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机械毕业设计全套

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JD01-074@母线槽贴标机运动控制系统设计,机械毕业设计全套

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南京工程学院 毕业设计任务书 自动化 系 自动化（数控技术应用） 专业 设 计 题 目 母线槽贴标机运动控制系统设计 学 生 姓 名 钱巧栋 班 级 032022 起 止 日 期 2006.2.20 至 2006.6.16 指 导 教 师 华茂发 教研室主任 葛红宇 发任务书日期 2006 年 02 月 20 日 nts1.毕业设计的原始数据： 控制对象：母线槽贴标机运动结构 控制轴： X 轴（横向运动）， Y 轴（垂直运动）， Z 轴（纵向运动） 显示：单排 LED 2.毕业设计 (论文 )的内容和要求 (包括技术要求、图表要求以及工作要求等 )： 采用 8031 作为 CPU，外扩 8K 程序存储器， 8K 数据存储器；键盘用 8255 扩展，行线用 PC 口 高 4 位，列线用 PC 口低 4 位， I/O 口用 8255 的 PB 和 PA 口扩展，手动键盘接 8031 的 P1 口，步进电机脉冲信号经所存器输出。 4 位 LED 显示，一位显示字母，其它三位显示数据。 LED 段选信号经所存 器输出，位选信号用 8031 的 P2 口高地址译码输出。步进电机脉冲信号经 相序分配和驱动，控制贴标机械手三轴步进电机。编写主要程序流程图和 程序。 3.毕业设计应完成的技术文件： （ 1） 毕业设计说明书（论文） （ 2） 控制系统原理图 （ 3） 印制电路板图 （ 4） 主要程序流程图和程序 4.主要参考文献： 1. 何立民 . MCS-51 单片机应用系统设计 . 北京：北京航空航天大学出版社， 1990 年 2. 李朝青 . 单片机原理及接口技术 .北京：北京航空航天大学出版社， 1999 3. 赵德安等 . 单片机原理与应用 . 北京：机械工业出版社， 2004 nts5.毕业设计 (论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第一周 第二周 第三周 第四周 第五周 第六周 第七周 第八周 第十周 第十一周 第十二周 第十三周 第十四周 第 十五周 第十六周 第十七周 熟悉课题 收集资料 拟定方案 修改方案 CPU 扩展电路 显示电路 手动键盘和编辑键盘电路 I/O 扩展电路 印制电路板图 五一放假 步进驱动电路 设计主要程序流程图 编写相序分配程序 写论文 修改论文 答辩 教研室审查意见： 室主任 年 月 日 系部审查意见： 系主任 年 月 日 nts 南 京 工 程 学 院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者： 钱巧栋 学 号： 003202225 系 部： 自动化系 专 业： 自动化（数控技术应用） 题 目： 母线槽贴标机控制系统设计 指导者： 华茂发 副教授 (姓 名 ) (专业技术职务 ) 评阅者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 2006 年 06 月 南 京 nts毕业设计说明书（论文）中文摘要 本文概述了母线槽及其自动检测系统的组成和控制流程，主要介绍贴标机运动控制系统的设计和功能实现。贴标机运动控制系统选用 8031 单片机作为 CPU，外部扩展程序存储器和数据存储器，选用 LED 设计显示电路，键盘有手动键盘和编辑键盘两种形式。 8031 单片机系统通过外部扩展的输入输出接口，输出控制步进电机转动的脉冲信号， 8031 输出的脉冲信号通过光电耦合器，由 89C2051 单片机构成的步进电机环形分配器进行相序分配，经恒流斩波电路进行功率放大，驱动步进电机转动，控制贴标机械手的移动，实现贴标机的运动控制。 关键词 母线槽贴标机 单片机控制 步进驱动电路 nts毕业设计说明书（论文）外文摘要 Title The Design Of The Bus Way s Automatic Signing Machining Control System Abstract This paper has outlined the bus way and its automatic detection system composition and the control flow, the main introduction pastes the sign machine movement control is the system series design and the function realization. Pastes the sign machine movement control system to select 8031 as CPU, exterior expansion ROM and RAM, select the LED to design the display circuit, the keyboard has the manual keyboard and the editor keyboard two kinds of forms. 8031 systems through exterior expansion input output connection, the output control stepping motor the pulse signal which the electrical machinery rotates, 8031 outputs pulse signals through the electricity coupler, constitute by the 89C2051 stepping motor the electrical machinery ring-like divider to carry on the foreword assignment, and carries on the constant flow to cut wave processing, actuates to stepping motor the electrical machinery rotation, the control pastes the sign manipulators migration, the realization pastes the sign machine movement control. Keywords the bus way s signing machine, microcontroller control, stepping motor driving circuit nts 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:Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77C3B2A1G2A4G2B5G1674LS138A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CS 120CS 226WE27RD22D011D112D213D315D416D517D618D719Vcc28GND146264GND+5GNDGNDRES2PortPortA010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CE20OE22V P P1D011D112D213D315D416D517D618D719GND14Vcc28U?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 40Vss 20X T A L 119X T A L 218U18031D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CL 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 40Vss 20X T A L 119X T A L 218U18031C7CAPC6CAPC12C13GNDGND+ 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