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机械毕业设计1136母线槽参数检测机构运动控制电路设计
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机械毕业设计1136母线槽参数检测机构运动控制电路设计,机械毕业设计论文
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I 摘 要 本文根据自动检测母线槽导电片电阻及导电片之间的绝缘强度等技术参数的要求，设计了母线槽参数检测机控制系统（下位机）。本设计采用 8031 作为CPU，外扩程序存储器和数据存储器 ;I/O 口用 8255 扩展， 用来控制 位置检测、压力继电器等信号的输入和异步电机起停、测量头切换等信号的输出 ;键盘及选择开关用 8155 扩展，步进电机脉冲信号经过锁存器输出； 6 位 LED 静态显示：其中一位 16 段的“米”字形的 LED 用于显示字母，其余五位七段 LED 用于显示数字。 母线槽主要技术参数自动检测时，下位机接受上位 机发送的启动信号开始工作，控制检测台的传送装置和气压传动定位机构传送和定位母线槽。接着下位机通过运动机构控制检测系统导电片的电阻与导电片之间的绝缘强度，并显示控制轴的位移量。该控制系统硬件电路经进一步完善，结合控制软件 ，能够自动控制检测头的移动及检测，而整个控制系统还能自动控制母线槽的传送、定位、贴标、升降以及包装。整个控制系统的自动化程度高，避免了手动检测效率低、安全性差等缺点，在母线槽技术参数自动检测方面有一定的参考应用价值。 关键词： 母线槽；检测机构；控制系统；硬件电路 ntsII ABSTRACT According to the requirements of automatically detecting the resistance of conducting plates and the insulation strength between them, this paper advances a design scheme for the control system of bus duct parameter detection machine (subordinate machine), and introduces the design process for the hardware circuit of control system in detail. This hardware circuit selects the singlechip 8031 of MCS-51 series as the CPU. It expands the program memory of 32K and data memory of 4K to storage the monitor program and correlational data, and designs a 6 bit LED static display circuit. Some I/O ports are expanded to control the input of position detection signal, pressure relay signal, etc; and they also control the output of start-up singal and stop signal for the asynchronous motor, switch signal for the detector, etc. At one time, the interface chip 8155 is selected to expand compilation keyboard and the kind option switch of bus duct. Otherwise, the flip-latch 74LS273 is selected to control the output pulse signal of pros and cons to turn for the 4 step motors. If this hardware circuit of control system is consummated, and is combined with control software, it can automatically control the movement and detection of detector. Moreover, the whole control system can automatically control the transmission, orientation, pasting mark, and package of the bus duct. So, the automation degree of the whole control system is high, and the disadvantages of low efficiency and bad security are avoided. There is some referenced and applied value in automatically detecting the bus duct parameter. Key words: bus duct; parameter detection machine; control system; hardware circuit ntsIII 目 录 第一章 绪 论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 母线槽简介 . 1 1.3 母线槽参数检测机的检测内容 . 2 1.4 母线槽参数检测机控制系统的组成及工作流程 . 4 1.4.1 母线槽参数检测系统的组成 . 4 1.4.2 母线槽参数检测系统的工作流程 . 4 第二章 母线槽参数检测机硬件电路设计 . 8 2.1 母线槽参数检测机硬件系统组成方案的拟定 . 8 2.2 CPU 存储器 扩展电 路的设计 . 9 2.2.1 CPU 的选择 . 9 2.2.2 ROM 的选择 . 错误 !未定义书签。 2.2.3 RAM 的选择 . 错误 !未定义书签。 2.2.4 锁存器的选择 . 错误 !未定义书签。 2.2.5 CPU 存储器扩展电路的设计 . 错误 !未定义书签。 2.3 键盘及选择开关电路的设计 . 15 2.3.1 键盘及选择开关接口芯片的选择 . 15 2.3.2 键盘及选择开关电路 . 18 2.4 显示 电路的设计 . 19 2.4.1 锁存器的选择 . 19 2.4.2 七段 LED . 19 2.4.3 十六段“米”字形 LED . 20 2.4.4 显示电路 . 21 2.5 I/O 接口 电路的设计 . 23 2.5.1 I/O 接口芯片的选择 . 23 2.5.2 I/O 接口电路 . 24 2.6 步进电机控制信号输出电路的设计 . 26 2.7 译码电路的设计 . 26 2.7.1 译码器的选择 . 26 2.7.2 译码电路的组成 . 29 2.7.3 地址分配 . 30 ntsIV 2.8 母线槽参数检测机（下位机）硬件电路 . 32 第三章 母线槽参数检测机控制程序流程图设计 . 33 3.1 主程序流程图的设计 . 33 3.2 键盘扫描程序流程图的设计 . 34 3.2.1 手动键盘扫描程 序流程图的设计 . 34 3.2.2 编辑键盘扫描程序流程图的设计 . 38 第四章 硬件电路原理图及 PCB 图的绘制 . 43 4.1 Protel DXP 的基础知识 . 43 4.1.1 Protel DXP 的基本操作 . 错误 !未定义书签。 4.1.2 电路原理图的设计步骤 . 45 4.1.3 PCB 图的设计步骤 . 46 4.2 电路原理图的绘制 . 47 4.2.1 绘制原理图中的问题与解决 . 47 4.2.2 各元器件的封装 . 47 4.3 PCB 图的绘制 . 49 第五章 结 论 . 51 5.1 论文总结 . 51 5.2 感想 . 52 致 谢 . 53 参考文献 . 54 附录 A：英文资料 . 55 附录 B：英文资料翻译 . 61 附录 C：硬件设计原理图与 PCB 图 . 66 附件 : 毕业论文光盘资料 nts1 第一章 绪 论 1.1 引言 随着中国科技的不断发展，各行各业对电力资源的要求越来越高，而这无疑对电力传输提出了更高的要求。目前，在远距离电力传输方面，电缆的生产和应用已相当成熟，完全满足传输需求；而在近距离传输方面，电缆无法达到理想的传输 效果，母线槽的出现恰巧能弥补这一漏洞。 有关资料显示， 2005 年中国市场的母线槽产品总需求量已近 100 亿元，从2000 2005 年，每年的市场增长率约为 20%。 据专家预测：随着 中国经济的可持续蓬勃发展，国内母线槽市场预计在今后数年内将保持 20%的持续增长。如此数量的市场需求，使母线槽产品得以迅速发展并在电力系统中广泛应用。 随着 母线槽产品 的 广泛应用 ，母线槽技术参数的检测问题也就随之产生。 母线槽的主要技术参数是导线电阻和绝缘强度，对这两个参数的检测在国内还是由人工完成的，其自动检测技术在国内还是个空白。检测人 员手动控制检测头去检测母线槽的导线电阻和绝缘强度，手动定位很容易带来由于定位不准而产生的操作误差，这与我们对母线槽技术参数准确性的要求是相冲突的。另外，在检测母线槽的绝缘强度时，需要对母线槽通以高压，这无疑会威胁到检测人员的人身安全。随着社会的不断发展，人工检测技术远远不能满足社会对生产率的要求，开发母线槽参数检测机，可以完成对母线槽主要技术参数的自动检测，这可以有效地提高检测的自动化程度，提高检测精度，保证检测人员的安全。 1.2 母线槽简介 母线是一种可与几条电路分别连接的低阻抗导体，母线槽（ Bus bar 可称作汇流排）由绝缘材料包裹的几条并排母线加上金属外壳封装而成。母线槽系统是由各种母线槽单元首位链接并加上端接部分和附件组成的封闭式的输配电系统，它是一种新型的电力传输设备，传输的容量范围从 25 安培到 7500 安培，其功能类似于电缆，其构架及安装类似于空间管道系统，适用于各种高层建筑和工矿企业的输配电系统。 组成母线槽系统的单元按照功能的不同可分为标准母线槽单元、特殊结构母线槽单元、特殊功能母线槽单元、端接部分和附件。标准母线槽是在母线槽系统中最常用的单元，承担主要的输配电任务，其中直线型母线槽根据需 要可带有插孔，电流由此引出至用电设备；特殊结构的母线槽单元在走线现场遇到特殊情况nts2 下使用，主要绕过走线时所碰到的障碍物；特殊功能的母线槽单元包括伸缩节、膨胀节、变容节和分岔母线，对于母线槽系统有特殊的作用；附件用于母线槽系统的安装，固定作用，安装在开关柜上，终端套则是在各条母线槽分支的终端必须安装的单元，防止异物进入。 特殊功能的母线单元在母线槽系统中的作用非常重要。变容节中的母排是有不同界面的母排焊接而成，电流经过变容节后，自动下降，不用再通过其他的变容手段，当需要变化电流等级时，直接用变容节来改变母线槽 的电流等级即可；膨胀节内用软电缆代替母线，整个母线槽系统因电热的影响，木牌会产生伸缩现象，此时通过膨胀节中的软电缆的调节就能使系统避免遭破坏木牌如果哦连续50 米以上不改变方向或没有分支，需要安装膨胀节；由于母线槽系统的测量和制造上存在误差，当系统较长是，会产生较大的积累误差，此时可以安装可调节母线槽，这种母线槽的长度可以在一定范围内调节来消除误差。特殊母线槽通常在大型工程中使用较多，以保证系统的安全经济可靠地运行。 图 1.1 是母线槽系统的安装示意图，将始端箱接在开关柜上，电流由此引入，严格个输配电母线槽单元 将电能输送到系统的各个部分，将连接有用电设备的插接箱插入母线槽上的插孔即可使用，各个母线槽单元之间的连接有对接式和插接式两种，通常用螺钉或链接铜排连接非常方便。母线槽的安装通常用托架、吊臂和弹簧支架作为支撑，为了便于 安装，母线槽系统通常沿墙、柱子和屋顶走线，同时也占用较少的空间。 图 1.1 母线槽系统的安装示意图 母线槽系统的单元分类和功能见表 1.1 1.3 母线槽参数检测机的检测内容 母线槽参数检测机的主要检测内容为： 母线槽内各个导电片的电 阻； 母线槽内导电片之间的绝缘强度。导电片电阻和导电片之间的绝缘强度是母线槽的主要技术参数。导电片电阻是影响母线槽导电能力的主要因素。我们都知道，导线电阻的增大，会增加电能在传输过程中的电损耗，而母线槽也是如此。另外， nts3 表 1.1 母线槽系统的单元分类和功能 类别 实例 功能 标准母线槽 始端母线槽、直母线槽（可带插孔）、 L型母线槽、 T 型母线槽、十字型母线槽 输配电 特殊结构 Z 型母线槽、 LL 型母线槽、 ZL 型母线槽、 TL 型母线槽、任意角度母线槽 输配电，特殊情况下使用 特殊功能的母线槽 伸缩节、膨胀节、变 容节、分岔母线 完成温度调节、规格转换、误差补偿等特殊功能 附件 插接箱 连接用电设备 托臂、吊架、弹簧支架、螺钉 系统的安装 端接部分 始端箱、终端套 保护，结构上必须 导电片之间的绝缘强度则是影响母线槽安全性能的主要因素。因此，检测母线槽这两个技术参数是十分重要的，这能帮助我们更加准确有效地把不同种类及型号的母线槽应用到最适合它们的场合。导电片电阻和绝缘强度两个参数的检测如图1.2 所示 ，其中图 (a)检测的是导电片电阻，图 (b)检测的是导电片之间的绝缘强度。 1、检测头 2、气缸 3、母线槽 (a) 检测导线电阻 (b) 检测绝缘强度 图 1.2 母线槽参数检测示意图 微欧计 绝缘强度检测仪 (a) 1 2 3 (b) nts4 上位机 贴标机 打印机 测试系统 功率放大系统 辅助动作 控制电路 运动驱动机构 辅助动作执行机构 包装机构 母线槽 定位机构 运动机构控制系统（下位机） 检测台 母线槽 1.4 母线槽参数检测机控制系统的组成及工作流程 1.4.1 母线槽参数检测系统的组成 母线槽参数检测系统主要由上位机、运动机构控制系统（下位机）、贴标机、打印机、包装机构、检测机构、气压传动机构等部分组成，其中母线槽参数检测机的控制系统主要由控制电路和气压传动两部分组成。图 1.3 为母线槽参数检测系统的组成简图。 图 1.3 母线槽参数检测系统的组成 1.4.2 母线槽参数检测系统的工 作流程 母线槽参数检测机控制系统的下位机部分 控制的信号有：检测台上的传送电机，一个纵向定位气缸，两个横向气缸和这两个气缸上的压力继电器；包装台上的传送电机，一个定位气缸，两个上升气缸；两个检测头的气缸； X、 Y、 U、 V四轴的正反转； X、 Y、 U、 V 四个坐标 方向的进给， X、 Y、 U、 V 的超程。检测台和包装台的传动机构如图 1.4 所示。 nts5 1.检测平台 2.母线槽 3.检测纵向定位气缸 4.检测平台移送电机 5.包装平台 6.包装台纵向定位气缸 7、 9.母线槽 包装台升降气缸 8.包装台移送电机 10、 27.纵向到位检测传感器 11、 26.左右端横向定位滑台 12、 25.右端测量头驱动气缸 13、 24.X 轴及 U 轴滑台 14、 23.X 轴及 U 轴步进电机 15、 22.左右端横向定位气缸 16、 21.左右端垂直升降台 17、 19.Y 轴及 V 轴步进电机 18、 20.左右端移动立柱 图 1.4 检测台和包装台的传动机构示意图 母线槽参数检测系统工作过程如下：上位机（ PC 机）发送启动信号给下位机，然后，下位机开始工作。下位机控制检测台传送装置和气压传动定位机构传送及定位母线槽。之后，下位机通过运动机构控制检测系统检测导电片的电阻以及导电片之间的绝缘强度，并把结果传送给上位机。上位机接受到检测完毕的信号后，根据检测结果判断母线槽是否合格，若合格，则发送信号给打印机，打印机打印出所测母线槽的条码。然后，上位机发送信号给贴标机，并控制贴标机把条码贴到母线槽上。贴标机贴 标完毕后发送信号给上位机，上位机接着发送信号给下位机，由下位机控制完成对母线槽的包装。 下面将按照前文叙述的工作过程给出母线槽参数检测机（下位机）控制系统的工作流程图（图 1.5）。 nts6 检测台母线槽传送电机启 动 检测台纵向定位缸升起 检测台母线槽传送电机停止 检测台左端侧向定位缸启动 检测台右端侧向定位缸启动 连接绝缘强度检测仪 两检测头移动、定位、检测并将检测结果发送给上位机 检测头检测完后回检测起点 连接检测电阻的微欧计 两检测头移动、定位、检测并将检测结果发送给上位机 开始 Y N N 母线槽纵向到位？ 左、右端侧向定位缸到位？ nts7 图 1.5 母线槽参数检测机控制系统（下位机）的工作流程 检测头检测完后回检测原点 检测台左、右端侧向定位缸退回 检测台纵向定位缸退回 检测台母线槽传送电机启动 包装台母线槽传送电 机启动 包装台纵向定位缸升起 母线槽离开检测台后检测台电机停转 母线槽到达包装台后包装台电机停转 发送信号给上位机，启动贴标机贴标 贴标结束后，包装气缸升起 延时，包装 定位气缸退回 包装气缸退回 结 束 nts8 第二章 母线槽参数检测机硬件电 路设计 2.1 母线槽参数检测机硬件系统组成方案的拟定 母线槽参数检测机的控制电路主要有以下四部分组成： CPU 存储器 扩展电路、显示电路、信号输入 /输出电路、键盘扩展电路。控制电路的大致设计思路如下：采用 8031 作为 、外扩 ROM（ 27256（ 32k 8）和 RAM（ 6264（ 8k 8）、I/O 口用 8255 扩展、步进电机控制信号经过 74LS273 锁存器后输出、键盘和选择开关用 8155 扩展、显示电路用 6 位 LED 静态显示：其中一位十六段的“米”字形的 LED 用于显示字母，其余的五位皆是七段 LED。具体的电路设计将 在后面作详细的介绍。母线槽参数检测机硬件系统组成方案如图 2.1 所示 。 8031 CPU 外扩 ROM （ 27256） 外扩 RAM （ 6264） 6 位 LED 显示电路 8155 手动控制电路 键 盘 母导线的种类选择开关 输出信号光 电耦合电路 8255 输入信号光 电耦合电路 控制 X、 Y、U、 V 轴电机正反转的光电耦合电路 图 2.1 硬件系统组成框图 nts9 2.2 CPU 存储器 扩展电路的设计 控制系统硬件电路的 CPU 存储器扩展电路部分： CPU 采用 8031、 外扩 程序存储器（ ROM） 采用 27256（ 32k 8）、外扩数据存储器（ RAM） 采用 6264（ 8k 8） 、锁存器采用 74LS373。本节主要对它们的引脚图、引脚功能及相关知识作了简单介绍。同时，给出了 CPU 存储器扩展电路。 2.2.1 CPU 的选择 单片机的种类繁多，常见的 MCS-51 系列单片机有 8031 和 8051。虽然 8051有内部 ROM，但其容量只有 4KB，存储空间较小，满足不了本次毕业设计的要求。另外， 8031 目前使用比较广泛，且 8051 与 8031 相比价格偏高，所以在本次设计中，控制系统硬件电路的 CPU 选择用 8031。 8031 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，采用 40 引脚的双列直插封装（ DIP 方式），其引脚图如图 2.2 所示。按其引脚功能，这些引脚可分为四类： （ 1）电源引脚 VCC 和 GND（共 2 根） 1） VCC（ 40 脚）：接 +5V 电压。 2） GND（ 20 脚）：接地。 （ 2）外 接晶振引脚 X1 和 X2（共 2 根） X1（ 19 脚）和 X2（ 18 脚）引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接连接到内部时钟发生器的输入端。 （ 3）控制和复位引脚 ALE、 PSEN 、 EA 和RST（共 4 根） 1） ALE（ 30 脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。 2） PSEN （ 29 脚）：输出外部程序存储器（ ROM）的读选通信号。 图 2.2 8031 引脚图 3） EA （ 31 脚）：当 EA 端保持高电平时，访问内部 ROM，但在 PC（程序计数器）值超过片内 ROM 的容量时，将自动转向执行外部 ROM。当 EA 保持低电平时，则访问外部 ROM，不管是否有内部 ROM。对于本次毕业设计，采用CPU 是 8031，其内部 无 ROM，所以 EA 脚必须常接地，这样才能选择外部 ROM。单片机只在复位期间采样 EA 脚的电平，复位结束以后 EA 脚的电平对 ROM 的访问无影响。 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 D10VCC40GND208 0 3 1 A Hnts10 4） RESET（ 9 脚）：复位引脚。当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机 8031 复位。 （ 4）输入 /输出（ I/O）引脚 P0、 P1、 P2、 P3（共 32 根） 1） P0 口（ 32 脚 39 脚）：是双向 8 位三态 I/O 口。在外接存储器时，与地址总线的低 8 位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 负载。 2） P1 口（ 1 脚 8 脚）：是 8 位准双向 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，所以不是真正的双向 I/O 口。 P1 口能驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 负载。 3） P2 口（ 21 脚 28 脚）：是 8 位准双向 I/O 口。在访问外部存储器时，可作为高 8 位地址总线送出高 8 位地址。 P2 口能驱动（吸收或输出电流） 4 个TTL 负载。 4） P3 口（ 10 脚 17 脚）：是 8 位准双向 I/O 口。这 8 个引脚除用于普通输入、输出外，还 可以用于专门功能，它是一个复用双功能口。 P3 口能驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 负载。 P3 口作为第一功能使用时，即作为普通 I/O 口用，功能和操作方法与 P1 口相同；作为第二功能使用时，各引脚的定义如表 2.1所示。值得强调的是 P3 口每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。 表 2.1 P3 口第 2 功能表 引脚 第 2 功 能 P3.0 RXD（串行口输入端） P3.1 TXD（串行口输出端） P3.2 INT0 （外部中断 0 请求输入端，低电平有效） P3.3 INT1 （外部中断 1 请求输入端，低电平有效） P3.4 T0（定时器 /计数器 0 计数脉冲输入端） P3.5 T1（定时器 /计数器 1 计数脉冲输入端） P3.6 WR （外部数据存储器写选通信号输入端，低电平有效） P3.7 RD （外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效） 2.2.2 ROM 的选择 CPU 外扩 ROM 一般用 EPROM， 它是 紫外线可擦除电可编程的只读存储器，芯片置于紫外线灯下照 20min 以后，内部内容变为全“ 1”，通过编程器将程序代码写入后信息不会丢失，可靠性很高。常用的 EPROM 电路有 2732（ 4KB）、2764（ 8KB）、 27128（ 16KB）、 27256（ 32KB）、 27512（ 64KB），由于它们价格相近，且大容量的 EPROM 读取速度快，再结合本次设计所需要的存储空间，nts11 故控制系统的硬件电路采用 27256（ 32k 8）作为外扩 ROM。 外扩 ROM27256（ 32k 8）采用 28 引脚双列直插封装（ DIP 方式），其引脚图如图 2.3 所示。 1. 27256 的引脚功能 27256 各引脚的意义如下： 1） A0 A14：地址输入线。 2） D0 D7：三态数据总线，读或编程检验时为数据输出线，编程时为数据输入线。维持或编程禁止时， D0 D7 呈高阻抗。 3） CE：片选信号输入线，低电平有效。 4） OE ：读选通信号输入线，低电平有效。 5） Vpp：编程电源输入线， Vpp 的值因芯片型号和制造厂商而异。 6） Vcc：主电源输入线， Vcc 一般为 +5V。 图 2.3 27256 引脚图 7） GND：线路接地。 2. EPROM 的操作方式 对 EPROM 的主要操作方式有： 1）编程方式：把程序代码（机器指令、常数）固化到 EPROM 中。 2）编程校验方式：读出 EPROM 中的内容，检验编程 操作的正确性。 3）读出方式： CPU 从 EPROM 中读取指令或常数，是单片机应用系统中的工作方式。 4）维持方式：不对 EPROM 操作，数据端呈高阻。 5）编程禁止方式：适用于多片 EPROM 并行编程不同数据。 表 2.2 给出了 27256 不同操作方式下控制引脚的电平。 表 2.2 27256 不同操作方式下控制引脚的电平 引 脚 方 式 CE (20) OE (22) Vpp (1) Vcc (28) D0 D7 (11 13)(15 19) 读 VIL VIL Vcc 5V 数据输出 禁止输出 VIL VIH Vcc 5V 高阻 维持 VIH 任意 Vcc 5V 高阻 编程 VIL VIH Vpp 5V 数据输入 编程校验 VIH VIL Vpp 5V 数据输出 编程禁止 VIH VIH Vpp 5V 高阻 D011D112D213D315D416D517D618D719OE22CE20GND14V pp1V c c28A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1021A 1123A 122A 1326A 142727256nts12 3.程序存储器扩展方法 内部有程序存储器的单片机扩展外部程序存储器时， EA 接高电平。 CPU 取指令时， PC 值在内部程序存储器范围内时从内部取指令， PC 值大于内部程序存储器范围内时从 外部 EPROM 中取指令。本次设计所用的 8031CPU，其内部没有用户程序存储器， EA 接地，外接 EPROM， CPU 总是从外部 EPROM 中取指令。一般来说，外部程序存储器由一片 EPROM 组成， EPROM 片选信号可以直接接地。当 EA接地时，外部 EPROM 的地址从令开始；当 EA接高电平时，外部 EPROM 的地址紧跟在内部程序存储器的地址后开始。图 2.4 给出了 8031 单片机和 EPROM27256 的接口方法。 图 2.4 8031 和 27256 的接口方法 2.2.3 RAM 的选择 控 制系统硬件电路中的 RAM主要用于存放控制检测头运动位移量的检测程序。目前，单片机系统常用的 RAM 电路有 6216（ 2KB）、 6264（ 8KB）、 62256（ 32KB）。考虑到控制系统存放的程序和数据不是很多， 8k 的 RAM 比较常用，市场上容易买到且价格比较便宜，因此，选择 6264（ 8k 8）作为外扩 RAM。由于只用到 4k 的容量， 故空掉了 A12 一根地址线（接地），即只用到了 A0A11 共 12 根地址线 。 6264 同样采用 28 引脚的双列直插封装（ DIP 方式），其引脚图如图 2.5 所示。 U 13D011D112D213D315D416D517D618D719OE22CE20GND14Vpp1Vcc28A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122A1326A142727256E 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 D10VCC40GND20U 1180 31 A HOE1G111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19VCC20GND10U 12 74 L S 37 3D0D1D2D3D4D5D6D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7A8A9A 10A 11A 12A 13A 14A 15A8 A9 A10 A11 A12+ 5VC 14C A P+ 5VA13 A14nts13 1.6264 各引脚的意义如下： 1） A0 A12：地址输入线。 2） D0 D7：双向三态数据线。 3） VCC：工作电源 +5V。 4） GND：线路接地。 5） NC：悬空脚。 6） CE：片选信号输入线，低电平有效。 7） OE ：读选通信号输入线，低电平有效。 8） WR ：写选通信号输入线，低电平有效。 9） CS：第二片选信号，高电平有效。 CS=1， CE =0选中。 值得注意的是， 6264 芯片是易失性的，一旦掉电，内部的所有信息都会丢失。因此，需设计一个掉 图 2.5 6264 引脚图 电保护电路，在无外部电源给 6264 供电时，电路的备用干电池给 6264 供电，以保证 6264 内的数据不丢失。 表 2.3 给出了 6264 不同操作方式下控制引脚的电平。 表 2.3 6264 不同操作方式下控制引脚的电平 引 脚 方 式 CE (20) CS (26) OE (22) WR (27) D0 D7 (11 13)(15 19) 未选中（掉电） VIH 任意 任意 任意 高阻 未选中（掉电） 任意 VIL 任意 任意 高阻 输出禁止 VIL VIH VIH VIH 高阻 读 VIL VIH VIL VIH 数据输出 写 VIL VIH VIH VIL 数据输入 写 VIL VIH VIL VIL 数据输入 2.RAM 的扩展方法 对于 MCS-51 的扩展系统，经常需要扩展 RAM 和 I/O 口，由于 RAM 和 I/O 口均使用 RD 、 WR 信号作为选通信号，故 RAM 和 I/O 共占 64KB 的地址空间，因此 RAM,I/O 口的片选信号一般由高位地址译码产生，或者用线选法，即用某一位高位地址作为片选信号。图 2.6 给出了用线选法外接 6264 的接口方法， 6264 的地址范围为 6000H-7FFFH。 MCS-51 访问外部数据存储器时 PSEN 保持高电平，对外部 RAM 或 I/O 读、写时，外部 EPROM 的数据线呈高阻态。 D213D315D416D517D618D719OE22WR27GND14NC1CS26A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1 021A 1 123A 1 22D011D112VCC28CE206264nts14 图 2.6 8031 与 6264 的接口方法 2.2.4 锁存器的选择 由于 8031 的 P0 口是地址和数据复用的，这就需要使用锁存器把低 8 位地址进行锁存，所以， CPU 存储器扩展电路中选择了较常用的 74LS373 锁存器，其引脚图如图 2.7 所示。 74LS373 各引脚的意义如下： 1） D0 D7：三态门输入端。 2） Q0 Q7：三 态门输出端。 3） GND：接地。 4） VCC：电源端。 5） OE ：三态门使能端。 OE =0，三态门导通，允许 Q 端输出； OE =1，三态门断开，对外电阻呈高阻状态。 图 2.7 74LS373 引脚图 6） G：锁存器控制端。 G=1,锁存器 处于透明工作状态，即锁存器的输出状态随输入端的变化而变化，即 Qi=Di (i=0,1,2 7)； G 由 1 变 0 时，数据被锁存起来，此时输出端 Qi不再随输入端的变化而变化，而一直保持锁存前的值不变。G 端可直接与单片机的地址锁存控制信号端 ALE 相连，在 ALE 的下降沿进行地址锁存。 2.2.5 CPU 存储器扩展电路的设计 本节将给出完整的 CPU 存储器扩展电路（如图 2.8 所示），在此之前先对该扩展电路做以下几点说明： 1）由于采用了三极管，在掉电后可以把 6264 与其他电路隔开，这样，干电D213D315D416D517D618D719OE22WR27GND14NC1CS26A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122D011D112V C C28CE20U 146264E 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 D10VCC40GND20U 1180 31 A HOE1G111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19VCC20GND10U 12 74 L S 37 3D0D1D2D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7A8A9A 10A 11A 12A 13A 14A 15A8 A9 A10 A11+ 5VC 14C A P+ 5VR 18 R E S 2R 19 R E S 2R 15R E S 2D3D4D5D6D7OE1G111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q19V C C20GND1074L S373nts15 池就只需给 6264 供电，可以更 有效的延长其寿命。另外，由于 6264 的工作电压在 3V 4V 之间，因此，在设计的 CPU 存储器扩展电路中，用了两个电阻对提供的 5V 电压进行了分压。 2） 8031 的 P0 口的数据线和地址线是复用的，因此要经锁存器 74LS373 锁存低八位地址，高七位地址则由 8031 的 P2 口提供，这样就构成了控制系统硬件电路所需的十五位地址。 3）由 8031 的 P1 口扩展的 +X、 -X、 +Y、 -Y、 +U、 -U、 +V、 -V 四个坐标方向的进给按钮也在此给出 。 4） CPU 扩展电路部分以及后面的显示电路部分还需要用到译码器，本次设计在这两部分电路 中都选用 74LS138 译码器，对于这部分的知识将在后面的章节中作详细的介绍。 2.3 键盘及选择开关电路的设计 2.3.1 键盘及选择开关接口芯片的选择 控制系统的硬件电路中键盘接口芯片选用 8155。 8155 芯片内具有 256B RAM、 2 个 8 位和 1 个 6 位的可编程 I/O 口、 1 个 14 位减法计数器，与 MCS-51单片机接口简单，广泛应用于单片机应用系统。 1 8155 的引脚功能 8155 的引脚图和逻辑框图分别如图 2.9、图 2.10 所示，引脚功能如下： 1） RST：复位信号输入端，高电平有效。复位后， 3个 I/O 口均 为输入方式。 2） AD0 AD7：三态的地址 /数据总线。与单片机的低 8位地址 /数据总线（ P0口）相连。单片机与 8155 之间的地址、数据、命令与状态信息都是通过这个总线口传送的。 3） RD ：读选通信号，控制对 8155 的读操作，低电平 4） WR ：写选通信号，控制对 8155 的写操作，低电平有效。 5） CE ： 片选 信号线，低电平有效。 6） IO/M ： 8155 的 RAM 存储器或 I/O 口选择线。当 IO/M 0 时，则选择8155 的片内 RAM， AD0 AD7 上 地址为 8155 中 RA
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