基于单片机的万能铣床设计论文设计.doc

安徽机电职业技术学院毕 业 论 文基于单片机的万能铣床设计指导教师评语等级签名日期安徽机电职业技术学院2013届毕业生毕业设计（论文）成绩评定单姓名袁振兴专业机电一体化班级机电3113班课题基于单片机的万能铣床设计评分标准分值得分指导教师评语（40分）设计方案合理、实用、经济、原理分析正确、严密，内容完整。10计算方法正确，计算结果准确，程序设计正确简洁，工艺合理。5元器件（材料）选择合理，明细表规范。5图面清晰完整，布局、线条粗细合理，符合国家标准。5文字叙述简明扼要，书写规范。5按时独立完成，同学相互关心，遵守制度，认真负责。10合计得分： 指导教师签名： 日期： 年 月 日评阅教师评分（30分）内容充实，有阶段性成果，有应用价值。10图纸、论文如实反映设计成果，有理论分析，又有实践过程。10语句通顺，思路清晰，符合逻辑。5图标清晰，文字工整，字符和曲线标准化。5合计得分： 评阅教师签名： 日期： 年 月 日答辩评分（30分）自述条理明确，重点突出。5基本概念清楚，回答问题正确。15专业知识运用灵活，解决问题技术措施合理。10合计得分： 答辩组长签名： 日期： 年 月 日总得分：等级系主任签名：日期： 年 月 日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目基于单片机的万能铣床设计学生姓名袁振兴学 号1302113201指导教师曹光华、王晨系 部电气工程系班 级机电一体化顺序号第 1 次学生完成毕业论文（设计）内容情况第一周: 指导老师布置毕业设计课题，要求学生查阅有关毕业设计的相关资料； 学生签名：时间： 年 月 日教师指导内容记录 教师签名：时间： 年 月 日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目基于单片机的万能铣床设计学生姓名袁振兴学 号1302113201指导教师曹光华、王晨系 部电气工程系班 级机电一体化顺序号第 2 次学生完成毕业论文（设计）内容情况 第二周：主要是把论文的大致提纲和概要确定下来。和同学们熟悉实验室相关设备并掌握万能铣床结构原理。在一起讨论了论文的大致要点和书写路线； 学生签名：时间： 年 月 日教师指导内容记录 教师签名：时间： 年 月 日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目基于单片机的万能铣床设计学生姓名袁振兴学 号1302113201指导教师曹光华、王晨系 部电气工程系班 级机电一体化顺序号第3 次学生完成毕业论文（设计）内容情况第三周：在指导老师的指导下，完成了基于单片机的万能铣床设计实验并得出相关结论并终结； 学生签名：时间： 年 月 日教师指导内容记录 教师签名：时间： 年 月 日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目基于单片机的万能铣床设计学生姓名袁振兴学 号1302113201指导教师曹光华、王晨系 部电气工程系班 级机电一体化顺序号第4次学生完成毕业论文（设计）内容情况第四周:完成万能铣床单片机控制系统设计及实验得出结论并总结，把论文的内容主体写好。通过查阅资料和讨论确定了正确的书写内容和重点； 学生签名：时间： 年 月 日教师指导内容记录 教师签名：时间： 年 月 日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目基于单片机的万能铣床设计学生姓名袁振兴学 号1302113201指导教师曹光华、王晨系 部电气工程系班 级机电一体化顺序号第 5 次学生完成毕业论文（设计）内容情况第五周: 主要是把整篇文章进行了纠错和改正，对不足和错误的地方进行修改。也参考了同学们的论文和资料对章节的局部内容进行了修改。 学生签名：时间： 年 月 日教师指导内容记录 教师签名：时间： 年 月 日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目基于单片机的万能铣床设计学生姓名袁振兴学 号1302113201指导教师曹光华、王晨系 部电气工程系班 级机电一体化顺序号第 6 次学生完成毕业论文（设计）内容情况第六周：主要是对整片论文进行了最终的确审，排版并打印。并对这段时间的学习做出总结等待论文答辩。得出结论：我们可以将线路简化，通过编写程序来完成复杂的逻辑功能。这样产品的体积变小了，成本也降低了，控制智能化了。 学生签名：时间： 年 月 日教师指导内容记录 教师签名：时间： 年 月 日摘 要随着科学技术的进步，尤其是电子技术的发展，自动化已经遍布我们的生活。自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。近年来，铣床的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的铣床拥有强大的加工能力,能进行高速和承受重负荷的切削工作，齿轮加工。适合模具特殊钢加工、矿山设备、产业设备等重型大型机械加工。以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成绩。论文先将设计的总体思路做了具体的概括，万能铣床底座、机身、工作台、中滑座、升降滑座等主要构件均采用高强度材料铸造而成，并经人工时效处理，保证机床长期使用的稳定性。本文主要对自动装箱控制系统进行研究，对所用到的各个器件的功能进行了详细的介绍。主电路部分采用8031 74ls373 2764组成了一个单片机最小系统。为了读键盘给定值，及完成检测和控制，该设计专门扩展一个8155可编程接口及程序存储器eprom2764。 对各控制进行程序编制，这样软硬件结合的方式完成整个万能铣床单片机控制系的设计。通过对此题目的设计可以把大学三年所学的专业知识融会贯通于实际并能锻炼独立思考的能力,经过对我们的锻炼必然成为未来自动化技术的骨干，也将为中国的发展贡献一份力量。也使得我们能适应未来中国以及世界自动化技术的发展趋势。关键词：单片机 设计 万能铣床目录第一章 绪论2第二章 设计构思3第三章 单片机的概述53.1 存储器53.2 中央处理器（cpu）53.3 i/o接口73.4 内部总线73.5 定时器/计数器7第四章 单片机控制系统硬件结构94.1 cpu的选取94.2 单片机的选择94.3 8031单片机的基本结构及管脚说明94.3.1 8031单片机的基本机构94.3.2 8031管脚的具体功能104.4 单片机复位状态与复位电路134.5 接口电路144.5.1 i/o接口144.5.2 i/o接口的作用154.5.3 i/o接口的类型154.6 程序存储器2764芯片介绍164.7 8155内部结构和引脚功能184.7.1 8155内部结构184.7.2 8155具体引脚功能19结论22参考文献23第一章 绪论自动控制技术在现代的工业技术中编演着越来越重要的角色，在经济快速发展的中国，当然更加需要高技术自主的技术体系，在此过程中更加人性化的工作条件和创造更多的价值使得远程控制也得到相结合的发展。为我国的经济和社会的全面发展和进步奠定了坚实的经济基础。利用单片机最小系统实现该自动化生产过程是本次设计的重点。因此，本次设计采用了mcs-51系列的单片机为控制器件，因为在价格与性能方面它都比较符合设计的需要，但是8031内部没有存储器，如果采用8031则要外扩展存储器才能实现数据的存储问题。其次，要通过键盘与显示器来实现数据的显示与监控，可利用8155或8255并行接口连接。在选用芯片的过程当中，8155和8255都具有类似的功能，在该系统中，往往需要同时使用键盘与显示器，为了简化电路，把键盘与显示器接在了一起，构成了键盘与显示器混合接口电路。可通过8155的pb口用于给定值和产品计数显示，pa 口读键盘的给定值，pc口高四位为输入方式，用语检测光电管和start、stop的两个键值的状态。通过p4口和p5口连接电机的控制装置，是利用ssr固态继电器实现的，ssr成功地实现了弱信号(vsr)对强电(输出端负载电压)的控制。最后，通过p7口连接报警装置，如出现电机方面的故障或系统内部的故障时进行报警，通常，8031连接驱动装置进行报警系统的设置，本设计中，利用了声光报警电路实现的。主电路部分采用了单片机最小系统。为了读键盘给定值，及完成检测与控制，为设了扩展存储器，对各控制进行编程，采用软件与硬件接合的方法完成整个自动装箱控制系统的设计。21第二章 设计构思1、万能铣床底座、机身、工作台、中滑座、升降滑座等主要构件均采用高强度材料铸造而成，并经人工时效处理，保证机床长期使用的稳定性。2、机床主轴轴承为圆锥磙子轴承，万能铣床主轴采用三支承结构，主轴的系统刚度好，承载能力强，且主轴采用能耗制动，制动转矩大，停止迅速、可靠。3、工作台水平回转角度45，拓展机床的加工范围。万能铣床主传动部分和工作台进给部分均采用齿轮变速结构，调速范围广，变速方便，快捷。4、 工作台x/y/z向有手动进给、机动进给和机动快进三种，万能铣床进给速度能满足不同的加工要求；快速进给可使工件迅速到达加工位置，加工方便、快捷，缩短非加工时间。5、万能铣床x、y、z三方向导轨副经超音频淬火、精密磨削及刮研处理，配合强制润滑，提高精度，延长机床的使用寿命。6、润滑装置可对纵、横、垂向的丝杠及导轨进行强制润滑，减小机床的磨损，保证机床的高效运转；同时，万能铣床冷却系统通过调整喷嘴改变冷却液流量的大小，满足不同的加工需求。7、万能铣床机床设计符合人体工程学原理，操作方便；万能铣床操作面板均使用形象化符号设计，简单直观。8、床身用来固定和支承铣床各部件。顶面上有供横梁移动用的水平导轨。前壁有燕尾形的垂直导轨，供升降台上下移动。内部装有主电动机，主轴变速机构，主轴，电器设备及润滑油泵等部件。9、横梁横梁一端装有吊架，用以支承刀杆,以减少刀杆的弯曲与振动。横梁可沿床身的水平导轨移动，其伸出长度由刀杆长度来进行调整。10、主轴是用来安装刀杆并带动铣刀旋转的。主轴是一空心轴，前端有7:24的精密锥孔，其作用是安装铣刀刀杆锥柄。 11、纵向工作台纵向工作台由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动, 以带动台面上的工件作纵向进给。台面上的 t形槽用以安装夹具或工件。12、横向工作台横向工作台位于升降台上面的水平导轨上，可带动纵向工作台一起作横向进给。13、转台转台可将纵向工作台在水平面内扳转一定的角度(正、反均为045o)，以便铣削螺旋槽等。具有转台的卧式铣床称为卧式万能铣床。14、升降台可以带动整个工作台沿床身的垂直导轨上下移动, 以调整工件与铣刀的距离和垂直进给。15、底座底座用以支承床身和升降台，内盛切削液。以下就是万能铣床单片机控制系统的主程序流程框图图2.1 万能铣床控制系统结构框图第三章 单片机的概述单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃且颇具生命力的机种。单片微型机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：cpu（中央处理器）、存储器和i/o接口电路等。因此，单片机只需要与适当的软件及外部设备相组合，便可成为一个单片机控制系统。与单片机相比，微型计算机是一种多片机系统。微型计算机是由中央处理器（cpu）芯片、rom芯片、ram芯片和i/o接口芯片等通过印刷电路板是总线（地址总线ab、数据总线db和控制总线cb）连成一体的完整计算机系统。其中，中央处理器（cpu）的字长长，功能强大；rom和ram的容量很大；i/o接口的功能也大，这是单片机无法比拟的。因此，单片机在结构上与微型计算机十分相似，是一种集微型计算机主要功能部件于同一块芯片上的微型计算机，并由此得名。下面对本次设计中用到的单片机主要部件进行逐一介绍。3.1 存储器在单片机内部，rom和ram存储器是分开制造的。通常，rom存储容量较大，ram存储器的容量比较小，这是单片机用于控制的一大特点。（1）romrom（只读存储器）一般为132k字节，用于存放应用程序，故又称为程序存储器。由于单片机主要主要在控制系统中使用，因此一旦该系统研制成功，其硬件和应用程序已定型，为了提高系统的可靠性，应用程序通常固化在片内rom中。（2）ram 通常单片机内ram（随机存取存储器）容量为65256字节，最多可达48k字节。ram主要用来存放实时数据或作为通用寄存器、数据堆栈和数据缓冲之用。rom和ram的内部结构大致相同，所不同的是存储每位二进制数码的基本电路不同。3.2 中央处理器（cpu）中央处理器的内部结构极其复杂，要像电子线路那样化除它的全部电原理图来加以分析介绍是根本不可能的。其模型机框图如下：图3.1 模型cpu结构框图（1）运算器 运算器用于对二进制数进行算术运算和逻辑操作；其操作顺序在控制器控制下进行。运算器由算术逻辑单元alu、累加器a、通用寄存器r0、暂存器tmp和状态寄存器psw等五部分组成。 累加器a是一个具有输入/输出能力的移位寄存器，由8个触发器组成。累加器a在加法钱用语存放一个操作数，加法操作后用于存放两数之和，以便再次累加，故此得名。tmp，也是一个8位寄存器用于暂存另一操作数。alu，主要由加法器、移位电路和判断电路等组成，用于对累加器a和暂存器tmp中两个操作数进行四则运算和逻辑操作。psw也由8位触发器组成，用于存放alu操作过程中形成的状态。（2）控制器 控制器是发布操作命令的机构，是计算机的指挥中心，相当于人脑的神经中枢。控制器由指令部件、时序部件和微操作控制部件等三部分组成。指令部分：是一种能对指令进行分析、处理和产生控制信号的逻辑部件，也是控制器的核心。通常由pc（程序计数器）、日（指令寄存器）和id（指令译码器）等三部分组成。指令是一种能供机器执行的控制代码，有操作码和地址码两部分。指令不同，相应的代码长度不一样。因此，指令可分为单字节、双字节和三字节指令。指令寄存器ir有8位长,用于存放从存储器中取出的当前要执行指令的指令码。时序部件:由时钟系统和脉冲分配器组成,用于产生微操作控制部件所需的定时脉冲信号 。其中,时钟周期(clock system)产生的时钟脉冲序列,脉冲分配器 (pulse distributor)又称“ 节拍发生器”,用于产生节拍电位和节拍脉冲。微操作控制部件:可以为id输出信号配上节拍电位和节拍脉冲,也可以与外部进来的控制信号组合,共同形成相应的微操作控制序列,以完成规定的操作。总之,cpu是单片机的核心部件,它通过由上述的运算器、控制器和中断电路等组成。cpu进行算术运算和逻辑操作的字长同样有4位、8位、16位和32位之分,字长越长运算速度越快,数据处理能力也就越强。3.3 i/o接口i/o接口电路有串行和并行两种。i/o串行通信,它可以把单片机内部的并行8位数据(8位机)变成串行数据向外传送,也可以串行接收外部送来的数据并把它们变成并行数据送给cpu处理。i/o并行通信,并行i/o接口电路可以使单片机和存储器或外设之间并行地传送8位数据(8位机)。3.4 内部总线单片机内部总线是cpu连接片内各主要部件的纽带,是各类信息传送的公共通道.内部总线主要由三中不同性质的连线组成,它们是地址线、数据线 和控制状态线。地址线主要用来传送存储器所需要的地址码或外部设备的设备号，通常由cpu发出并被存储器或i/o接口电路所接收。数据线用来传送cpu写入存储器或经i/o借口读入的数据。因此，数据线通常是双向信号线。控制/状态线有两累：一类是cpu发出的控制命令，如读命令、写命令、中断响应等；另一类是存储或外设的状态信息，如外设的中断请求、存储器忙和复位信号等。3.5 定时器/计数器 定时器/计数器是一个二进制的加1计数器，当计数器计满回零时能自动产生溢出中断请求，表示定时时间已到或计数已经终止。 内部定时计数器/计数器的控制主要是通过tcon和tmod两个特殊功能存储器实现的。 （1）定时器控制寄存器tcon定时器控制寄存器tcon是一个8位寄存器，各位定义如图所示，tr0和tr1分别用于控制内部定时器/计数器t0和t1的启动和停止，tf0和tf1用于标志t0和t1计数器是否产生了溢出中断请求。t0和t1计数器的溢出中断请求还受中断允许寄存器ie中ea、et0和et1状态的控制。图3.2 定时器控制寄存器tcon各位定义（2） 定时器方式寄存器tmod 定时器方式寄存器tmod的地址为89h，cpu可以通过字节传送指令来tmod中各位的状态，但不能用位寻址令改变。tmod中各位定义如图所示。图中，m1和m0为方式控制位，c/（t非）为定时器/计数器的模式控制位，gate为门控位。图3.3 定时器控制寄存器tcod第四章 单片机控制系统硬件结构 cpu是本系统的核心器件，本章将主要介绍有关cpu的选取，单片机最小控制系统以及控制系统中各元件的工作过程和器件管脚介绍等。4.1 cpu的选取本设计中外部扩展rom，所以在cpu选择中选择msc-51中的8031作为控制用cpu，减小了设计的复杂性。4.2 单片机的选择8031即无片内rom也无片内eprom，使用时需要扩展外部程序存储器和外部数据存储器，外接的程序存储器多为eprom的2764系列。我们若想对写入到eprom中的数据进行修改，必须用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除之后再可写入，写入到外接程序存储器中的代码没有什么保密性可言。8051片内有4kb的rom,无须外接存储器和74ls373，更能体现“单片”的简练。为了减少成本，本系统采用8031单片机，为了便于升级和兼容，采用2764扩展8kb的程序存储器，在实际应用中，如须扩展较多的ram和rom时可以加上数据缓冲器，本系统是基于提高智能化和灵活性而设计的，对于温度湿度co2浓度都是可以通过键盘来调整的，而且可以通过显示器显示输出结果，有专门的报警电路发出报警。用8155芯片作为显示器和键盘的接口，温控系统才用8031的p1口加驱动电路驱动固态继电器带动负载工作的。并对结果进行检测和报告。4.3 8031单片机的基本结构及管脚说明4.3.1 8031单片机的基本机构8031单片机通常有两种封装：一种是双列直插式封装，一种是方型封装。本系统8031单片机采用双列直插式40引脚封装结构，其引脚按功能共可分为端口线、电源线和控制线三类。芯片结构如图所示。图4.1 8031单片机芯片系统图如图，是mcs-51的逻辑符号图。在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（i/o）引脚。4.3.2 8031管脚的具体功能1.下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。（1）主电源引脚vcc和vss vcc（40脚）接+5v电压； vss（20脚）接地。 （2）外接晶体引脚xtal1和xtal2xtal1（19脚）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对hmos单片机，此引脚应接地；对chmos单片机，此引脚作为驱动端。 xtal2（18脚）：接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对hmos单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对xhmos，此引脚应悬浮。 （3）控制或与其它电源复用引脚rst/vpd、ale/prog、psen和ea/vpp 1）rst/vpd（9脚）：当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与vss引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与vcc引脚之间连接一个约10f的电容，以保证可靠地复位。 vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部ram的数据不丢失。当vcc主电源下掉到低于规定的电平，而vpd在其规定的电压范围（50.5v）内，vpd就向内部ram提供备用电源。 2）ale/prog（30脚）：当访问外部存贮器时，ale（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ale端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。ale端可以驱动（吸收或输出电流）8个ls型的ttl输入电路。 对于eprom单片机（如8751），在eprom编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（prog）。 3）psen（29脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次psen有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的psen信号将不出现。psen同样可以驱动（吸收或输出）8个ls型的ttl输入。 4）ea/vpp（引脚）：当ea端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在pc（程序计数器）值超过0fffh（对851/8751/80c51）或1fffh（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当ea保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以ea脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。 对于eprom型的单片机（如8751），在eprom编程期间，此引脚也用于施加21v的编程电源（vpp）。（4）输入/输出（i/o）引脚p0、p1、p2、p3（共32根）端口线（48=32条）8031共有四个并行i口，每个端口都有8条端口线用于传送数据/地址。1）p0口：p0口8位输入输出线，其最高位为p0.7，最低位为p0.0。其功能为：八位输入输出线可作为8位的地址线使用，也可以作为8位双向数据总线使用。此时要分时操作，先选送低8位地址，利用ale信号的下降沿将地址锁存，然后作为8位双向数据总线使用，用来传送8位数据。另外，8031在不带外存储器的情况下，可做i/o口使用，此时为准双向输入/输出口。 2）p1口：p1口8条引脚和p0口的8条引脚类似，最高位为p1.7，最低位为p1.0。当p1口作为通用i/o口使用时，p1.7-p1.0的功能和p0口的第一功能相同，也用于传送用户的输入输出数据。3）p2口：p2口这组引脚的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用i/o口使用。它的第二功能和p0口引脚第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但不能象p0口那样还可以传送存储器的读写数据。4）p3口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，它的第二功能如下： p3.0 （rxd）作为串行数据输出口 p3.1 （td）作为数据发送口p3.2 （0）作为外中断0输入p3.3 （int1）作为外中断1输入p3.4 （ t0 ）作为计数器0计数输入p3.5 （ t1 ）作为计数器1计数输入p3.6 （）作为外部ram写选通信号p3.7 （）作为外部ram读选通信号p3各口线的其他功能：p3.0 10 rxd（串行输入口） p3.1 11 txd（串行输出口） p3.2 12 int0（外部中断0） p3.3 13 int1（外部中断1） p3.4 14 t0（定时器0外部输入） p3.5 15 t1（定时器1外部输入） p3.6 16 wr（外部数据存储器写脉冲） p3.7 17 rd（外部数据存储器读脉冲）2.微机系统基本输入/输出接口输入/输出数据管理方式3.1.1 mcs-51单片机的最小应用系统1. 单片机的最小应用系统的组成包括：单片机、电源部分、上电复位部分和晶振时钟源。对有些片内没有程序存储器的单片机还必须包括扩展程序存储器。图4.2 单片机的最小应用系统图典型最小应用系统各器件的常用值为：c1c230pf；c516mhz，典型值为6mhz；c31f；r11k；r251k。 （1） 电源线（2条）vcc为主电源，接+5v电源线；vss为接地线。（2）控制线（6条）1）rst/vpd：复位/备用电源线。当作为rst使用时为系统复位输入端，此时输入2个机器周期的高电平，即可实现系统复位。当作为vpd使用时，当vcc电压降到允许限度以下时，后备电源从此引脚自动加电，保证片内ram中的信息不被丢失。2）：片外rom选通线。在执行访问片外rom的指令movc时，8031自动在上产生一个负脉冲，用于为片外rom的选通，其他情况下均为高电平封锁状态。3）ale/：地址锁存允许/编程线。当作为ale使用时，为访问外部程序存储器的低8位地址锁存信号，输出正脉冲，利用其下降沿实现地址锁存，以便空出p0.7-p0.0引线去传送随后而来的片外存储器读写数据。当不访问外部存储器时，ale仍以振荡器1/6频率周期性的出现，此时可作为输出时钟信号使用，对于在片外eprom编程时，从此引脚输出编程脉冲信号。4）/vpp：允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制8031使用片内rom还是使用片外rom。由于8031无片内rom，所以当=0时允许使用片外rom。5）xtal1和xtal2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。4.4 单片机复位状态与复位电路（1）单片机复位状态单片机在加电工作的初始系统进入复位状态。所谓复位状态是指系统进入默认状态或称原始状态。在这种情况下，所有的寄存器都被赋予默认值。（2）单片机复位电路复位操作可以使单片机初始化，也可以是死机状态下的单片机重新启动。单片机复位都是靠复位电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的rst引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机就能实现复位。为了保证系统可靠的复位，一般使rst引脚保持10ms的高电平，单片机可以循环复位。当rst从高电平变为低电平以后，单片机从0000h地址开始执行程序。复位有效期间，ale和引脚输出高电平。复位电路有两一种是上电复位另一种是按键复位。不管采用那种复位都要保证在rst引脚上提供10ms以上的高电平。而本设计采用按键电平复位，电路如图所示： 图4.3 复位电路图当加电时，电容器c充电，电路有电流流过，构成回路，在电阻r上产生压降，rst引脚上为高电平，当电容c充满电后，电路相当于断开，rst的电位与地相同，复位结束。复位的时间与充电的时间有关，充电时间越长复位时间越长。还可以通过按键实复位，按下键后，通过r1和r2形成回路，使rst端产生高电平。按键的时间决定复位的时间。4.5 接口电路 该8031最小系统的接口电路有8155、2764、74ls373等芯片。8155用于键盘/led显示器接口，2764作为8031的外部rom存储器，74ls373作为2764rom存储器的扩展芯片。8031单片机是片内无程序存储器供应状态芯片，因此必须扩展外程序存储器，所以本系统在8031外部扩展了一片8k的eprom2764。8031单片机片内无a/d部件，系统中各传感器输出的是模拟信号，故需外接a/d转换器，根据转换精度、转换速率、模拟信号输入通道数以及成本、供货来源全面考虑，本系统采用adc0809。4.5.1 i/o接口输入/输出（i/o）接口是cpu和外设见信息交换的桥梁，是一个过渡的大规模集成电路，可以和cpu集成在在同一块芯片上，也可以单独制成芯片出售。输入设备用于向计算机输入信息，输出设备用于输出程序和运算结果。由于cpu于外部设备之间所传递信息的性质、传递方式、传递速度和电平个不相同，应此cpu和外设之间不是简单的直接相连，而是必须借助于i/o接口这个过渡电路才能协调起来。为了满足各种不同外设对cpu的不同要求，i/o接口电路的型式和种类也多种多样。mcs-51单片机和8155相连不仅可以为外设提供两个8位i/o端口（a口和b口）和一个6位i/o口，也可以为cpu提供一个256字节的ram和一个14位定时器/计数器。8155内部有一个地址锁存器，所以在与单片机接口时，不用外接地址锁存器，只要将单片机的ale信号连到8155的ale端即可。因此，8155广泛应用于mcs-51系统中。4.5.2 i/o接口的作用（1）实现和不同外设的速度匹配不同外设的工作速度差别很大，但大多数外设的速度很慢，无法和微秒级的cpu媲美，cpu和外设间的数据传送方式有同步、异步、中断、dma等四种，通常采用i/o接口采用中断方式传送数据，以提高cpu的工作效率。（2）改变数据传送方式通常。i/o数据有并行和串行两种传送方式。针对于8位机而言，并行传送是指数据在8条数据总线上同时传送，串行传送是指数据在一条数据总线上分时的传送，一次只传送一位二进制信息，通常，数据在cpu内部传送是并行的，而有些外设（例如磁盘机和通信系统）中的数据是传行的。因此，cpu在和采用串行传送数据的外设连机工作时必须采用能够改变数据传送方式的i/o接口电路。也就是说，这种i/o接口电路必须具有能把串行数据变换成并行传送的本领。（3）改变信号的性质和电平cpu和外设间交换的信息有两种：一种是数据型的，如程序代码、地址和数据；另一种是状态和命令型的，状态信息反映外设工作状态，命令信息用于控制外设的工作。因此，i/o接口必须既能把外设送来的状态信息规整划一后送给cpu，又能自动根据要求给外设发送控制命令。4.5.3 i/o接口的类型i/o接口有并行接口和串行接口两种。（1）串行i/o接口串行i/o接口可以满足串行i/o设备的要求，串行i/o接口可以从发送数据线上一位一位的连接发送数据和在发送完8位后自动从cpu并行接受下一个要发送的字节，也可以从接收数据线上连续接收串行数据和在收到一个字节后自动接收到的数据。（2）并行i/o接口并行i/o接口用于并行传送i/o数据的设备，例如打印机、键盘、a/d、d/a芯片等都要通过i/o接口才能和cpu联机工作。并行i/o接口一方面以并行方式和cpu传送i/o数据，另一方面又可以以并行方式和外设交换数据。也就是说，并行i/o接口并不改变数据传送方式，只是实现cpu和外设间速度和电平的匹配以及起到i/o数据的缓冲作用。和串行接口一样，并行i/o接口电路也可以集成在cpu内部，也可以制成专用芯片。msc51内部集成有四个i/o口（p0p3），而且还可在它的i/o口上外接其它并行i/o接口电路，以扩展并行i/o端口的数目。4.6 程序存储器2764芯片介绍（1）内部结构2764采用双译码编程方式，a12a0上地址信号经译码后产生选择信号，选中存储阵裂中相应的存储单元工作，并在控制电路控制下对所选中存储单元进行读出，从存储单元中读出的8位二进制信息经输出缓冲器输出到数据线o7o0上。在编程方式下，o7o0上编程信息是在控制电路控制下写入存储阵列的相应存储单元的。2764引脚分配如图4-4所示。图4.4 2764管脚结构（2）引脚功能（28条）1）地址输入线a12a0：2764的存储容量为8kb，故按照地址线条数和存储容量的关系，共需13条地址线，编号为a12a0。2764的地址线应和mcs-51单片机的p2和p0口相接，用于传送单片机送来的地址编码信号，其中a12为最高位。2）数据线o7o0：o7o0是双向数据总线，o7为最高位。在正常工作时，o7o0用于传送从2764中读出的数据或程序代码；在编程方式时用于传送需要写入的编程代码。3）控制线（3条）：片选输入线：该输入线用于控制本芯片是否工作。若给上加一高电平，则本芯片不工作；若给上加一个低电平，则选中本芯片工作。编程输入线：该输入线用于控制2764处于正常工作状态还是编程/校验状态。若给它输入一个ttl高电平，即2764处于正常工作状态；若给输入一个50ms宽的负脉冲，则2764配合vpp引脚上的21v高压可以处于编程状态。允许输出线：也是一条由用户控制的输入线。若给线上输入一个ttl高电平，则数据线o7o0处于高阻状态；若给上一个ttl低电平，则o7o0处于读出状态。4）其它引脚线（4条）：vcc为+5v10电源输入线，gnd为直地线。vpp为编程电源输入线，当它接+5v时，2764处于正常工作状态；当vpp接21v电压时，2764处于编程/校验状态。nc为2764的空线。（2） 擦除特性2764存储阵列中的信息可以采用紫外光擦除，擦除后存储代码为全“1”。2764在擦除时应先取下芯片中央小窗口上贴纸，然后用光源波长为2357埃和强度为1200uw/cm2的紫外光照射，照射时间为1520分钟。这实际上就是使famos管浮栅中的电子获得高能量，从而形成光电流从浮栅流入基片。2764中信息擦除也不是十分容易的，把2764放在阳光下爆晒大约需要一星期才会擦干净，在普通荧光灯下需要三年才会擦除。（3） 工作方式和编程2764可以分为正常和编程两种工作方式。正常工作方式是指2764在它所用应用系统中的工作方式，常分为读出和维持两种工作状态；编程方式是指给2764写入程序时的工作方式，常常在专用的计算机系统上进行，又可分为编程、禁止编程和校验三种工作状态。 （4）存储器扩展硬件电路本系统采用全译码方式扩展片外rom存储器。全译码方式是所有片选地址线全部参加译码的工作方式。在全译码方式中，存储器每个存储单元只有唯一的一个cpu地址和它一一对应，只要单片机发出这个地址就可选中该存储单元工作，故不存在地址重叠现象。但全译码方式的缺点是所需地址译码 电路较多。在最小系统中，所有的外部芯片都通过地址总线（ab）、数据总线（db）和控制总线（cb）这三组总线进行扩展。8031由于使用外部程序存储器，故片外程序存储器选择使能端必须接地。片外取指控制端与程序存储器2764的端相连。地址总线由p0口提供低8位地址线a0a7，p2口提供高8位地址线。由于p0口还要作数据总线口，只能分时做地址线，故p0口输出的低8位地址数据必须用锁存器锁存。锁存器的锁存控制信号为8031引脚ale输出控制信号。因此，8031单片机的p0。0p0。7引脚与地址锁存器74ls373的d0d7引脚相连，经74ls373，再由74ls373的o0o7引脚与2764的a0a7引脚相连。当ale输出为高电平时地址锁存器是透明的，p0口输出的低8位直接通过锁存器进入2764，在ale的下降沿控制锁存器锁存，将p0口输出的地址锁存在74ls373中，直到ale再次变为高电平。扩展电路如图4-5所示。图4.5 扩展电路图4.7 8155内部结构和引脚功能8155是intel公司研制的通用i/o接口芯片。msc51和8155相连不仅可为外设提供两个8位i/o端口（a口和b口）和一个6位i/o端口（c口），而且也可为cpu提供一个256字节的ram存储器和一个14位定时器/计数器。因此广泛用于msc51系统中。4.7.1 8155内部结构8155内部共由七部分组成，它们是双向数据总线缓冲器、地址锁存器、地址译码器和读写控制器、ram存储器、i/o寄存器、命令寄存器和状态寄存器以及定时器/计数器等。现对各部分电路分述如下：（1）双向数据总线缓冲器：该缓冲器是8位的，用于传送cpu对ram存储器的读写数据。（2）地址锁存器：共有8位，用于锁存cpu送来的ram单元地址和端口地址。（3）地址译码器和读写控制器：地址译码器的三位地址由地址锁存器输出端送来，译码后可以选中命令/状态寄存器、定时器/计数器和a、b、c三个i/o寄存器中某个工作。读写控制器接收和线上信息，实现对cpu和8155间所传信息的控制。（4）ram存储器：容量为256字节，主要用于存放实时数据。存储器存储单元地址由地址锁存器输出端送来。（5）i/o寄存器：分为a、b和c三个端口。a口和b口的i/o寄存器为8位，既可以存放外设的数据又可以存放外设的输入数据；c口的i/o寄存器只有6位，用于存放i/o数据或命令/状态信息。8155在某一瞬时选中i/o寄存器工作，这由cpu送给8155命令字决定。 （6）命令寄存器和状态寄存器：皆为8位寄存器。命令寄存器存放cpu送来的命令字，状态寄存器存放8155的状态字。（7）定时器/计数器：这是一个二进制14位的减1计数器，计数器初值由cpu通过的程序送来。定时器/计数器由t/in输入线上脉冲减1，每当计满溢时可在线上输出一个终止脉冲。4.7.2 8155具体引脚功能8155共有40条引线，采用双列直插式封装。如图4-6所示。图4.6 直插式封装图（1）ad7ad0（8条）：ad7ad0位地址/数据总线，常可和mcs-51的p0口相接，用于分时地传送地址/数据信