机械毕业设计1139母线槽贴标机运动控制系统设计
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机械毕业设计1139母线槽贴标机运动控制系统设计,机械毕业设计论文
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第 1 页 前 言 人类已经进入电气化时代，人们借助电气技术实现了自动控制机械、自动生产线甚至自动工厂，并大大地发展了自动控制理论。在单片机出现后，计算机成为广大工程技术人员现代化技术革新、技术革命的武器。目前，计算机在工业控制领域中得到最广泛的应用，各种机电设备都竞相引入单片机构成各种控制器、控制系统以及相应得多机系统和网络系统。 而本课题母线槽贴标机控制系统，就是通过外扩键盘、显示和输入 /输出接口等单元，满足母线槽自动贴标功能的单片机系统。 作为一名将成为电子、电气工程技术人员的自动化专业毕业生，了解和掌握 单片机及 其控制系统是 非常必要的 。 目前国内 母线槽技术参数的测定 还是由人工完成，其自动检测技术在国内还是个空白。 随着社会的发展， 人工检测技术远远不能满足社会对生产率的要求，采用 自动检测技术并配备自动化检测装置将大大提高企业 生产 的效 率，减少人员的投入，将会给企业带 来广阔的 市场前景和显著的社会效益。 本课题是母线槽贴标机运动控制系统设计， 课题来源是 系工程实验室项目 。 母线槽贴标机运动控制系统是 母线槽技术参数自动检测系统的一个重要组成部分， 另一重要组成部分是 母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系统 ，由 朱静同学负责该 控制系统 控 制电路部分 的设计，潘彩霞同学负责自动检测线气压传动部分 的 设计。 nts 第 2 页 第 一 章 概 述 1.1 母线槽简介 母线槽是一种新型的配电设备，是替代传统的电缆和电缆桥架输配电系统的更新 换代产品 ,尤其在大电流输送电方面母线槽居于主导地位， 其输 电能力在 200A 5000A, 母线槽 由 许多个直线单元和若干个弯曲单元连接组成。 与传统的电缆配电方式比较， 母线槽 具有体积小、输送电流大、安全可靠、拆装方便、基建与配电施工互不相扰，一次投资可反复使用等优点，是一种理想的配电产品。母线槽的安装可直接从变压器接到 低压配电柜，也可以从低压柜直接接到配电系统作为配电干线线路。 母线槽主要有 三相三线制、三相四线制和三相五线制，其中又有单通道和双通道之分， 截面 如图 1-1 所示 。按制造工艺和用途，又可以分为：密集型母线槽、空气型母线槽、高性能型母线 槽、耐火型母线槽、防水型母线槽、绝缘型母线槽等。适用于高层建筑、多层工业工房、 机床密集的车间 、产品工艺多变的车间、老车间和 厂房的改造， 以及各种实验室、展览馆、体育馆、宾馆等场所作电力馈电和 配电使用。 母线槽结构 （ 图 1-1）： 由 绝缘垫块（酚醛塑料） 、 固定螺栓 、 导电排 、 绝缘层（聚四 氟乙烯） 、 侧板 、 盖板 和 外壳螺栓 等部件组成 。 母线槽应用范围广，可以应用于多个行业的许多场合 ； 防护等级高，可广泛应用于室内、户外、地下、水中和含有腐蚀性气体等特殊环境中。 母线槽的相关技术参数执行 GB7251.2 的相关规定。其主要参数有： 额定电流及电压，介电性能，绝缘电阻，结构强度和防护等级等，产品型号标识如图 1-2 所示。母线槽的参数性能要求达到： 1）母线槽保证在额定工作电流及 110%的额定电压下长期正常工作。 2）母线槽单元应承受交流 2500V（有效值）的工频耐压，历时 1min 无击穿或闪络现象。 3）母线 槽单元相与相之间及外壳之间的绝缘电阻均不低于 20M 欧姆。 4）母线槽 2m长度中间能承受 2m 母线槽本身重量加 90kg 的静负荷，不影响其性能，母线槽连接处能承受 1.5m 母线槽重量加 90kg 的静负荷，不影响其性能。 nts 第 3 页 5）防护等级为 IP40。 1 2 3 4 5 6 7 a) b) c） d） 图 1-1 母线槽截面图 a）三线制截面 b）四线制截面 c）双通道四线制 d）五线制截面 1 绝缘垫块 2 固定螺栓 3 导电排 4 绝缘层 5 侧板 6 盖板 7 外壳螺栓 图 1-2 母线槽产品型号 nts 第 4 页 1.2 自动检测系统的组成及控制流程 母线槽自动检测系统主要由一个上位机（ PC）、 运动控制系统（或称 下位机 ） 、母线槽参数检测系统、贴标机、气压系统、辅助动作执行结构、包装机构、定位机构、步进驱动系统等组成 ，并配备了相关的传输机构、打印机等，如图 1-3 所示。 图 1.3 自动检测系统的组成及控制流程框图 上位机（ PC）主要负责母线槽自动检测系统的总体控制， 控制下位机、接收检测系统检测数据、打印检测结果及控制贴标机贴标。 下位机由 8031 单片机构成，主要控制 气缸传动系统和步进驱动系统 ，相应执行机构单元根据控制系统发出的控制信号动作。贴标机系统 由 8031 及外围电路组成，接收上位机控制信号， 控制 贴标机械手 ， 抓取打印机打印的标签 并 粘贴到母线槽 外壳上。定位机构是由 气缸驱动 的 。 上位机 打印机 下位机 检测系统 气压传动系统 功率放大系统 步进驱动系统 测试台 母线槽 执行机构（气缸） 贴标机 母线槽 包装机构 定位机构 nts 第 5 页 第 二 章 贴标机运动控制电路设计 2.1 贴标机的运动 贴标机 是一个三坐标 机构，由 X 轴（横向运动）、 Y 轴（垂直 运动）、 Z 轴（纵向 运动）组成，三个轴分别由三个步进电机驱动，通过机械传动装置，控制母 线槽贴标机贴标机械手的运动， 实现粘贴标签的具体动作，贴标机运动机构如图 2-1 所示。 其中贴标机械 手由一个两位三通电磁阀（图中未画出）控制的薄膜气缸、抽风扇和压标头等机械部件组成。通过抽 风扇 抽风 ， 形成负压吸附标签 。 贴标机械手在三坐标方向移 至母线槽外壳表面，薄膜气缸上腔进气，压标头伸出将标签压贴在母线槽外壳表面上。 图 2-1 贴标机运动机构示意图 1 X 向步进电机 2 Y 向步进电机 3 薄膜气缸 4 吸标风扇 5 贴标机械手 6 压标头 7 Z 向步进电机 Y 2 1 X Z 6 3 4 5 7 nts 第 6 页 2.2 贴标机运动控制方案设计 2.2.1 总体方案设计 如图 2-2 所示，选用 8031 单片机作为 CPU，扩展控制系统，输出 分别控制 X 轴、 Y 轴和 Z 轴 方向 步进 电机 脉冲信号 ，经光电耦合器输出 ，由 89C2051单片机对各轴正反转脉冲进行 相序 分配，利用恒流斩波电路对环型分配后信号进行放大，形成控制步进电机的四相驱动信号，最终实现对各轴步进电机的控制。 图 2-2 总体控制方案框图 2.2.2 贴标机控制系统设计 如图 2-3 所示， 贴标机控制系统 采用 8031 单片机作为 CPU。 8031 单片机是控制系统的核心，控制贴标机的运动。 手动按钮接 8031 的 P1 口，对贴标机运动 进行手动控制，手动操作 X 轴、 Y 轴和 Z 轴的移动。 用 2764 芯片外扩 8KB程序存储器（ ROM）， 存储 贴标机运动的控制程序。 用 6264 芯片外扩 8KB 数据存储器（ RAM） ， 存储 贴标机运动的 相关数据 。四位 LED 显示，一位用“米”字型 16 段管，用来显示字母 X、 Y 和 Z，其它三位用 7 段管，分别显示百、十、个位数值。 LED 显示键盘输入的字母和数值，并在贴标头移动过程中显示贴标头的坐标值。 LED 显示的 段选信号经 74LS273 锁存器输出，位选信号用 8031 的 P2 口高位地址经 74LS138 译码输出。键盘用 8255A 的 PC 口扩展，行 线接 PC 口高四位，列线接 PC 口低四位，实现 4 4 小键盘 ，分别设置 0贴标机控制系统 光耦 光耦 光耦 贴标头开关量输出接口 X 轴相序分配 X 轴驱动器 X 轴步进电机 Y 轴相序分配 Y 轴驱动器 Y 轴步进电机 Z 轴相 序分配 Z 轴驱动器 Z 轴步进电机 nts 第 7 页 9 数字键， X、 Y 和 Z 三个字母键等键盘按钮 。 输入 /输出（ I/O）接口也由 8255A扩展，控制贴标机的操作方式（手动、自动和键盘扫描）和三轴的正负行程限位等信号。 步进电机的脉冲信号经 74LS273 锁存输出 ，经光耦电路隔离，接贴标机各轴步进电机的脉冲分配器 。 图 2-3 控制系统组成框图 2.3 CPU 选择及其外围电路设计 MCS-51 系列中，各种廉价的普及型 8031 单片机为我国单片机技术的普及、推广做出了巨大贡献。 8031 内部没有 ROM， 需外扩一程序存储器 。根据母线槽控制系统的要求，要求具有 8KB 程序存储器， 8051 内部只有 4KB 程序存储器，存储空间仍需外扩，所以选用 8031 单片机。 8031 具有价格低、功能强、使用灵活、开发方便等特点，适合贴标机控制系统的控制。 2.3.1 单片机 8031 简介 制造工艺为 HMOS 的 MCS-51 单片机都采用 40 只引脚的双列直插封装（ DIP）方式， 8031 引脚 如图 2-4 所示。 I/O 口线： P0、 P1、 P2、 P3 共四个 8位口；控制口 线： PSEN（片外取指控制）、 ALE（地址锁存控制）、 EA（片外存储器选择）、 RESET（复位控制）；电源及时钟： Vcc（接 +5V 电源）、 Vss（接地）； XTAL1 和 XTAL2 接外部晶体振荡器。 8031 单片机 ROM RAM 8255A 74LS273 光耦电路 键盘 I/O 接口 手动按钮 4 位 LED 显示 nts 第 8 页 当 8031 单片机外扩程序存储器、数据存储器或输入输出端口时，外部芯片需要 8031 为其提供地址总线、数据总线和控制总线， 如图 2-5 所示。 地址总线（ AB）宽度为 16 位，可访问 64KB 的外部程序存储器和 64KB 的外部数据存储器。低 8 位地址总线（ A0 A7）由 P0 口经地址锁存 器提供，高 8 位地址总线（ A8 A15）直接 由 P2 口提供 。数据总线宽度为 8 位 ,由 P0 口提供。控制总线（ CB）由 P3 口的第二功能状态和 4 根独立的控制线 RESET、 EA、 ALE和 PSEN 组成。 图 2-4 8031 引脚图 2-5 8031 片外总线结构 2.3.2 单片机 8031 的时钟及复位电路 1. 时钟电路 单片机 8031 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。母线槽贴标机控制系统用内部时钟方式，在 XTAL1、 XTAL2 引脚上外接晶体以及电容 C12 和 C13 构成并联谐振 电路，使内部振荡器产生自激振荡，如图2-6 所示。 2. 复位电路 贴标机系统采用按钮复位。 在 8031 复位端 RESET 上接如图 2-6 所示电路，当上电或 按动按钮 S0，复位端 RESET 上出现高电平， 保持 10ms 以上 便能可靠地实现复位， R22 取 200 欧姆， R23 取 1k 欧姆 。 nts 第 9 页 图 2-6 时钟及复位电路 2.4 存储器扩展电路设计 2.4.1 程序存储器的扩展 1. 程序存储器芯片选择 EPROM 是可擦除、可编程只读存储器， 母线槽贴 标机控制系统中，只需扩展 8KB 空 间的程序存储器，用一片 2764（ 8K 8）芯 片就可满足要求。 图 2-7 所示 为 2764 芯片引 脚。图中， A0 A12 为地址线， D0 D7 为数 据输出线， CE 为片选端， OE 为输出允许端， PGM 为编程脉冲端， NC 为未连接端， Vpp 为编 程电压端， Vcc 为 +5V， GND 为地。 图 2-7 2764 引脚图 2. 程序存储器扩展电路 程序存储器扩展时，一般扩展容量大于 256 字节，因此， EPROM 片内 地址线除了由 P0 口经锁存器提供 8 位地址线外，还需由 P2 口提供若干地址线。EPROM所需地址线数决定于 EPROM 的容量，当 EPROM 为 2KB时地址线为 11 根，4KB 时地址线为 12 根， 8KB 时地址线为 13 根，以此类推。所需的高位地址线12345678ABCD87654321D C B ATitleNumberRevisionSizeA2Date:2-Jun-2006 Sheet of File:D:ProgramFilesDesignExplorer 99SEExamplesMyDesign.ddbDrawn By:R22CRYSTALEA/VP31P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732TXD11RXD10RD17WR16P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021ALE30PSEN29RESET9P1.78P1.67P1.56P1.45P1.34P1.12P1.23P1.01Vcc40Vss20XTAL119XTAL218U18031C7 CAPC12C13GNDGND+C11+5GNDPortPortS0R23GND+5nts 第 10 页 由 P2 口提供。 如图 2-9 所示，贴标机系统外扩 8KB程序存储器， 8031 的 P0口经 74LS373锁存器接 2764的 8 根地址线 A0 A7， 8031 的 P2.0 P2.4 接 2764的另 5 根地址线 A8 A12。 8031 单片机 P0 口接 2764 的 数据线 D0 D7,ALE（允许地址锁存）接锁存器 CLK端（ 11脚）， 由于是分时使用，先输出外部存储器的低 8 位地址，故应在外部加锁存器将地址数据锁存，地址锁存信号用 ALE。然后，P0 口才作为数据口使用。 根据 程序存储器电路的连线，确定 2764 的寻址范围，如表 2-1 所示。 表 2-1 程序存储器地址表 地址线 地址 A15 A14 A13 A12 A11 A1 A0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 0 0 0 0 0 0 1 0001H 0 0 0 0 0 1 0 0002H 0 0 0 1 1 1 0 1FFEH 0 0 0 1 1 1 1 1FFFH 2.4.2 数据存储器的扩展 1. 数据存储器芯片选择 8031 单片机内部有 128 个字节的 RAM，在母线槽贴标机控制系统中，仅靠片内 RAM 是不够的，必须外扩外部数据存储器。常用的数据存储器有静态RAM（ SRAM）和动态 RAM（ DRAM）两类。 DRAM 一般用于存储容量较大的系统中，而且 DRAM 需要刷新逻辑电路以保持数据信息的不丢失，电路设计较复杂。虽然 DRAM 芯片具有容量大、功率低、价格便宜等优点，但它极易受干扰，对外界环境、工艺结构、控制逻辑和电源质量 等的要求都很高。因此，母线槽贴标机控制系统选用 SRAM。 与 DRAM 相比， SRAM 无须考虑保持数据而设置的刷新电路，故扩展电路较简单。在 8031 单片机应用系统中，最常用的静态数据存储器 RAM 芯片有 6116（ 2K 8）和 6264（ 8K 8）两种。标机控制系统要求外扩 不大于 8K数据存储器，故 6264 芯片能满足要求。 nts 第 11 页 6264 是 8K 8 位静态随机存储 器 芯片，采用 CMOS 工艺制作， 28 线双直插式封装，其引脚如图 2-8 所示。 A0 A12 为片内 13 位地址线； D0 D7 位 8 位数据线； CS1 和 CS2 为片选 端； RD、 WE 为读、写信号线。 2. 数据存储器扩展电路 图 2-8 6264 引脚图 如图 2-9 所示 ， 6264 芯片低 8 位地址线 A0 A7 与 8031 单片机 P0 口经地址锁存器 74LS373 锁存输出相连接；高 5 位地址线 A8 A12 与 8031 单片机P2.0 P2.4 直接相连；数据线 D0 D7 直接与 8031P0 口相连；片选 CS1 由 8031高位地址 P2.5 P2.7经 74LS138 地址译码，并与 WR写信号相“或”后控制；片选 CS2 保持高电平。 6264 芯片的 Vcc 引脚接掉电保护电路 。掉电保护电路带有后备电池，在系统掉电瞬间，自动保护 RAM中有用的信息和系统的运行状态。当电源恢复时，能自动恢复掉电前的工作状态。 根据数据存储器的扩展电路，确定 6264 芯片的寻址范围，如表 2-2 所示。 表 2-2 数据存储器地址表 地址线 地址 A15 A14 A13 A12 A1 A0 1 1 0 0 0 0 COOOH 1 1 0 0 0 1 C001H 1 1 0 1 1 0 DFFEH 1 1 0 1 1 1 DFFFH 2.5 显示电路设计 单片机的显示器主要有 LED（ Light-emitting Diode,发光二极管显示器）和 LCD（ Liquid Crystal Display,液晶显示器）两种。其中 LED 的结构和电路设计更为简单，价格也更低廉，所以贴标机系统选用 LED 显示。 LED 显示器有静态显示和动态显示两种方式。 所谓静态显示就是需要显示的字符在各字段连续 通电，所显示的字段连续发光。所谓动态显示，就是用扫 nts 第 12 页 图 2-9 存储器扩展电路图 1234A B C D4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:4-Jun-2006 SheetofFile:D:ProgramFilesDesignExplorer99SEExamplesMyDesign.ddbDrawn By:Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77C3B2A1G2A4G2B5G1674LS138A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CS120CS226WE27RD22D011D112D213D315D416D517D618D719Vcc28GND146264GND+5GNDGNDRES2PortPortA010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CE20OE22V PP1D011D112D213D315D416D517D618D719GND14Vcc28U?2764EA/VP31P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732TXD11RXD10RD17WR16P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021ALE30PSEN29U?8031CCAP+5GNDGNDR?RES2BTBATTERY+CCAPACITORPOLD2DIODED1DIODEGNDGND+5RRGND+5GNDQ?NPN1R?RES2+5D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1CL K11GND10Vcc20U?74LS373C?CAPGND+5nts 第 13 页 描的方法一位一位轮流点亮显示器的各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次，利用人眼视觉的暂留效 应，使得看上去好像几位显示器同时在显示，因此动态显示必须设计动态扫描电路，以保证显示的连续性。 虽然静态显示占用 硬件 资源较多，但因为贴标机系统 只用 4 位 LED 显示，位数较少， 增加 硬件不多 ， 同时 考虑到动态显示 占用 CPU时间较多 ，所以贴标机系统选用静态显示。 2.5.1 LED 显示器简介 LED 显示器由发光二极管构成的字段组成的，有 7 段（不含小数点段）和16 段（“米”字）管两类，如图 2-10 所示，这种显示器又有共阴极和共阳极之分。当一个或几个发光二极管的阳极为高电平时，相应的段被点亮即显示。 如果加到各段阳极上的代码不同，则 控制显示不同的字符或数字。这个代 码称为段选码，也叫字形码。表 2-3 列出了 7 段 LED 显示数字 0 9 的对 应段选码。 7 段 LED 显示器一般都有 dp 显示段，用于显示小数点，实际上 为 8 段，所以它的段选 码为一个字节。 段选码的编码顺序从最高位到最低位 图 2-10 LED 显示器 分别对应 dp、 g、 f、 e、 d、 c、 b、 a 段。 a)七段显示器 b)十六段显示器 2.5.2 LED 显示电路 根据对贴标头运动范围的估计，三个轴各自的行程不超过一米，所以用三位 LED 显示数值，最大显示值为 999mm，即可满足显示要求。“米”字型 LED显示 X、 Y、 Z 三轴坐标字母。 贴标机系统的 LED 显示，段选信号 由 8031 单片机 P0 口输出， 经 74LS273 锁存器接各位 LED 段选信号端； 位选信号用 8031的 P2 口高位（ P2.7、 P2.6、 P2.5）经 74LS138 译码器 地址译码 ， 形成 5 个不同的入口地址， 接各位 74LS273 的片选端，控制各位 LED选通显示， 接口电路如图 2-12所示，图中 LED1 用于显示字母 X、 Y、 Z， LED2用于显示百位数值，LED3 用于显示十位数值， LED4 用于显示个位数值。 a) b) nts 第 14 页 表 2-3 七段 LED 显示器段选码 显示字符 共阴极型 共阳极型 显示字符 共阴极型 共阳极型 0 3FH C0H 5 6DH 92H 1 06H F9H 6 7DH 82H 2 5BH A4H 7 07H F8H 3 4FH B0H 8 7FH 80H 4 66H 99H 9 6FH 90H 2.6 键盘扩展电路设计 贴标机系统用到两个键盘， 如图 2-13 所示。 一个为编辑键盘，用 8255A扩展，键盘由数字键 0 9，字母键 X、 Y、 Z 等组成 。当贴标机 位于编辑状态时， 通过该键盘输入 X 轴、 Y 轴和 Z 轴 坐标 的位移量 。另一个为手动键盘，用8031单片机 P0口 控制。贴标机在手动方式时，按下手动键盘，可以实现贴标机 X 轴、 Y 轴和 Z 轴正、负方向 的手动操作。 2.6.1 编 辑键盘接口芯片选择 8255A 作为单片机应用系统常用的可编程 I/O 接口得到广泛的应用，对于单片机系统来说，若系统已用到 8255A，在 8255A 资源足够时，作为键盘的接口无需再专门增加芯片，所以用 8255A 扩展编辑键盘，不仅使系统资源得到充分利用，而其使电路设计更为简单 。 8255A 是 Intel 公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有 3 个 8 位的并行 I/O口，具有三种工作方式，可通过程序改变其功能，因而使用灵活方便，通用性强， 可作单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。 8255A 的引脚介绍如图2-11 所示， D7D0 为三态双向数据线，与单片机数据总线连接，用来传送数 据信息； CS 为片选信号端，低电平有效， 表示芯片被选中； RD 为读出信号端，低电 平有效 ， 控制数据的读出； WR 为写入信号 端，低电平有效，控制数据的写入； VCC 接 +5V 电源； PA7PA0 为 A 口输入 /输出线； PB7PB0 为 B 口输入 /输出线； PC7PC0 为 C 口输入 /输出线； RESET 接复位信号； 引脚 图 2-11 8255A引脚图 nts 第 15 页 A0 A1 为地址线，用来选择 8255A 内部端口。 图 2-12 LED 接口电路 1234A B C DE FG H4321HGFEDCBATitleNumberRevisionSizeA2Date:6-Jun-2006 SheetofFile:D:ProgramFilesDesignExplorer99SEExamplesMyDesign.ddbDrawn By:A1B2C3G16G1A4G2B5GND8Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77V cc16U574LS138R4RES2R3RES2R2RES2R1RES2R22CRYSTALa1iflg1d2eDPY1234567a1a2bcd1d2e8fa2bcg2d1hjmk9 10 11 12 13 14 15 16g1 g2 h i j k l m20DS1CRYSTALabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpGND10GND9DS2CRYSTALabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpGND10GND9DS4CRYSTALabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpGND10GND9DS3CRYSTALEA/VP31P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732TXD11RXD10RD17WR16P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021ALE30PSEN29RESET9P1.78P1.67P1.56P1.45P1.34P1.12P1.23P1.01V cc 40V s s 20XTAL119XTAL218U18031D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CL R1V CC20GND10U874LS273D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CL R1V CC20GND10U974LS273D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CL R1V CC20GND10U1074LS273D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CL R1V CC20GND10U1174LS273D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CL R1V CC20GND10U774LS273C7CAPGND+5C1CAPC2CAPC3CAPC4CAPC5CAP+5+5+5+5GNDGNDGNDGNDGND+5C12C13GNDGND+ C11+5GNDPortPortS0R23GND+51 23U3A74F321 23U1A74F321 23U2A74F321 23U4A74F321 23U5A74F32123U7A74F32GND+5QNPN1+5R?RES2C?CAPGNDnts 第 16 页 图 2-13 键盘电路 2.6.2 编辑 键盘 电路 如图 2-14 所示，编辑键盘电路采用矩阵式结构，按键触点接于行、列母线构成的矩阵电路的交叉处，每当一个键按下时通过该键将相应的行、列母线连通。 PC 口低 4 位经反相器输出 为 列线 ， PC 口高 4 位通过电阻接 +5V 电源 为行线 ，行、列母线相交处用按键连接。 通过键盘扫描方式，扫描 PC3 PC0 口状态，读 PC7 PC4 口状态，在行、列线相交处，确定按键的键值。 12345678A B C D87654321DCBATitleNumberRevisionSizeA2Date:6-Jun-2006 SheetofFile:D:ProgramFilesDesignExplorer99SEExamplesMyDesign.ddbDrawn By:D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6V cc 26GND7U68255AA1B2C3G16G1A4G2B5GND8Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77V cc16U574LS138D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1CL K11GND10Vcc20U274LS373S1S2S3S4S7 S6 S5S8R22CRYSTALEA/VP31P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732TXD11RXD10RD17WR16P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021ALE30PSEN29RESET9P1.78P1.67P1.56P1.45P1.34P1.12P1.23P1.01V cc 40V s s 20XTAL119XTAL218U18031C7CAPC6CAPC12C13GNDGND+ C11+5GNDU04NOTU01NOTU02NOTU03NOTS10SW-PBPortPortS0R23GNDGND12345678161514131211109RPRESPACK4+5GND+5C14CAP+5S12SW-PBS02SW-PBS06SW-PBS08SW-PBS01SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS09SW-PBS05SW-PBS15SW-PBS04SW-PBS16SW-PBS11SW-PBS03SW-PBS07SW-PBGND+5+C10CA PA CIT O R P O LR9RES2+5GNDR5RES2R6RES2R7RES2R8RES2+5SSW-SPDTR10RES2R11RES2R12RES2U30OPTOISO1U29OPTOISO1U27OPTOISO1+5GNDU31OPTOISO1GNDR20RES2+5GNDR14RES2+5PortXYZR16RES2R17RES2R18RES2+5+5+5GNDGNDGNDR26RES2R27RES2R28RES2+5+5+5R19RES2R15RES2U28OPTOISO1+5GND+5PortGNDC?CAPGNDnts 第 17 页 图 2-14 编辑键盘电路 2.6.3 手动键盘电路 手动键盘电路如图 2-15 所示，采用独立式结构，每个键都有一根信号线与 8031单片机 P1 口 连接，所有按键有一个公共地端，并通过电阻接 +5V 电源，每个键相互独立互不影响。 图 2-15 手动键盘电路 2.6.4 编辑键盘流程图 根据编辑键盘电路接口 和工作原理，设计编辑键盘扫描程序流程图，如图2-16 所示。 2.7 输入 /输出信号接口扩展电路设计 2.7.1 步进电机控制信号接口电路 1 2 3 4ABCDEFGH4321HGFEDCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA2D a t e : 2 - J un - 2 0 0 6 S he e t o f F i l e : D : P r og r a m F i l e s D e s i gn E x p l o r e r 9 9 S E E xa m p l e s M y D e s i gn .d d bD r a w n B y:S1S2S3S4S7S6S5S8R 2 2C R Y S T A LE A / V P31P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732T X D11R X D10RD17WR16P 2. 728P 2. 627P 2. 526P 2. 425P 2. 324P 2. 223P 2. 122P 2. 021A L E30P S E N29R E S E T9P 1. 78P 1. 67P 1. 56P 1. 45P 1. 34P 1. 12P 1. 23P 1. 01Vcc40Vss20XTAL119XTAL218U18 03 1C7C A PC 1 2 C 1 3GNDGND+C 1 1+5GNDP or tP or tS0R 2 3GNDGND1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9RPR E S P A C K 4+51 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA2D a t e : 2 - J un - 2 0 0 6 S he e t o f F i l e : D : P r og r a m F i l e s D e s i gn E x p l o r e r 9 9 S E E xa m p l e s M y D e s i gn .d d bD r a w n B y:D034D133D232D331D430D529D628D727P A 04P A 13P A 22P A 31P A 440P A 539P A 638P A 737P B 018P B 119P B 220P B 321P B 422P B 523P B 624P B 725P C 014P C 115P C 216P C 317P C 413P C 512P C 611P C 710RD5WR36A09A18R E S E T35CS6Vcc26GND7U68 25 5 AC6C A PU 0 4NOTU 0 1NOTU 0 2NOTU 0 3NOTS 10S W - P BS 12S W - P BS 02S W - P BS 06S W - P BS 08S W - P BS 01S W - P BS 13S W - P BS 14S W - P BS 09S W - P BS 05S W - P BS 15S W - P BS 04S W - P BS 16S W - P BS 11S W - P BS 03S W - P BS 07S W - P BGND+5R5R E S 2R6R E S 2R7R E S 2R8R E S 2+5nts 第 18 页 贴标机系统的输出信号主要有步进电机 X 轴、 Y 轴和 Z 轴的正转、反转共六个信号，由 8031 单片机 P0 口经地址所存器 74LS273 锁存输出，信号通过光电耦合器接步进电机相序分配电路，如图 2-17 所示。 图 2-16 键盘扫描程序流程图 图 2-17 步进电机控制信号接口电路 开始 所有行置低 读取列值 有键按下？ 行扫描 找到按键行 ? 列扫描 找到按键列？ 由列值、行值形成编码 查表得到键值 返回 N Y N Y Y N 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA2D a t e : 6 - J un - 2 0 0 6 S he e t o f F i l e : D : P r og r a m F i l e s D e s i gn E x p l o r e r 9 9 S E E xa m p l e s M y D e s i gn .d d bD r a w n B y:A1B2C3G16G 1 A4G 2 B5GND8Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77Vcc16U57 4L S 1 38D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819C L K11CLR1VCC20GND10U 1 27 4L S 2 73R 2 3YC R Y S T A LE A / V P31P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732T X D11R X D10RD17WR16P 2. 728P 2. 627P 2. 526P 2. 425P 2. 324P 2. 223P 2. 122P 2. 021A L E30P S E N29R E S E T9P 1. 78P 1. 67P 1. 56P 1. 45P 1. 34P 1. 12P 1. 23P 1. 01Vcc40Vss20XTAL119XTAL218U18 03 1C7C A PC 1 2 C 1 3GNDGND+C 1 1+5GNDGND+5C 1 6C A PS0R 2 4GND+5123U 7 A7 4F 3 2GND+5U 2 1O P T O I S O 1U 2 2O P T O I S O 1U 2 4O P T O I S O 1U 2 5O P T O I S O 1U 2 0O P T O I S O 1U 2 3O P T O I S O 1R 3 2R E S 2R 3 3R E S 2R 3 0R E S 2R 3 8R E S 2R 3 7R E S 2R 3 6R E S 2R 3 9R E S 2R 4 0R E S 2R 4 1R E S 2R 3 4R E S 2R 3 5R E S 2+5+5R 3 1R E S 2GNDGNDGNDGNDGND GND+5+5+5 +5+5+5+5+5+5 +5C8C A PGNDP or tP or tQ5 Q4Q3Q2Q1 Q0nts 第 19 页 2.7.2 开关量输入 /输出信号接口电路 输入信号主要为 X 轴、 Y 轴和 Z 轴的正 /负超程信号，贴标机自动状态、手动状态和编辑状态选择开关输入信号，输出信号有贴标头抽风扇和薄膜气缸控制信号。输入信号经光电耦合器接 8255A 芯片 PA 口。为了节省 I/O 口资源，将 各坐标 轴正负超程信号 并 接成一个输入信号， 输出信号接 8522A 芯片 PB 口，经光耦输出， 如图 2-18所示。 图 2-18 关量输入 /输出信号接口电路 贴 标机自动状态、手动状态和编辑状态拨动开关信号输入流程图如图 2-19所示。 2.8 地址译码电路设计 控制 系统中，所以外围芯片都通过总线与 8031 相连。 8031 数据总线分时地与外围芯片进行数据传送，所以 要进行片选控制。需要片选信号的芯片： 6264、 8255A、 输出步进电机控制信号的 74LS273、 LED 显示用的 5 个 74LS273。 2.8.1 译码电路 用 3-8 译码器（ 74LS138）进行全地址译码，由表 2-4 的 74LS138 译码器真值表可知，将 G1 接 +5V， G2A、 G2B 接地， P2.7、 P2.6、 P2.5 分别接到 138 译码器的 C、 B、 A 端， 138 地址译码输出 Y0、
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