母线槽贴标机运动控制系统设计

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 。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 。5） 防 护 等 级 为 IP40。1234567 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 定位机构上 。 定 位 机 构 是 由 气 缸 驱 动 的 。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 。Y21XZ63457图 2-1 贴 标 机 运 动 机 构 示 意 图 1X 向 步 进 电 机 2Y 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 7Z 向 步 进 电 机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 。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 44 小 键 盘 ，分 别 设 置 0 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 。8031 单片机ROM RAM8255A74LS273光耦电路键盘I/O 接口手动按钮4 位 LED 显示图 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 。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 。12345678ABCD87654321D C B ATitleNumberRevisionSize A2 Date:2-Jun-2006Sheetof File:D:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamplesMyDesign.ddbDrawnB:R22CRYSTALEA/VP31P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732TXD11RXD10RD17WR16P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021ALE30PSEN29RESET9P1.78P1.67P1.56P1.45P1.34P1.12P1.23P1.01Vcc40Vss20XTAL1 19XTAL2 18U18031C7 CAPC12C13GNDGND+C11+5 GNDPortPortS0 R23GND+5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（ 8K8） 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A15 A14 A13 A12 A11 A1 A0地 址0 0 0 0 0 0 0 0000H0 0 0 0 0 0 1 0001H0 0 0 0 0 1 0 0002H 0 0 0 1 1 1 0 1FFEH0 0 0 1 1 1 1 1FFFH2.4.2 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（ 2K8） 和 6264（ 8K8） 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 。6264 是 8K8 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A15 A14 A13 A12 A1 A0地 址1 1 0 0 0 0 COOOH1 1 0 0 0 1 C001H 1 1 0 1 1 0 DFFEH1 1 0 1 1 1 DFFFH2.5 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1234A B C D4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:4-Jun-2006 Sheet of File:D:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamplesMyDesign.ddbDrawn B:Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77C3B2A1G2A4G2B5G1674LS138A0 10A1 9A2 8A3 7A4 6A5 5A6 4A7 3A8 25A9 24A10 21A11 23A12 2CS1 20CS226WE27 RD22D011 D112 D213D315 D416 D517D618 D719Vcc28GND146264GND+5GNDGNDRES2PortPortA0 10A1 9A2 8A3 7A4 6A5 5A6 4A7 3A8 25A9 24A10 21A11 23A12 2CE20 OE22 VPP1D011 D112 D213D315 D416 D517D618 D719GND14Vcc28U?2764EA/VP31P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732TXD11RXD10RD17WR16P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021ALE30PSEN29U?8031C CAP+5GNDGNDR?RES2BTBATTERY+CCAPACITORPOL D2DIODED1DIODEGNDGND+5RRGND+5GNDQ?NPN1 R?RES2+5D03 Q0 2D14 Q1 5D27 Q2 6D38 Q3 9D413 Q4 12D514 Q5 15D617 Q6 16D718 Q7 19OE1 CLK11 GND10Vcc20U?74LS373C?CAPGND+5图 2-9 存 储 器 扩 展 电 路 图描 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a) b)值 ， LED3 用 于 显 示 十 位 数 值 ， LED4 用 于 显 示 个 位 数 值 。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 92H1 06H F9H 6 7DH 82H2 5BH A4H 7 07H F8H3 4FH B0H 8 7FH 80H4 66H 99H 9 6FH 90H2.6 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 A0 A1 为 地 址 线 ， 用 来 选 择 8255A 内 部 端 口 。图 2-11 8255A 引 脚 图1234A B C D E F G H4321HGFEDCBATitleNumberRevisionSizeA2Date:6-Jun-2006Sheetof File:D:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamplesMyDesign.ddbDrawnB:A1B2C3G16 G1A4G2B5GND8Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77Vcc16U574LS138R4RES2R3RES2R2RES2R1RES2R22CRYSTAL a1iflg1d2 e DPY1234567a1a2bcd1d2e8fa2bc g2d1hjmk910111213141516g1g2hi j kl m20DS1CRYSTALa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpGND10GND9DS2CRYSTALa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpGND10GND9DS4CRYSTALa bfcgdeDPY1234567abcdefg8 dp dpGND10GND9DS3CRYSTALEA/VP31P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732TXD11RXD10RD17WR16P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.122P2.021ALE30PSEN29RESET9P1.78P1.67P1.56P1.45P1.34P1.12P1.23P1.01Vcc 40Vss 20XTAL119XTAL218U18031D13 Q1 2D24 Q2 5D37 Q3 6D48 Q4 9D513 Q5 12D614 Q6 15D717 Q7 16D818 Q8 19CLK11CLR1 VCC 20GND10 U874LS273D13 Q1 2D24 Q2 5D37 Q3 6D48 Q4 9D513 Q5 12D614 Q6 15D717 Q7 16D818 Q8 19CLK11CLR1 VCC 20GND10 U974LS273D13 Q1 2D24 Q2 5D37 Q3 6D48 Q4 9D513 Q5 12D614 Q6 15D717 Q7 16D818 Q8 19CLK11CLR1 VCC 20GND10 U1074LS273D13 Q1 2D24 Q2 5D37 Q3 6D48 Q4 9D513 Q5 12D614 Q6 15D717 Q7 16D818 Q8 19CLK11CLR1 VCC 20GND10 U1174LS273D13 Q1 2D24 Q2 5D37 Q3 6D48 Q4 9D513 Q5 12D614 Q6 15D717 Q7 16D818 Q8 19CLK11CLR1 VCC 20GND10 U774LS273C7CAPGND+5C1CAPC2CAPC3CAPC4CAPC5CAP+5+5+5+5GNDGNDGNDGNDGND+5C12C13GNDGND+C11+5GNDPort PortS0R23GND+51 23U3A74F321 23U1A74F321 23U2A74F321 23U4A74F321 23U5A74F32123U7A74F32GND+5QNPN1+5R?RES2C?CAPGND图 2-12 LED 接 口 电 路12345678A B C D87654321DCBATitleNumberRevisionSizeA2Date:6-Jun-206 Shet of File:D:Program FilesDesign Explorer 9 SEExamplesMyDesign.dbDrawn B:D034D13D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA440PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB42PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC61PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6Vcc 26GND 7U6825AA1B2C3G16 G1A4G2B5GND8Y015Y114Y213Y312Y41Y510Y69Y77Vcc16U574LS138D03 Q0 2D14 Q1 5D27 Q2 6D38 Q3 9D413 Q4 12D514 Q5 15D617 Q6 16D718 Q7 19OE1 CLK11 GND10 Vc20 U274LS373S1S2S3S4S7 S6 S5S8R2CRYSTALEA/VP31P039P0138P0237P0336P0435P0534P063P0732TXD1RXD10RD17WR16P2.728P2.627P2.526P2.425P2.324P2.223P2.12P2.021ALE30PSEN29RESET9 P1.78 P1.67 P1.56 P1.45 P1.34 P1.12P1.23 P1.01Vcc 40Vss 20XTAL119XTAL218U18031 C7CAPC6CAPC12C13GNDGND+C1+5GNDU04NOTU01NOTU02NOTU03NOTS10SW-PBPort PortS0R23GNDGND12345678161514131211109RPRESPACK4+5GND+5C14CAP +5S12SW-PBS02SW-PBS06SW-PBS08SW-PBS01SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS09SW-PB S05SW-PBS15SW-PBS04SW-PBS16SW-PBS1SW-PB S03SW-PBS07SW-PBGND+5+ C10CAPACITOR POLR9RES2+5GNDR5RES2R6RES2R7RES2R8RES2 +5SSW-SPDTR10RES2R1RES2R12RES2U30 OPTOISO1U29 OPTOISO1U27OPTOISO1+5GNDU31 OPTOISO1GNDR20RES2+5GNDR14RES2 +5PortXYZR16RES2R17RES2R18RES2+5+5+5GNDGNDGNDR26RES2R27RES2R28RES2+5+5+5 R19RES2R15RES2U28OPTOISO1+5GND+5PortGNDC?CAPGND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 。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