机电一体化系统设计课设说明书.doc

目 录第1章 绪论.1 1.1数控检测的介绍.11.1.1 数控检测.11.1.2 数控检测的分类.11.2设计内容及要求.2第2章 总体设计方案.42.1设计参数.42.2机械部分设计方案.42.2.1 导轨.52.2.2 滑动丝杠和滚珠丝杠.52.3电气部分设计方案.52.4精度分析.5第3章 机械部分设计73.1丝杠的设计.83.1.1 选用滚珠丝杠.8 3.1.2 运动方式.93.1.3 循环方式.10 3.1.4 预紧方式.103.1.5 丝杠型号的选择.103.1.6 滚珠丝杠副的设计计算.103.1.7 螺旋参数选择.123.1.8 丝杠校核.133.1.9 滚珠丝杠副的支承.143.2导轨的设计153.3摩擦离合器的设计15 3.3.1 摩擦离合器的选择.163.3.2 摩擦离合器的计算.163.3.3 摩擦离合器的结构图.183.4弹簧的设计. 193.5光点编码器的设计223.6步进电机的选择24第4章 电气控制系统设计.264.1 硬件部分设计.26 4.1.1 8031 单片机.264.1.2 存储器.29 4.1.3 I/O接口.304.1.4 其它.324.1.5 位置检测系统设计.324.1.6 步进电机驱动设计.344.2 软件部分设计.364.2.1 伺服系统的控制方案.364.2.2 系统软件的模块化设计方法.36第5章 总 结.40参考文献.41第1章 绪 论1.1 数控检测的介绍1.1.1 数控检测数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控检测装置是数控机床的重要组成部分，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制。数控机床对检测装置的要求如下：（1）工作可靠，抗干扰能力强；（2）满足精度和速度的要求；（3）易于安装，维护方便，适应机床工作环境；（4）成本低。11.1.2 数控检测的分类数控检测装置按工作条件和测量要求不同，有下面几种分类方法： 1. 直接测量和间接测量a.直接测量直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来直接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号，而构成位置闭环控制。其优点是准确性高、可靠性好，缺点是测量装置要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。b. 间接测量 它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移，作为半闭环伺服系统的位置反馈用。优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。 2.数字式测量和模拟式测量a.数字式测量 它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。信号抗干扰能力强、处理简单。b. 模拟量测量 它是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。3. 增量式测量和绝对式测量a. 增量式测量在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增量式测 量只测相对位移量，如测量单位为0.001mm，则每移动0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是测量装置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点，而移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后测量所得结果完全错误。b. 绝对式测量 绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每 一个被测点都有一个相应的测量值。测量装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构就愈复杂。 1.2 设计内容及要求零件尺寸数控测量装置是计算机数控（CNC）机床系统的配套设备。当机床完成零件加工后，有机械手将零件送到零件尺寸测量装置进行尺寸测量。此测量装置主要测量外尺寸和内尺寸。测量装置具有独立工作能力，同时可加入CNC系统，接受协调控制系统的控制，完成等待测量、显示测量结果的功能。产品具有较高的精度、分辨率和灵敏度，其效率和质量具有较高的可靠性。测量范围：0100mm;测量误差不小于0.02mm。第2章 总体设计方案2.1 设计参数测量范围：0100mm测量误差不小于：0.02mm2.2 机械部分设计方案当零件加工完成后，由机械手将零件送到尺寸测量装置上，控制电路启动步进电机，同时当零件被测量刀口夹紧而夹紧力超过压缩弹簧产生的轴向力时，摩擦离合器的摩擦面产生滑动，此时丝杠停止转动，同时把记录数据送到CPU经处理后，通过显示电路显示所测量的零件尺寸，测量装置控制框图见图2-0。 图2-0 测量装置控制框图2.2.1导轨导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。采用摩擦阻力小的滚动导轨副。2.2.2 滑动丝杠与滚珠丝杠丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。 滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求2。2.3 电气部分设计方案采用MCS-51系列单片机作为主控制器，扩展二片存储器芯片分别用作监控程序和各类缓冲。根据系统需要，设置了键盘及显示设备。本系统应该选用可编程接口芯片进行接口扩展。本次设计位置检测系统采用半闭环系统，半闭环系统对伺服电机、滚珠丝杠的积累误差进行检测，并将检出的参数转换为移动部件的移动位置参数。再将该参数与指令给定参数相比较，用差值来进行控制。采用数字式位置控制伺服系统的控制方案。整个系统软件采用模块化的设计方法，除主模块外，其它模块都采用中断方式，由外部信号确定模块执行与否3 4。2.4 精度分析此装置主要零件的设计计算，其结果数值均很小。计算只起校核作用，对此类似的装置结构设计主要是精度问题。根据技术条件的要求，所测零件尺寸最大为100，精度为0.02。此装置的精度主要是控制丝杠传动的误差、读数的误差。丝杠设计为3级精度，螺距允差为0.003，螺距累积误差：25mm为5m，100mm为6m，300mm为9m。在测量范围100mm内，螺距误差对精度的影响能控制在7m以内。在测量过程中，由调整消隙螺母使双螺母产生轴向分离，可使丝杠的空程误差减到极小。读数误差，由于采用数字显示，光码盘240脉冲/圈，经计数电路处理后，其数字显示误差可控制在0.0063mm以内。此装置总的测量误差小于0.013mm，满足所规定的设计精度要求。第3章 机械部分设计根据结构需要，选用丝杠转动螺母作直线运动的传动机构；通过对滑动丝杠和滚动丝杠的比较，选用滚动丝杠；根据测量装置的精度要求，选用精密丝杠，直径16，螺距4。丝杠支承采用两端支承形式。此装置负荷不大，为了减小丝杠轴颈与支承间的摩擦，选用角接触球轴承轴承7602012TN。在测量过程中，丝杠需正、反转，为了消除螺纹间隙对测量产生的误差，必须采用消隙螺母。测量活动刀口固定在螺母上，刀口的移动应保持水平位置，即螺母的移动应平稳，不准转动。为了防止螺母在移动时转动，采用了两个滚动轴承000025作支撑，在导轨面上滚动，支架与螺母固定在一起的防转机构，向心轴可调整轴承与导轨面的距离，使其能防止螺母转动而又能使轴承与导轨面之间的摩擦最小。其结构示意图见图3-0 图3-0 结构示意在测量过程中当零件与测量刀口相接触而被刀口夹紧后，丝杠应停止转动，所以电机与丝杠之间应采用摩擦离合器。摩擦离合器的从动盘，在压缩弹簧的作用下，压紧摩擦离合器的主动圆锥盘，靠圆锥间的摩擦力传动扭矩，摩擦力距使丝杠和电机一起转动，当测量刀口夹紧零件后，摩擦离合器的摩擦面产生滑动，丝杠停转。当丝杠螺距为4，测量精度为0.02时，光码盘应大于200脉冲/圈。光码盘装在丝杠上，随丝杠一起转动。丝杠停止转动后，控制系统使电机停转。从以上几点可以确定出零件尺寸测量装置的结构简图，如图3-1所示。图3-1 结构简图3.1 丝杠的设计3.1.1 选用滚珠丝杠传动系统是一个以滚珠作为滚动媒介的滚动螺旋传动的体系，它不但可以将直线运动转化成回转运动，还可以将回转运动转化成直线运动。（图3-2）传动效率高 滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%98%，为传统的滑动丝杠系统的24倍，如图1.1.1所示，所以能以较小的扭矩得到较大的推力，亦可由直线运动转为旋转运动（运动可逆）5。 运动平稳 滚珠丝杠传动系统为点接触滚动运动，工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象，因此可精密地控制微量进给。 高精度 滚珠丝杠传动系统运动中温升较小，并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 高耐用性 钢球滚动接触处均经硬化（HRC5863）处理，并经精密磨削，循环体系过程纯属滚动，相对对磨损甚微，故具有较高的使用寿命和精度保持性。 同步性好 由于运动平稳、反应灵敏、无阻滞、无滑移，用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动几个相同的部件或装置，可以获得很好的同步效果。 高可靠性 与其它传动机械，液压传动相比，滚珠丝杠传动系统故障率很低，维修保养也较简单，只需进行一般的润滑和防尘。在特殊场合可在无润滑状态下工作。 图3-2 滚珠丝杠丝杠传动将旋转运动转变为直线运动。丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。虽然采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。所以选用滚珠丝杠。3.1.2 运动方式：常见的滚珠丝杠运动方式有四种：1丝杆转动但轴向不移动，螺母轴向移动，但不转动。2丝杠固定不动，螺母转动并移动。3螺母固定不动，丝杆转动并移动。4螺母转动但轴向不移动，丝杠轴向移动，但不转动。 考虑到本设计的实际情况选用第一种运动方式。3.1.3 循环方式滚珠循环方式分为内循环和外循环。滚珠在循环过程中始终与丝杠表面接触 ，称为内循环。内循环结构回路短，摩擦小，效率高，径向尺寸小，但精度要求高；滚珠在循环过程中，有一段离开丝杠表面，称为外循环。插管式外循环结构简单，制造容易，但径向尺寸大，且弯管两端管舌耐磨性和抗冲击性能差。若在螺母外表面开槽与切向孔连接，代替弯管，则为螺旋槽式外循环，径向尺寸较小，但槽与孔的接口为非圆滑连接，滚珠经过时易产生冲击。经过比较，选择内循环方式5。3.1.4 预紧方式预紧方式分为：单螺母变位导程预紧、单螺母增大钢球直径预紧、双螺母垫片预紧、双螺母螺纹预紧、双螺母齿差预紧。选用双螺母垫片预紧。3.1.5 丝杠型号的选择根据使用和结构要求，选择内循环浮动式、双螺母垫片预紧方式滚珠丝杠。3.1.6 滚珠丝杠副的设计计算（1）丝杠轴向力的分析因为，此测量数控机床是慢速、轻载传动，所以设测量时所需的夹紧力为F1，螺母移动时的摩擦力为F2，丝杠螺母的预紧力为F3，导轨摩擦力为F4，则丝杠轴向力为 式中：为避免破坏工件表面，夹紧力不能太大，F1取0.5N；F3取0.3N；F4在装配时可以调整到最小，所以可以不计6。（2）F2的计算式中：Q螺母载荷，主要考虑自重；螺纹升角，= =433当量摩擦角 =arctan/cos；式中：接触面的摩擦系数，钢铜的=0.080.1；螺纹牙形半角。根据装配图和零件图可以计算出活动刀口、螺母、支架和偏心轴的重量分别为0.5、1.6、0.8、0.4。查表得轴承重量为0.12，则Q=3.32N。取=0.09，则=5.9。所以 =3.32tg（433+5.9） =0.564N 丝杠受力情况有些因素未考虑，在求丝杠轴向力Fa时，取一个放大系数k=1.12，即 =1.12（0.5+0.564 +0.3） =1.528N设 等效转速 nm=550r/min等效负荷 Fm=50N计算载荷 N其中查表得：=1.0； =1.0； =1.65； =1。则 =1.01.01.65150N =82.5N必须的额定动载荷 C a= = =311.63N3.1.7 螺旋参数选择根据设计要求，选取丝杠的型号为FFZD1604-3，其丝杠为M164，精度为3级。螺旋参数见表3-1。表3-1 螺旋参数公称直径d0 （mm）16基本导程Ph （mm）4钢球直径dw （mm）2丝杠外径d （mm）15.3循环圈数3额定动载荷Ca （N）5100额定静载荷Coa （N）9700接触刚度R （N.m）442螺母安装连接尺寸，见表3-2表3-2 螺母安装尺寸 单位：（mm）D1D2LD3BD4D5D62828105010385.810hD7MD8TL1E634M6203623丝杠设计如图3-3所示：图3-3 丝杠疲劳寿命 = h = =7173020 h因为 =15000 h所以 符合要求。3.1.8 丝杠校核E丝杠材料的弹性模数， 刚E=2.110N/mm；A丝杠危险截面积，A= d1=14.3，为丝杠螺纹内径；则 A=160.52mm所以 = = =测量装置精度为0.02，螺距受轴向载荷和扭矩所产生的变形量微小，所以3级精度M164的丝杠设计满足测量要求。3.1.9 滚珠丝杠副的支承对滚珠丝杠副支承的要求，除足够的寿命外，丝杠轴承的载荷主要是轴向力。因此，轴承的轴向刚度及精度要高，要善于承受轴向载荷。进给系统要求运转灵活，对微小的位移要响应灵敏。因此，轴承的摩擦力矩要小。滚珠丝杠的支承形式能分为三种：即一端固定，另一端自由，用于较短的丝杠或竖直安装的丝杠；一端固定一端滑动，用于水平放置的较长丝杠；两端固定，用于精密机床的丝杠，另外减少丝杠因自重的下垂和补偿热膨胀，采用两端固定的丝杠以便进行预紧拉伸。浮动支承，采用深沟球轴承；固定支承，采用一对组合配好的推力角接触秋轴承。在本设计中，丝杠两端固定，一端采用面对面双联成对角接触球轴承，轴承型号为7602012NT，有丝杠预紧作用。一端采用深沟球轴承，轴承型号为60012。3.2 导轨的设计对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。 导轨按结构特点和摩擦特性划分导轨类型：普通滑动导轨、塑料导轨、镶钢、镶金属导轨、滚动导轨、动压导轨及静压导轨。导轨按运动划分，可分为直线运动导轨和圆周（回转）运动的导轨。根据工作条件、负载特点，确定使用滑动导轨。用于导轨的材料应具有良好的磨性，摩擦系数和动摩擦系数较小。所以采用CrWMn。测量活动刀口固定在螺母上，刀口的移动应保持水平位置，即螺母的移动应平稳，不准转动。为了防止螺母在移动时转动，采用了两个滚动轴承作支撑，在导轨面上滚动，支架与螺母固定在一起动的防转机构，向心轴可调整轴承与导轨面的距离，使其能防止螺母转动而又能使轴承与导轨面之间的摩擦最小。其轴承为深沟球轴承，其型号为GB276-82，1000086，两端用垫圈固定，其轴的一端为轴阶，另一端用螺母来预紧。3.3 摩擦离合器的设计摩擦离合器是应用得最广也是历史最久的一类离合器，它基本上是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传动动力的基本结构，而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。摩擦离合器利用摩擦力传递扭矩的离合器。接合时，主、从摩擦件在一定压力下压紧。主动轴转动时，接合面间产生足够大的摩擦力，带动从动轴转动。分离时压紧力消失，接合面分离，摩擦力随之消失，从动轴不动。摩擦离合器的工作可分为接合、正常工作和分离3个阶段。摩擦离合器可在运转中结合平稳，过载时离合器可打滑起保护作用。3.3.1 摩擦离合器的选择本设计中的摩擦离合器应能满足以下基本要求： (1) 能作到分离时，彻底分离，接合时柔和，并具有良好的散热能力。 (2) 从动部分的转动惯量尽量小一些。这样，在分离离合器时，与丝杠相连部分的转速就比较容易变化，从而减轻对丝杠的冲击。 (3) 具有缓和转动方向冲击，衰减该方向振动的能力，且噪音小。 圆锥摩擦离合器，分单锥和双锥两种。单圆锥摩擦离合器结构简单，摩擦件为截锥体，接合平稳，分离彻底；能产生较大的摩擦力,摩擦面磨损后一般不需人工调整。所以采用单圆锥摩擦离合器。3.3.2 摩擦离合器的计算(1) 摩擦离合器的计算扭矩 式中：k安全系数，一般取k=1.21.25；所需传递的扭矩。(2) 的计算 =+式中：螺纹摩擦力矩；轴承摩擦力矩。M1=Fg tg（+V） =1.582tg（433+5.9）=0.269（N）式中：螺纹中径，=15.3。产生和影响滚动轴承摩擦力的因素很多，完全从理论上推出摩擦力矩的计算公式很困难，所以采用经验公式计算，对速度较低，承受径向载荷的标准轴承，若轴承的外径D22时，计算公式为： 式中：固有摩擦力矩，约等于8d=96（g）径向载荷（N）中心圆直径，=（）d轴承内径（）。000026滚动轴承外径D=16，内径d=12，中心圆直径D0=14，弹簧轴承径向载荷主要考虑各零件的重量，摩擦离合器从动盘0.5N，螺套0.2N，0.09N，螺套0.08N，码盘0.8N，螺母部件1.6N，丝杠0.9N。各零件总重4.17N，取放大系数k=1.12，则径向载荷 =1.124.17=4.67（N）所以 =0.096+0.024.671.4=0.227（N.）则 =0.269+0.227=0.496（N.） =1.250.496=0.620（N.）(3) 弹簧压紧力F在本设计中，在圆锥摩擦离合器从动盘的末端车成螺纹，外套一螺套，可控制弹簧伸缩长度，以控制压紧力F。一般状况下，可控制在 F=式中：Rm平均摩擦半径，R（R1+R2）/2=1.1；摩擦系数，取=0.15锥角，取=30所以 F= 1.39N(4) 摩擦面比压p p=式中：b圆锥母线宽度，取b=0.25Rm=2.8；p许用比压，查表24kgf/cm所以 P= = 1.94（N/cm）49N，外形尺寸总长60，外径55，轴径6。此外，由于步进电机的转角与脉冲频率数成正比，步进电动机的转速 ，步进电动机每转所需的脉冲数，即步进电动机的分辨率=240，as=1.5为运行时单位脉冲的步距角，所以 =550r/min。此装置结构装配图见图3-8所示图3-8 步进电机的结构装置第4章 电气控制系统设计在机电一体化系统中电气系统起着极其重要的作用，机电有机结合、信息的获取与处理、机器的智能化都离不开控制系统，控制技术已经成为现代机械工业必不可分的重要组成部分13。4.1 硬件部分设计此硬件系统采用MCS-51系列单片机作为主控制器，因为该系列品是集中CPU、I/O端口及部分RAM等为一体的功能性很强的控制，具有较强的集成度，只需增加少量外围设备就可以构成一个完整的微机控制系统，且开发手段齐全，指令系统功能强，编程灵活方便，硬件资料也很丰富14。单片机的结构和指令功能是按照工业控制要求设计的，是构成工业控制器、测控系统的基础。4.1.1 8031单片机MCS-51系列单片机包括8051、8751、8031三种产品，其硬件设计简单灵活。8051片内有4KB的ROM。用户将已开发好的程序交给芯片制造厂商，在制造芯片时用淹膜工序将用户程序写入ROM。用户是无法将自己的程序写入8051芯片的。程序一经写入片内ROM，用户也无法改变程序。所以8051用在批量较大（1000片以上）时，经济上才合算。8751片内有4KB的EPROM。用户可以用高压脉冲将用户程序写入片内EPROM。所以当用户的程序不长时使用这种芯片可简化电路，也可以作为开发系统片内8051ROM单片机的代用芯片。由于EPROM可通过照射紫外线抹去原有程序进行改写，所以这类芯片也可用于程序的开发工作。8031片内无ROM或EPROM，使用时必须配置外部的程序存储器EPROM。8031单片机以其构成系统的成本低及不需要特殊的开发手段等优点，在机电一体化体统中得到广泛的应用。根据整个系统的需要，设计了如图4-0所示的控制系统。图4-0 控制系统CPU采用单片机8031，控制各部分的协调工作。8031单片机基本特性：1 具有8位中央处理单元（CPU）。2 片内有时钟发生电路，每执行一条指令时间为或。3 具有128字节RAM。4 具有21个特殊功能寄存器。5 可寻址64K字节的外部数据存储器和64K字节的外部程序存储器。6 具有4个I/O端口，32根I/O线。7 具有5个中断源，配备两个优先级。8 具有一个全双功串行接口。9 具有寻址能力，适宜逻辑运算15-18。单片机8031具有40根引脚的双列直插式器件，功能如下：编程和正常操作时的电源电压为+5V：地电平口：一个8位开漏双向I/O口，它访问外部存储器的低8位地址和数据总线，在程序检验时它也输出指令字节，P口能吸入8个LSTTL输入口：具有提升电阻的8位双向I/O口，专供用户使用在程序检查时它也接受低位地址字节，能吸入/放出3个LSTTL输入口：具有提升电阻的8位双向I/O口，供系统扩展时做高8位地址用。在没有外部存储器扩展时，它也可以为用户I/O口线使用。在程序检验时它也接受高8位地址字节和控制信号，能吸入/放出3个LSTTL输入口：具有提升电阻的8的双向I/O口，该口的每一位都可独立地定义为第一I/O口功能或第二 I/O口功能，作为第一功能使用时，口的结构与操作与口完全相同。第二功能如下所示： 口引脚 第二功能 （串行输入口） （串行输出口） （外部中断） （内部中断） （定时器0外部输入） （定时器1外部输入） （外部数据存储器写选通） （外部数据存储器读选通）ALE/ ：访问外部存储器时，用于锁存地址低位字节的地址锁存允许输出。即使不访问外部存储器，ALE也以震荡频率的1/6的固定速率输出，因而它能用做外部时钟或作定时用。ALE主要是提供一个定时信号，在从外部程序存储器取址时把P口的低位地址字节锁存到外接的锁存器中，每一个机器周期ALE二次有效。这个引脚也是EPROM编程时变成脉冲输入。PSEN：程序存储器允许输出，是外部程序存储器的读选信号。在从外部程序存储器取指时，每个周期有效二次，在从内部程序存储器取指时，无PSEN脉冲。：EA为高电平时，CPU执行内部程序存储器的指令。 为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器的指令。使用8031时，必须接地。XTAL：振荡器的反相放大器输入，使用外部振荡器时必须接地。XTAL：振荡器的反相放大器输入和内部时钟发生器的输入，使用外部振荡器时用于外部振荡信号。RST/VPD：复位控制，在振荡器运行时，使RST脚至少保持两个机器周期为高电平，可实现复位操作。CPU通过执行内部复位来响应，在RST为高的第二周期时执行内部复位。在关断前加上掉电保护，RAM的内容将不变。4.1.2 存储器本系统控制不是很复杂，也不需要进行大量复杂的计算。根据需要，扩展了4K EPROM（一片2732）和2K RAM（一片6116）19。分别用作监控程序和各类缓冲。存储器的译码采用译码器译码法，译码器为74LS138，EPROM和RAM的地址如下（I/O接口8155地址也列于其中）：芯片 地址范围2732 00000FFF6116 100017FF8155 300030056116是2K8位静态随机存储器芯片，采用CMOS工艺制造，单一+5V供电，额定功耗160mW，典型存取时间200ns，为24线双列直插式封装。74LS138是一种38译码器,有3个数据输入端，经译码器产生8种状态，译码器功能如表所示。当译码器的输入为某一个编码时其输出就有一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。74LS138译码器功能表 输入输出G1G2A G2BC B AY7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y01 0 00 0 01 1 1 1 1 1 1 01 0 00 0 11 1 1 1 1 1 0 11 0 00 1 01 1 1 1 1 0 1 11 0 00 1 11 1 1 1 0 1 1 11 0 01 0 01 1 1 0 1 1 1 11 0 01 0 11 1 0 1 1 1 1 11 0 01 1 01 0 1 1 1 1 1 11 0 01 1 10 1 1 1 1 1 1 1其它状态 1 1 1 1 1 1 1 1注：1表示高电平，0表示低电平，表示任意4.1.3 I/O接口I/O接口用以管理键盘和显示器。步进电机的控制直接由8031的P1口控制。根据系统需要，设置了键盘及显示设备。本系统选用可编程接口芯片8155进行接口扩展（8155的地址见上），8155芯片内具有256个字节的RAM，两个8位、一个6位的可编程I/O口和一个14位计数器，与MCS-51单片机接口简单，是单片机应用系统中广泛使用的芯片20。1. I/O接口的功能MCS-51片内的I/O口的功能有限，有时难以满足复杂的I/O操作要求。MCS-51扩展的I/O接口电路主要应满足以下几项功能要求：A. 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，但大多数的外设的速度很慢，无法和微秒量级的单片机速度相比。单片机只能在确认外部设备已为数据传送做好准备的前提下才能进行I/O操作。而要知道设备是否准备好，就需要所设计的接口电路与外部设备之间传送状态信息，以实现单片机与外部设备之间的速度匹配。通常，I/O接口采用中断方式传送数据，以提高单片机的工作效率。B. 输出数据锁存在单片机应用系统中，数据输出都是通过系统的数据总线来进行，但是由于单片机的工作速度快，数据在数据总线上保留的时间十分短暂，无法满足慢速输出设备的接收。所以，在扩展的I/O接口电路中应具有数据锁存器，以保存输出数据直至能为接收设备所接收。可见数据输出锁存应成为扩展I/O接口电路的一项重要功能。C. 输入数据三态缓冲数据输入时，输入后向单片机传送的数据也要经过数据总线，但数据总线上面可能“挂有多个数据源，为了传送数据时，不发生冲突，只允许当前时刻正在进行数据传送的数据源使用数据总线，其余的数据源应处于隔离状态，为此要求接口电路能为数据输入提供三态缓冲功能。I/O端口的编址在介绍I/O端口编址之前，首先要弄清I/O接口和I/O端口的概念。I/O接口和I/O端口是有区别的，不能混为一谈。I/O端口简称I/O口，常指I/O接口电路中带有端口地址的寄存器或缓冲器，单片机通过端口地址就可以对端口中信息进行读写。I/O接口是指单片机与外设间的I/O接口芯片。一个外设通常需要一个I/O接口，但一个I/O接口可以有多个I/O端口，传送命令的称为命令口，传送状态的端口称为状态口。当然，并不是所有的外设都需要三种端口齐全的I/O接口。因此，I/O端口的编址实际上是给所有I/O接口中的端口编址，以便CPU通过端口地址和外设交换信息。常用的I/O端口编址有两种方式，一种是独立编址方式，另一种是统一编址方式。2. 8155芯片介绍A. Intel8155芯片内包含有256个字节RAM、2个8位一个6位的可编程并行I/O和一个14位的定时器/计数器。由于8155既有RAM又有I/O口，因而是MCS-51单片机系统中最常用的外围接口芯片之一。各个部件和存储器地址的选择由I/O/M信号决定。B. 工作方式在8155的控制逻辑中，有一个控制命令寄存器和一个状态标志寄存器。8155的工作方式由CPU写入控制命令寄存器中的控制字来确定。控制命令寄存器只能写入不能读出，8位控制命令寄存器的低4位用来设置A口、B口和C. 口的工作方式。当C口用做控制口时，控制字的第4、5位用来确定定时器/计数器的操作。8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或选通方式，C口可作为输入输出口线。或者当A口、B口在选通方式工作时，充当状态控制信号线。8155的工作情况与8255方式0、方式1大致相同，控制信号的含义也基本一样。8155中另设置了一个存放A口和B口状态标志的状态标志寄存器，它只能读，不能写。4.1.4 其它根据系统需要，采用8031的P3.5用于对来自光码盘的脉冲进