ö

23、21d = 0.00383 = 0.00383=1.6 ´10-2 (mm)D0 ç Zx ÷40 ç 65.92 ÷ 2èøèø誤差：d + d8.96´10-3 +1.6´10-2= 0.0277 < 0.03= 120.90.9滿足精度要求。f p 2 EI6、穩(wěn)定性校核計(jì)算臨界負(fù)載 Fk：F = z(N )kL2式中 E材料彈性模量，鋼：E=20.6×106N/cm2；I截面慣性矩（cm4）絲杠： I =d 4 ，d1 為絲杠內(nèi)徑；p64 1L絲杠兩支承端距離（

24、cm）；z絲杠支承方式系數(shù)，從表 24 中查出，一端固定一端簡(jiǎn)支，z =0.25I =d 4 =´.518274 = 7,5168cm4pp64 164f p 2EI2´p 2 ´ 20.6´106 ´ 7, 5168= z= 1221376(N )FkL2502Fk= 1221376 = 340 × 6 > n （ 一般n = 2.5 4）絲n =kkkF '3586m（三）縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)（見下表）表 1W1L3508 及 W14008 滾珠絲杠幾何參數(shù)9名稱符 號(hào)W1L3508W1L4008螺紋滾道公

25、稱 直 徑d03540導(dǎo)程L088接觸角4°103°39鋼 球 直 徑db4.7634.763滾道法面半徑RR=0.52db2.4772.477偏心距E=（Rdb/2）0.0680.068螺 紋 升 角=arc tgL0/d04°103°39螺桿螺 桿 外 徑dd=d0-（0.20.25）d b3439螺 桿 內(nèi) 徑d1d1=d0+2e-2R30.18235.182螺桿接觸直徑dzdz=d1-d bcos25.4330.429螺母螺母螺紋直徑DD=d0-2e+2R39.81844.818螺 母 內(nèi) 徑D1D1=d0+（0.20.25）d b35.9540

26、.952.4齒輪傳動(dòng)計(jì)算1、已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 p=0.01，滾珠絲杠導(dǎo)程 L0=8mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角b=0.72， 可計(jì)算出傳動(dòng)比 ii = 360d p= 360 ´ 0.01 = 0.625 = 5 = 30qb L00, 72 ´ 8848可選定齒輪數(shù)為：Z1=30Z2=48 2、橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 p=0.01，滾珠絲杠導(dǎo)程 L0=8mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角b=0.72,可計(jì)算出傳動(dòng)比i = 360d p= 360 ´ 0.01 = 0.625 = 30qb L00 × 72 ´ 848可選定齒輪

27、數(shù)為：Z1=30Z2=48因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)取 2，有關(guān)參數(shù)見下表：表 2傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)2.5步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型（一）縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算1、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖 1，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J（kg·cm2）可由下式計(jì)算：ö2 éö2 ùæ ZWLæJS = JM + J1 + ç 1 ÷ ê(J 2 + Js ) +ç 0 ÷úúûg è 2p øè Z2 ø 

28、34;ë參考同類型機(jī)床，初選混合式步進(jìn)電機(jī) 110BYG550B，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM=9.7kg·cm24-342J1=0.78×10-3×d1 L0=0.78×10 ×6 ×2=2.02kg·cm4-342J2=0.78×10-3×d2 L0=0.78×10 ×9.6 ×2=13.25kg·cm由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)表 27 得4-342Js=0.78×10-3×d2 L0=0.78×10 ×3.5 ×11

29、0=12.875kg·cm代入得：10齒 數(shù)30483048分度圓d=mz60966096齒頂圓de=d+2m6410064100齒根圓df=d2×1.25m55915591齒 寬（610）m20202020中心距A=（d1+d2）/27878ö2 éö2 ùæ ZW æ LJS = JM + J1 + ç 1 ÷ ê(J2 + Js ) +ç 0 ÷úúûg è 2p øè Z2 øê

30、ëæ 30 ö2 é5500 æ 0.8 ö2 ù= 9.7 + 2.022 + çê(13.25 + 9.984) +ú = 24.2kg × cm2÷ç÷9.8 è 2p øè 48 øêëúû2、電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：快速空載起動(dòng)力矩 M 起在快速空載起動(dòng)階段，力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：qb= vmax 

31、0;= 1600 ´ 0.72 = 320r / minnmaxd360°0.01360p2p · n´10-2nM= J · e = J max ´10 2 = J ´max-a maxSS60 ´ t60ta2pa= 24.2´ 2p ´ 320 ´10-260 ´ 0.03= 270.18N × cm折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 M ：F0 L0f '(Fx +W ) ´ L0 = 0.16(4400 + 550) ´ 0.8 = 12

32、5.8N × cmM =2phi2ph Z22p ´ 0.8´ 8fZ15附加摩擦力矩 M0：F L1 ´ F ´ L(1-h ) = 3m0 (1-h 2 )M =p 0202phi02ph Z2Z11 ´ 3824´ 0.8 (1- 0.9 )32=2p ´ 0.8´ 85= 24.1N × cmFx L01100´ 0.8M = 109.44N × cmt2phi2p ´ 0.8´ 85由上式得：快速空載起動(dòng)力矩M起 = Ma max + M f+

33、M0 = 270.18 +125.8 + 24.1 = 420.1N × cm快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M起 = M f + M0 = 125.8 + 24.1 = 149.9N × cm最大切削負(fù)載時(shí)所需的力矩M切 = M f + M0 + Mt = 125.8 + 24.1+109.44 = 259.37N × cm11從上面計(jì)算可以看出，M 起、M 快、M 切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以此項(xiàng)作為步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。根據(jù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)表 29 查得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，=Mq/Mjmax=0.866，最大靜力矩 Mjmax=420.1/0.866=48

34、5.1N·cm按此最大靜轉(zhuǎn)矩從網(wǎng)上查出，110BYG550B 型最大靜轉(zhuǎn)矩為 800N·cm。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩， 可作為初選型號(hào)。3、計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率= 1000´1.6 = 2666.7HZ= 1000vmaxfk60d60´ 0.01p= 1000´ 0.8 = 1333.3HZ= 1000vsfk60d60´ 0.01p同樣在網(wǎng)上可查出 110BYG550B 型步進(jìn)電機(jī)1600HZ，與以上數(shù)據(jù)相比顯然滿足要求。的最高空載頻率為 30000HZ，起動(dòng)頻率為2.6設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分裝配圖見圖紙第三章

35、 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩部分，在進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)前，應(yīng)從總體上初步確定軟硬件要完成的功能，部分硬件電路的功能可以用軟件取代。確定軟硬件功能時(shí)應(yīng)考慮以下因素：lll3.1數(shù)量的大?。簲?shù)量大時(shí)，則硬件可以有軟件代替；電路復(fù)雜程度：電路較復(fù)雜，從硬件上實(shí)現(xiàn)，可有軟件代替； 速度要求；硬件速度相對(duì)來說較快；硬件電路設(shè)計(jì)的內(nèi)容硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是軟件編制的前提，數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)包括以下幾部分內(nèi)容：1、繪制系統(tǒng)電氣的結(jié)構(gòu)框圖據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣結(jié)構(gòu)圖。機(jī)床硬件電路由五部分組成：lllll主器，即外理單元 CPU?？偩€，包括數(shù)據(jù)

36、總線、地址總線和總線。器，包括程序器和數(shù)據(jù)器。接口，即輸入/輸出接口電路。設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。12CPUI/O光電隔功放步進(jìn)電機(jī)2、選擇外理單元 CPU 的類型CPU 的種類很多，如 Z80，8080，MCS-51 系列等，在數(shù)控系統(tǒng)中選擇 CPU 應(yīng)考慮：1）應(yīng)用場(chǎng)合：對(duì)于數(shù)控機(jī)床等機(jī)械，工作環(huán)境惡劣，且要求單片機(jī)作為工控機(jī)。部分體積小，MCS-51 系列2）外部擴(kuò)展功能，包括器的擴(kuò)展，I/O 口擴(kuò)展，定時(shí)/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展等，而 MCS-51 系列單片機(jī)有很強(qiáng)的外部擴(kuò)展功能，擴(kuò)展電路大多是一些常規(guī)路來較大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。3）指令系統(tǒng)的功能，影響編程靈活性。，用戶很容易通過標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展

37、電4）開發(fā)，包括支持開發(fā)的軟硬件。5）時(shí)鐘頻率：對(duì)于一確定 CPU，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是有一定范圍的，用戶可根據(jù)需要選擇。選擇時(shí)鐘頻率時(shí)要考慮：l CPU 外理的工作量，當(dāng)工作量大時(shí)，選擇較高的時(shí)鐘頻率；l 響應(yīng)速度要求，響應(yīng)速度要求快時(shí)，選較高的時(shí)鐘頻率；l 在滿足以上兩個(gè)條件的前提下，盡可能選用較低的時(shí)鐘頻率，這是因?yàn)楦哳l對(duì)工具的要求高。及開發(fā)3、器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)器和程序器擴(kuò)展兩部分。選擇 EPROM 作程序器時(shí)，應(yīng)考慮：ll速度應(yīng)與 CPU 時(shí)鐘匹配；容量適中，太大會(huì)使電路復(fù)雜，降低可靠性，且會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。4、I/0 接口電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：據(jù)外部要求選用 I/O 接口，步進(jìn)

38、電機(jī)伺服電路，鍵盤、顯示部分以及其他輔助電路設(shè)計(jì)（如復(fù)位、掉電保護(hù)等）。這部分設(shè)計(jì)要考慮系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠。在器擴(kuò)展和 I/O 接口電路中，均涉及到地址譯碼問題。3.280C31 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8031 單片機(jī)由 7 個(gè)部件組成，即微處理器（CPU、數(shù)據(jù)器(RAM)、特殊功能寄存器、I/O 口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及中斷系統(tǒng)，它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成的。具體的說是：·8 位 CPU13外 設(shè)鍵盤等RAM ROM·4kbytes 程序器(ROM)·128bytes 的數(shù)據(jù)·32 條 I/O 口線器(RAM)·

39、111 條指令，大部分為單字節(jié)指令·21 個(gè)寄存器·2 個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器·5 個(gè)中斷源，2 個(gè)優(yōu)先級(jí)·一個(gè)全雙工串行通信口·外部數(shù)據(jù)·外部程序器尋址空間為 64kB器尋址空間為 64kB·邏輯操作位尋址功能·雙列直插 40PinDIP 封裝·單一+5V 電源供電3.380C31 單片機(jī)的引腳定義及功能1) 8031引腳功能：8031有 40 個(gè)引腳，引腳配置見圖2) 各引腳按功能可分為三部分：I/O 口線：P0，P1，P2，P3 共 4 個(gè) 8 位口； 口線：PSEN，ALE，EA，RST；電源及時(shí)鐘

40、：VCC、VSS；XTAL1，XTAL2。3) 應(yīng)用特性：I/O 口線不能都用作用戶 I/O 口線；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P3 是雙重功能口。3.4器的擴(kuò)展1. 隨機(jī)讀寫器 RAM 的擴(kuò)展數(shù)據(jù)器一般采用 RAM，這種器在電源關(guān)斷后，的數(shù)據(jù)將全部丟失。RAM 的類型很多，本只講 SRAM 器件：ll動(dòng)態(tài) RAM（DRAM），一般容量較大，易受干擾，要定時(shí)刷新，使用略復(fù)雜。靜態(tài) RAM（SRAM），不需刷新，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常使用1）常用器 62128 簡(jiǎn)介型號(hào)：62128 前兩位數(shù) 62, 表示 SRAM， 后兩位

41、 128÷8=16k 字節(jié)容量其引腳配置：142）llll器與單片機(jī)三總線的連接：數(shù)據(jù)線 D0n 連接數(shù)據(jù)總線 DB0n地址線 A0N 連接地址總線低位 AB0N。片選線 CS 連接地址總線ABN+x。讀寫線 OE、WE(R/W) 連接讀寫線 RD、WR。2.只讀器 ROM 的擴(kuò)展1） 分類工作時(shí)，ROM 中的信息只能讀出，要用特殊方式寫入(信息)，失電后可保持信息不丟失。l掩膜 ROM：不可改寫 ROM由生產(chǎn)的廠家信息。在最后一道工序用掩膜工藝寫入信息，用戶只可讀。lPROM：可編程 ROM用戶可進(jìn)行一次編程。單元電路由熔絲相連，當(dāng)加入寫脈沖，某些單元熔絲熔斷，信息寫入，不可再次改

42、寫。lEPROM：可光擦除 PROM用戶可以多次編程。編程加寫脈沖后，某些單元的 PN 結(jié)表面形成浮動(dòng)?xùn)?，阻擋通路，?shí)現(xiàn)信息寫入。用紫外線照射可驅(qū)散浮動(dòng)?xùn)?，原有信息全部擦除，便可再次改寫。lEEPROM：可電擦除 PROM既可全片擦除也可字節(jié)擦除，可點(diǎn)。但寫入時(shí)間較長(zhǎng)。擦除信息，又能失電保存信息，具備 RAM、ROM 的優(yōu)lFlashROM：可電擦除 PROM2）常用其引腳配置器 27128 簡(jiǎn)介：153. 地址譯碼8031 擴(kuò)展電路中，都涉及到外部地址空間的分配問題，即當(dāng) 8031 數(shù)據(jù)總線分時(shí)與多個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，首先要進(jìn)行片選，然后再進(jìn)行片內(nèi)地址選擇。地址譯碼實(shí)現(xiàn)片選的方法可分為三種：線

43、選法，全地址譯碼法和部分地址譯碼法。常用的地址譯碼器 74LS138 和 74LS139。下面主要介紹 74LS138 譯碼器的引腳圖及邏輯功能。當(dāng) G1=1,G2A=G2B=0 時(shí)，74LS138 工作。C、B、A 的輸入決定譯碼器的輸出引腳。1G1A1B1Y01Y11Y21Y32G2A2B2Y02Y12Y22Y3G1 G2A G2BY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7A B C4.地址鎖存器8031 擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，由 P0 口提供數(shù)據(jù)及低 8 位地址，分時(shí)傳送，故須地址鎖存。常用的地址鎖存器是 74HC373（帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器），其引腳及與 8031 的連接見下圖16

44、三八譯碼器二四譯碼器圖中：D1D8：信號(hào)輸入端Q1Q8：信號(hào)輸出端G：下降沿時(shí)，將 D1D8 鎖存于內(nèi)部E：使能端，E0 時(shí)，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出端 Q1Q8 與輸入端 D1D8 連通，當(dāng) E1時(shí)，輸出三態(tài)門斷開，輸入數(shù)據(jù)鎖存。3.5I/O 口的擴(kuò)展MCS-51 單片機(jī)共有四個(gè) 8 位并行 I/O 口，可提供給用戶使用的只有 P1 口和部分 P3 口線，因引不可避免地要進(jìn)行 I/O 口的擴(kuò)展Intel 公司常用的接口有：8155：可編程的 RAMI/O 擴(kuò)展接口電路；8255：可編程的通用并行接口電路；8279：可編程的鍵盤、顯示接口。此外，還有 74LS 系列的 TTL 電路和 CMOS

45、 電路鎖存器、三態(tài)門電路也可用為擴(kuò)展 I/O 口。1.I/O 口擴(kuò)展方法據(jù)擴(kuò)展并行 I/O 口時(shí)數(shù)據(jù)線的連接方式，I/O 口擴(kuò)展方式可分為三種：1)總線擴(kuò)展方法擴(kuò)展的并行 I/O，數(shù)據(jù)輸入線取自 8031 的 P0 口。這種擴(kuò)展方法分時(shí)占用 P0 口，不影響 P0口與其它擴(kuò)展的連接操作，MCS-51 單片機(jī) I/O 擴(kuò)展中常采用這種擴(kuò)展方法，使用的擴(kuò)展主要是通用 I/O 擴(kuò)展2)串行口擴(kuò)展方法和 TTL/CMOS 鎖存器、三態(tài)門電路。8031 串行口在方式 0 工作狀態(tài)下所提供的I/O 口擴(kuò)展功能：接上串入并出的移位寄存器 74LS164時(shí)，可以擴(kuò)展并行輸出口，接上并入串出移位寄存器 74LS

46、165 時(shí)，則可擴(kuò)展并行輸。這種擴(kuò)展方法只占用串行口，而且通過移位寄存器的級(jí)聯(lián)方法可以擴(kuò)展多數(shù)量的并行 I/O 口， 但由于數(shù)據(jù)的輸入輸出采用串行移位方法，傳輸速度較慢。3) 通過輸入輸出的數(shù)據(jù)線不通過 P0 口而通過其它片內(nèi) I/O 口，這種方法在 8031 應(yīng)用系統(tǒng)中使用較少。在 I/O 擴(kuò)展中（1） 必須注意 P0、P2、P3 口的負(fù)載問題；（2） 必須考慮與之相連的外設(shè)硬件電路特性；（3） 必須按照2常用接口1）8255規(guī)定的方式設(shè)置相應(yīng)的操作指令。178255 和 MCS-51 相連，可以為外設(shè)提供三個(gè) 8 位的 I/O 端口：A 口、B 口和 C 口，三個(gè)端口的功能完全由編程來決定

47、。（1）. 8255 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列圖 6.17 為 8255 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳圖。I/OA組PA7 PA0(8)I/OPC7 PC418D7 D0I/OPC3 PC0B組I/ORDWRB組讀/寫端口B(8)A0 A1 RESETPB7 PB0邏輯CSlA 口、B 口和 C 口。A 口、B 口和C 口均為 8 位 I/O 數(shù)據(jù)口，但結(jié)構(gòu)上略有差別。A 口由一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸入緩沖/鎖存器組成。B 口由一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器組成。三個(gè)端口都可以和外設(shè)相連，分別傳送外設(shè)的輸入/輸出數(shù)據(jù)或信息。lA、B 組電路。這是

48、兩組根據(jù) CPU8255 工作方式的電路。A 組A令字口及 C 口的高 4 位，B 組B 口及 C 口的低 4 位。l數(shù)據(jù)緩沖器。這是一個(gè)雙向三態(tài) 8 位的驅(qū)動(dòng)口，用于和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，傳送數(shù)據(jù)或信息。l讀/寫邏輯。這部分電路接收 MCS-51 送來的讀/寫命令和選口地址，用于對(duì) 8255的讀/寫。（2) 引腳l 數(shù)據(jù)線(8 條)：D0D7 為數(shù)據(jù)總線，用于傳送 CPU 和 8255 之間的數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)字。l線和尋址線(6 條)。RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入高電平有效。一般和單片機(jī)的復(fù)位相連，復(fù)位后，8255 所有內(nèi)部寄存器清 0，所有口都為輸入方式。： 讀/寫信號(hào)線，輸入，低電平有效

49、。當(dāng)為 0 時(shí)（必為 1），所選的和RDWR1834D0PA0D1PA1D2PA2D3PA3D4PA4D5PA5D6PA6D7PA7433332231130402939283827375RDPB0WRPB1A0PB2A1PB3RESET8255PB4CSPB5PB6 PB7PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC73619920821352262324251415161713121110數(shù)據(jù)總線緩沖B組端口C下半部(4)A組端口C上半部(4)A組端口A8255 處于讀狀態(tài)，8255 送出信息到 CPU。反之亦然。：片選線，輸入，低電平有效。CSA0、A1：地址輸入線。當(dāng)=0

50、，被選中時(shí)，這兩位的 4 種組合 00、01、10、11 分別用于選擇 A、B、C 口和寄存器。l I/O 口線(24 條)：PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7 為 24 條雙向三態(tài) I/O 總線，分別與A、B、C 口相對(duì)應(yīng)，用于 8255 和外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)。l 電源線(2 條)：VCC 為+5 V，GND 為地線。（2）. 8255 的字8255 的三個(gè)端口具體工作在什么方式下，是通過 CPU 對(duì)口的寫入字來決定的。8255 有兩個(gè)字：方式選擇字和C 口置/復(fù)位字。用戶通過程序把這兩個(gè)字送到 8255的寄存器（A0A1=11），這兩個(gè)字以 D7 來作為標(biāo)志。a) 方式選擇方式選擇字字

51、的格式和定義如圖 6.18(a)所示。例 6.5設(shè) 8255字寄存器的地址為 F3H，試編程使 A 口為方式 0 輸出，B 口為方式 0輸入，PC4PC7 為輸出，PC0PC3 為輸入。其程序?yàn)镸OV R0，#0F3H MOVA，#83HMOVX R0, Ab) C 口置/復(fù)位C 口置/復(fù)位字送入 8255 的字字的格式和定義如圖 6.18(b)所示。C 口具有位操作功能，把一個(gè)置/復(fù)位寄存器，就能將 C 口的某一位置 1 或清 0 而不影響其它位的狀態(tài)。D7D6D5D4D3D2D1D0B組C口低4位0:輸出1:輸入D7×××D3D2D1D00:輸出1:輸入B口0

52、:復(fù)位1:置位0:模式01:模式1方式選擇位選擇A組PC0 PC1PC2 PC3PC4 PC5 PC6 PC70000010100111001011101110:輸出1:輸入C口高4位0:輸出1:輸入A口00:模式0方 式 選 擇01:模式11*:模式20:位操作1:方式標(biāo)志19(a)(b)（3）. 8255 的工作方式8255 有三種工作方式：方式 0、方式 1、方式 2。方式的選擇是通過上述寫來完成的。字的方法a) 方式 0（基本輸入/輸出方式）：A 口、B 口及 C 口高 4 位、低 4 位都可以設(shè)置輸入或輸出，不需要選通信號(hào)。單片機(jī)可以對(duì) 8255 進(jìn)行 I/O 數(shù)據(jù)的無條件傳送，外設(shè)的 I/O 數(shù)據(jù)在 8255 的各端口能得到鎖存和緩沖。b) 方式 1（選通輸入/輸出方式）：A 口和 B 口都可以的設(shè)置為方式 1，在這種方式下，8255 的 A 口和 B 口通常用于傳送和它們相連外設(shè)的 I