母导线参数检测机控制系统设计(下位机).doc

海量机械毕业设计，请联系Q99872184 本科毕业设计（论文）题目： 母导线参数检测机控制系统设计（下位机）专 业： 自动化（数控技术应用） 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： _Graduation Design (Thesis)Design of Control System for Bus Bar Parameter Tester (Slave Computer)ByYANG HuayongSupervised byAssociate Prof. HUA MaofaDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyJune, 2007南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）摘 要本文根据自动检测母导线导电片电阻和导电片之间绝缘强度的要求，提出了母导线参数检测机（下位机）控制系统的设计方案，并详细介绍了控制系统硬件电路的设计过程。该硬件电路选择MCS-51系列的单片机8031作为CPU。扩展了32K的程序存储器和4K的数据存储器，用于存放系统的监控程序和相关数据；设计了6位LED静态显示电路；选择8255芯片扩展了若干个 I/O口，用来控制位置检测、压力继电器等信号的输入和异步电机起停、测量头切换等信号的输出；同时，还选择接口芯片8155扩展了编辑键盘和母导线种类选择开关；另外，还选择了锁存器74LS273，用来锁存输出控制四个步进电机的正反转脉冲信号。该控制系统硬件电路经进一步完善，结合控制软件，能够自动控制检测头的移动及检测，而整个控制系统还能自动控制母导线的传送、定位、贴标、升降以及包装。整个控制系统的自动化程度高，避免了手动检测效率低、安全性差等缺点，在母导线技术参数自动检测方面有一定的参考应用价值。关键词：母导线；参数检测机；控制系统；硬件电路II南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）ABSTRACTAccording to the requirements of resistance and insulation strength between conducting plates, this paper advances a design scheme for the control system of bus bar parameter tester (slave computer), and introduces the design process for the hardware circuit of control system in detail. This hardware circuit selects an 8031, MCS-51 series micro controller, as the CPU. a 32K program memory and a 4K data memory were used to storage the monitor program and relative data, and a 6 bit LED static display circuit is also designed. I/O ports are realized with 8255 to input or output position detection signal, pressure relay signal, start-up/stop signal for the asynchronous motor, switch signal for the detector, etc. At the same time, the parallel interface, 8155, is used to achieve the edit keyboard function and the type selection of bus bar. Further more, the D latch, 74LS273, is used to lock the pulse signal of the movement of the 4 step motors. Hardware improved, combined with adequate software, the movement and detection of detector can be operated automatically under the control of the system developed. Moreover, the whole control system can automatically control the transmission, orientation, pasting mark, and package of the bus bar. Thus, the automation degree of the whole control system is high, and the disadvantages of low efficiency and low security are avoided. There is some application value in automatically detecting the bus duct parameter.Key words：Bus bar; parameter tester; control system; hardware 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 母导线简介11.3 选题背景与意义2 1.4 本文的结构2第二章 母导线参数检测机简介3 2.1 母导线参数检测机的检测内容3 2.2 母导线参数检测机控制系统的组成及工作流程4 2.2.1 母导线参数检测系统的组成42.2.2 母导线参数检测系统的工作流程4第三章 母导线参数检测机（下位机）硬件电路设计8 3.1 母导线参数检测机（下位机）硬件系统组成方案的拟定8 3.2 CPU存储器扩展电路的设计93.2.1 CPU 的选择93.2.2 ROM 的选择103.2.3 RAM 的选择113.2.4 锁存器的选择123.2.5 CPU存储器扩展电路133.3 显示电路的设计153.3.1 锁存器的选择153.3.2 十六段“米”字形LED153.3.3 七段LED163.3.4 显示电路173.4 I/O接口电路的设计193.4.1 I/O接口芯片的选择193.4.2 I/O接口电路203.5 键盘及选择开关电路的设计223.5.1 键盘及选择开关接口芯片的选择223.5.2 键盘及选择开关电路243.6 步进电机控制信号输出电路的设计253.7 译码电路的设计263.7.1 译码器的选择263.7.2 译码电路的组成273.7.3 地址分配283.8 母导线参数检测机（下位机）硬件电路30第四章 母导线参数检测机（下位机）控制程序流程图设计314.1 主程序流程图的设计314.2 键盘扫描程序流程图的设计324.2.1 手动键盘扫描程序流程图的设计324.2.2 编辑键盘扫描程序流程图的设计36第五章 硬件电路原理图及PCB图的绘制415.1 Protel 99SE的基础知识415.1.1 Protel 99SE的基本操作415.1.2 电路原理图的设计步骤415.1.3 PCB图的设计步骤425.2 电路原理图的绘制435.2.1 绘制过程中的问题与解决435.2.2 元器件的封装445.3 PCB图的绘制45第六章 结论47致谢49参考文献50附录A：英文资料51附录B：英文资料翻译58附录C：硬件设计原理图与PCB图63附件： 毕业论文光盘资料42第一章 绪 论1.1 引言随着中国科技的不断发展，各行各业对电力资源的要求越来越高，而这无疑对电力传输提出了更高的要求。目前，在远距离电力传输方面，电缆的生产和应用已相当成熟，完全满足传输需求；而在近距离传输方面，电缆无法达到理想的传输效果，母导线的出现恰巧能弥补这一漏洞。有关资料显示，2005年中国市场的母导线产品总需求量已近100亿元，从20002005年，每年的市场增长率约为20%。据专家预测：随着中国经济的可持续蓬勃发展，国内母导线市场预计在今后数年内将保持20%的持续增长。如此数量的市场需求，使母导线产品得以迅速发展并在电力系统中广泛应用。随着母导线产品的广泛应用，母导线技术参数的检测问题也就随之产生。母导线的主要技术参数是导线电阻和绝缘强度，对这两个参数的检测在国内还是由人工完成的，其自动检测技术在国内还是个空白。检测人员手动控制检测头去检测母导线的导线电阻和绝缘强度，手动定位很容易带来由于定位不准而产生的操作误差，这与我们对母导线技术参数准确性的要求是相冲突的。另外，在检测母导线的绝缘强度时，需要对母导线通以高压，这无疑会威胁到检测人员的人身安全。随着社会的不断发展，人工检测技术远远不能满足社会对生产率的要求，开发母导线参数检测机，可以完成对母导线主要技术参数的自动检测，这可以有效地提高检测的自动化程度，提高检测精度，保证检测人员的安全。1.2 母导线简介1. 母导线的基本结构及特点母导线是低压供电系统中负责传输及分配电能的设备，是替代传统电缆和电缆桥架输配电系统的新型产品，而在大电流输送方面更是处于主导地位。它具有载流能力强、防护等级高、分配电能方便、传输安全可靠等优点。 图1.1母导线母导线的结构如图1.1所示，在母导线系统中一般由以下几个单元组成：馈电式母线（不带插口）或插接式母线（带插口）直线段单元；与变压器，配电柜等设备接口的进（出）线单元；换向单元有L形单元，T型单元，Z型单元；膨胀单元有膨胀节母线单元；插接单元有插接箱单元。所有单元通常均由母导线制造商进行标准设计，也可以根据工程需要进行现场测量后采取非标设计，以满足用户及安装需要。2. 母导线的种类按其结构及用途分为密集绝缘、空气绝缘、空气附加绝缘、耐火、树脂绝缘和滑触式母导线；按其外壳材料分为钢外壳、铝合金外壳和钢铝混合外壳母导线；按其导体材料分有铜导体和铝导体母导线。1.3 选题背景与意义由于母导线导电片的横截面积大、电阻小，再加上检测技术的落后。目前国内的母导线生产厂家基本都不对导电片的电阻进行检测，而只是人工检测导电片之间的绝缘强度。在检测时，检测人员手持绝缘检测头对母导线进行检测，若母导线绝缘强度不够，绝缘强度检测仪就会报警，而且，检测过程中，检测头是通以高压的，对操作人员的人身安全也是个威胁。在国外，不仅能检测导线电阻，而且检测的自动化程度相当高，国内与之存在的差距十分巨大。事实上，导电片电阻作为母导线的主要技术参数，是有必要检测出来的。镇江地区的一些母导线生产企业也看到了这一点。另外，国内的检测水平也确实比较落后。因此，迫切希望设计一个控制系统对母导线技术参数进行自动检测，这样就可以提高企业的生产效率，减少人员的投入，给企业带来广阔的市场前景和显著的社会效益。1.4 本文的结构本文以母导线为应用背景，对母导线参数检测机（下位机）控制系统的硬件电路进行了设计。全文共分为六章，各章的主要内容如下：第一章扼要地介绍了母导线的特点、种类和应用，母导线参数检测机控制系统的研究背景与意义；第二章介绍了母导线参数检测机的检测内容、组成以及工作流程；第三章对母导线参数检测机（下位机）控制系统硬件电路的组成进行了研究，给出了硬件电路的组成框图，并详细介绍了硬件电路的设计过程；第四章介绍了母导线参数检测机（下位机）主程序流程图和键盘扫描程序流程图的设计；第五章介绍了Protel 99SE的基本知识，以及绘制硬件电路原理图和PCB图时遇到的困难和解决方法；第六章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。第二章 母导线参数检测机简介2.1 母导线参数检测机的检测内容母导线参数检测机的主要检测内容为：母导线内各个导电片的电阻；母导线内导电片之间的绝缘强度。导电片电阻和导电片之间的绝缘强度是母导线的主要技术参数。导电片电阻是影响母导线导电能力的主要因素。我们都知道，导线电阻的增大，会增加电能在传输过程中的电损耗，而母导线也是如此。另外，导电片之间的绝缘强度则是影响母导线安全性能的主要因素。因此，检测母导线这两个技术参数是十分重要的，这可以帮助我们更加准确有效地把不同种类及型号的母导线应用到最适合它们的场合。导电片电阻和绝缘强度两个参数的检测如图2.1所示，其中图(a)检测的是导电片电阻，图(b)检测的是导电片之间的绝缘强度。微欧计绝缘强度检测仪(a) (b) 1231、检测头 2、气缸 3、母导线(a) 检测导线电阻 (b) 检测绝缘强度图2.1 母导线参数检测示意图2.2 母导线参数检测机控制系统的组成及工作流程2.2.1 母导线参数检测系统的组成母导线参数检测系统主要由上位机、运动机构控制系统（下位机）、贴标机、打印机、包装机构、检测机构、气压传动机构等部分组成，其中母导线参数检测机的控制系统主要由控制电路和气压传动两部分组成。图2.2为母导线参数检测系统的组成简图。上位机贴标机打印机测试系统功率放大系统辅助动作控制电路运动驱动机构辅助动作执行机构（气压传动）包装机构母导线定位机构运动机构控制系统（下位机）检测台母导线图2.2 母导线参数检测系统的组成2.2.2 母导线参数检测系统的工作流程母导线参数检测机控制系统的下位机部分控制的信号有：检测台上的传送电机，一个纵向定位气缸，两个横向气缸和这两个气缸上的压力继电器；包装台上的传送电机，一个定位气缸，两个上升气缸；两个检测头的气缸；X、Y、U、V四轴的正反转； X、Y、U、V四个坐标方向的进给，X、Y、U、V的超程。检测台和包装台的传动机构如图2.3所示。1.检测平台 2.母导线 3.检测纵向定位气缸4.检测平台移送电机 5.包装平台 6.包装台纵向定位气缸7、9.母导线包装台升降气缸 8.包装台移送电机10、27.纵向到位检测传感器 11、26.左右端横向定位滑台12、25.右端测量头驱动气缸 13、24.X轴及U轴滑台14、23.X轴及U轴步进电机 15、22.左右端横向定位气缸16、21.左右端垂直升降台 17、19.Y轴及V轴步进电机18、20.左右端移动立柱图2.3 检测台和包装台的传动机构示意图母导线参数检测系统工作过程如下：上位机（PC机）发送启动信号给下位机，然后，下位机开始工作。下位机控制检测台传送装置和气压传动定位机构传送及定位母导线。之后，下位机通过运动机构控制检测系统检测导电片的电阻以及导电片之间的绝缘强度，并把结果传送给上位机。上位机接受到检测完毕的信号后，根据检测结果判断母导线是否合格，若合格，则发送信号给打印机，打印机打印出所测母导线的条码。然后，上位机发送信号给贴标机，并控制贴标机把条码贴到母导线上。贴标机贴标完毕后发送信号给上位机，上位机接着发送信号给下位机，由下位机控制完成对母导线的包装。下面将按照前文叙述的工作过程给出母导线参数检测机（下位机）控制系统的工作流程图（图2.4）。检测台母导线传送电机启动检测台纵向定位缸升起检测台母导线传送电机停止检测台左端侧向定位缸启动检测台右端侧向定位缸启动连接绝缘强度检测仪两检测头移动、定位、检测并将检测结果发送给上位机检测头检测完后回检测起点连接检测电阻的微欧计两检测头移动、定位、检测并将检测结果发送给上位机开始YNYN母导线纵向到位？左、右端侧向定位缸到位？检测头检测完后回检测原点检测台左、右端侧向定位缸退回检测台纵向定位缸退回检测台母导线传送电机启动包装台母导线传送电机启动包装台纵向定位缸升起母导线离开检测台后检测台电机停转母导线到达包装台后包装台电机停转发送信号给上位机，启动贴标机贴标贴标结束后，包装气缸升起延时，包装定位气缸退回包装气缸退回结 束图2.4 母导线参数检测机控制系统（下位机）的工作流程第三章 母导线参数检测机（下位机）硬件电路设计3.1 母导线参数检测机（下位机）硬件系统组成方案的拟定母导线参数检测机的控制电路主要有以下四部分组成：CPU存储器扩展电路、显示电路、信号输入/输出电路、键盘扩展电路。控制电路的大致设计思路如下：CPU采用8031、外扩ROM采用27256（32k8）、外扩RAM采用6264（8k8）、I/O口用8255扩展、步进电机控制信号用74LS273锁存器扩展、键盘和选择开关用8155扩展、显示电路用6位LED静态显示。具体的电路设计在下面章节会详细介绍。母导线参数检测机（下位机）硬件系统组成方案如图3.1所示。8031CPU外扩ROM（27256）外扩RAM （6264）6位LED显示电路8155手动控制电路键 盘母导线的种类选择开关输出信号光电耦合电路 8255输入信号光电耦合电路控制X、Y、U、V轴电机正反转的光电耦合电路图3.1硬件系统组成框图3.2 CPU存储器扩展电路的设计控制系统硬件电路的CPU存储器扩展电路部分：CPU采用8031、外扩程序存储器（ROM）采用27256（32k8）、外扩数据存储器（RAM）采用6264（8k8）、锁存器采用74LS373。本节主要对它们的引脚图、引脚功能及相关知识做了介绍。同时，给出了CPU存储器扩展电路。3.2.1 CPU 的选择单片机的种类繁多，常见的MCS-51系列单片机有8031和8051。虽然8051有内部ROM，但存储空间较小，满足不了本次毕业设计的要求，另外， 8051与8031相比价格偏高，且8031目前使用较广泛，故控制系统硬件电路的CPU选用8031。8031是MCS-51系列单片机的典型产品，采用40引脚的双列直插封装（DIP方式），其引脚图如图3.2所示。按其引脚功能，这些引脚可分为四类：（1）电源引脚VCC和GND（共2根） 1）VCC（40脚）：接+5V电压。2）GND（20脚）：接地。（2）外接晶振引脚X1和X2（共2根） 图3.2 8031引脚图X1（19脚）和X2（18脚）引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接连接到内部时钟发生器的输入端。（3）控制和复位引脚ALE、和RST（共4根） 1）ALE（30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的地位字节。 2）（29脚）：输出外部程序存储器（ROM）的读选通信号。3）（31脚）：当端保持高电平时，访问内部ROM，但在PC（程序计数器）值超过片内ROM的容量时，将自动转向执行外部ROM。当保持低电平时，则访问外部ROM，不管是否有内部ROM。对于本次毕业设计，采用CPU是8031，其内部无ROM，所以脚必须常接地，这样才能选择外部ROM。单片机只在复位期间采样脚的电平，复位结束以后脚的电平对ROM的访问无影响。4）RESET（9脚）：复位引脚。当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机8031复位。（4）输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）1）P0口（32脚39脚）：是双向8位三态I/O口。在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用。2）P1口（1脚8脚）：是8位准双向I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，所以不是真正的双向I/O口。3）P2口（21脚28脚）：是8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，可作为高8位地址总线送出高8位地址。4）P3口（10脚17脚）：是8位准双向I/O口。它是一个复用双功能口，每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。P3口作为第一功能，即普通I/O口用时，功能和操作方法与P1口类似；P3口作为第二功能使用时，各引脚的定义见表3.1。表3.1 P3口第2功能表引脚第 2 功 能P3.0 RXD（串行口输入端）P3.1 TXD（串行口输出端）P3.2 （外部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3 （外部中断1请求输入端，低电平有效）P3.4 T0（定时器/计数器0计数脉冲输入端）P3.5 T1（定时器/计数器1计数脉冲输入端）P3.6（外部数据存储器写选通信号输入端，低电平有效）P3.7 （外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效）3.2.2 ROM 的选择CPU外扩ROM一般用EPROM，它是紫外线可擦除电可编程的只读存储器，芯片置于紫外线灯下照20min以后，内部内容变为全“1”，通过编程器将程序代码写入后信息不会丢失，可靠性很高。常用的EPROM电路有2732（4KB）、2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）、27512（64KB），由于它们价格相近，且大容量的EPROM读取速度快，故控制系统的硬件电路采用27256（32k8）作为外扩ROM。 图3.3 27256引脚图外扩ROM27256（32k8）采用28引脚双列直插封装（DIP方式），其引脚图如图3.3所示。 1. 27256的引脚功能27256各引脚的意义如下：1）A0A14：地址输入线。2）D0D7：三态数据总线，读或编程检验时为数据输出线，编程时为数据输入线。维持或编程禁止时，D0D7呈高阻抗。3）：片选信号输入线，低电平有效。4）：读选通信号输入线，低电平有效。5）Vpp：编程电源输入线，Vpp的值因芯片型号和制造厂商而异。6）Vcc：主电源输入线，Vcc一般为+5V。7）GND：线路接地。2. EPROM的操作方式对EPROM的主要操作方式有： 1）编程方式：把程序代码（机器指令、常数）固化到EPROM中。2）编程校验方式：读出EPROM中的内容，检验编程操作的正确性。3）读出方式：CPU从EPROM中读取指令或常数，是单片机应用系统中的工作方式。4）维持方式：不对EPROM操作，数据端呈高阻。5）编程禁止方式：适用于多片EPROM并行编程不同数据。表3.2给出了27256不同操作方式下控制引脚的电平。表3.2 27256不同操作方式下控制引脚的电平 引 脚方 式(20)(22)Vpp(1)Vcc(28)D0D7(1113)(1519)读VILVILVcc5V数据输出禁止输出VILVIHVcc5V高阻维持VIH任意Vcc5V高阻编程VILVIHVpp5V数据输入编程校验VIHVILVpp5V数据输出编程禁止VIHVIHVpp5V高阻3.2.3 RAM 的选择控制系统硬件电路中的RAM用于存放控制检测头运动位移量的检测程序。目前，单片机系统常用的RAM电路有6216（2KB）、6264（8KB）、62256（32KB）。考虑到控制系统存放的程序和数据不是很多，且市场上较容易买到8k的RAM，价格也便宜，再加上4k的RAM很难买到，因此，选择6264（8k8）作为外扩RAM。由于只用到4k的容量，故空掉了A12一根地址线。6264同样采用28引脚的双列直插封装（DIP方式），其引脚图如图3.4所示。此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套设计请联系q：99872184。4）：片选信号，低电平有效。5）、：读、写控制输入线，低电平有效。6）RESET：输入一个大于600ns正脉冲时，8155总清零，各I/O口定义为输入方式。7）PA0PA7：A口I/O数据传送。8）PB0PB7：B口I/O数据传送。9）PC0PC5：C口I/O数据传送或A、B口选通时传送命令/状态信息。10）TMRIN：14位计数器输入。11）TMROUT：14位计数器输出。12）VCC 和GND：+5V电源和接地。表3.7 8155端口地址分配A7A6A5A4A3A2A1A0所选端口01XXXXX000命令/状态寄存器01XXXXX001A口01XXXXX010B口01XXXXX011C口01XXXXX100计数器低8位01XXXXX101计数器高8位00XXXXXXXXRAM单元28031和8155的连接因8155的AD0AD7为三态双向的地址/数据总线口，内部有地址锁存器，故8155能直接和8031的P0口相连。图3.15是8155和8031的接口逻辑。P0口P2.0ALE(P3.6) (P3.7) 8031AD0AD7 PA PBALE PC VCC GNDRESET TI 8155 复 位电 路+5V接地74LS138的Y0图3.15 8031和8155的接口逻辑8031INT13.5.2 键盘及选择开关电路根据控制要求，用8155的PA0PA5和PC0PC5扩展一矩阵式键盘，扩展的按键主要有：09十个数字键，X、Y、U、V四个轴的选择按键，以及dp（小数点键）、Delete（删除键）、Space（空格键）、Enter（回车键）、M（准备功能键）、N（程序段号键）、F（进给功能键）共二十一个按键。母导线种类选择开关由PB0PB5扩展，共有一层三列、一层四列、一层五列、二层三列、二层四列、二层五列六种选择。详细的键盘及选择开关扩展电路如图3.16所示。图3.16 键盘及选择开关扩展电路这里对PB6、PB7的功能做如下说明：当开关拨至最左端，即PB6=0、PB7=1时，处于手动键盘状态（8031的P1口扩展）；当开关拨至中间，即PB6=1、PB7=0时，处于编辑键盘状态（8155扩展）；当开关拨至最右端，即PB6=1、PB7=1时，处于等待自动检测状态。3.6 步进电机控制信号输出电路的设计 控制系统的硬件电路中，控制X、Y、U、V四轴的四个步进电机的正反转脉冲信号输出接口电路由74LS273（U41）扩展，其CLK信号由8031（U11）的和74LS138（U15）的Y2相或后提供。需注意的是，光耦输出端的电源由外部电路提供。详细的四个步进电机正反转脉冲信号输出接口电路如图3.17所示。图3.17步进电机控制信号输出电路3.7 译码电路的设计本节主要介绍了这次控制电路设计中译码电路的译码方法，译码器的选择，以及27256、6264、8155、8255、74LS273（包括显示电路和步进电机控制信号输出电路两部分）的地址分配。3.7.1 译码器的选择控制系统硬件电路的CPU存储器扩展电路和显示电路中的译码器都选用74LS138。1. 74LS138的引脚描述 74LS138的引脚图如图3.18所示。74LS138引脚的描述如下：1）只有G1接高电平、低电平时，74LS138才处于工作状态（注：=+）。在主控 图3.18 74LS138引脚图电路和显示电路中，和都选择了接地，这样，它们相或之后的电平始终为低，因此，只需考虑G1的电平就可判断74LS138是否处于工作状态。如果一个设计电路中用到两个或两个以上的74LS138译码器时，必须要确保这多个译码器不会同时被选中而处于工作状态。本设计解决方案如下：将两个译码器的G1脚同接P2口中的引脚28（P2.7），其中显示电路中74LS138的G1端接一个非门，具体接法如图3.19所示。主控电路中的74LS138显示电路中的74LS1388031非门P2.7G1G1图3.19 两个74LS138的接法2）由CPU输出给译码器的A、B、C三个引脚的信号决定译码器究竟选择哪个端口上的芯片。A、B、C三个引脚可以接CPU的P2口上的任意三个引脚，本次设计中两个74LS138的A、B、C接的依次是25（P2.4）、26（P2.5）、27（P2.6）。3）Y0Y7是8个位选信号端。硬件电路中，主控电路中的译码器用到了Y0、Y1、Y2、Y3共4个位选信号端；显示电路中的译码器用到了Y0、Y1、Y2、Y4、Y5、Y6、Y7共7个位选信号端。2. 74LS138的功能表74LS138译码器的功能表见表3.8。表3.8 74LS138译码器的功能表输入输出选中的芯片号赋能选择Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7G C B A H H H H H H H H H无L H H H H H H H H无H LL L LL H H H H H H H0#H LL L HH L H H H H H H1#H LL H LH H L H H H H H2#H LL H HH H H L H H H H3#H LH L LH H H H L H H H4#H LH L HH H H H H L H H5#H LH H LH H H H H H L H6#H LH H HH H H H H H H L7#注：表格中=+。3.7.2 译码电路的组成1. 主控电路译码 主控电路部分译码电路组成如图3.20所示。74LS138A B C G1 G2A G2B6264的引脚8155的CE引脚8255的引脚步进电机控制信号处74LS273的CLK引脚Y0Y1Y2Y3P2.4P2.5P2.6P2.7接地图3.20 主控电路部分译码电路组成框图2. 显示电路译码这里同样以附录C的硬件设计原理图中的元件名来区分74LS273，显示电路部分译码电路组成如图3.21所示。U22U23U24U25U26U27U2816段LED7段LED7段LED7段LED7段LED7段LEDY0Y1Y2Y4Y5Y6Y774LS138A B C G1 G2A G2BP2.4P2.5P2.6P2.7接地非门图3.21 显示电路部分译码电路组成框图3.7.3 地址分配1. 存储器的地址分配（1）27256地址范围的确定 因为27256是32K的ROM，所以32KB=B=B，即27256需要接15根地址线。故8031的P0口的A0A7和P2口的A8A14依次接到27256的A0A14管脚上，因此，27256地址范围的确定见表3.9。表3.9程序存储器27256的地址范围A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0地址范围0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00000H0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10001H . 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 07FFEH0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 17FFFH由表可知，27256的寻址范围是0000H7FFFH。（2）6264地址范围的确定 由于在本次设计电路中只需要扩展4KB的片外数据存储器，所以在设计CPU存储器扩展电路时，我只选用了6264芯片的A0A11地址管脚。另外，由于6264芯片的片选端接在CPU存储器扩展电路中的74LS138的Y3端口上，因此对应Y3输出的译码信号A14、A13及A12为011。再有74LS138的G1端口接在8031的引脚28（A15）上，根据74LS138的工作特性可知只有当8031的引脚28（A15）送给G1端口信号固定为高电平“1”时，此译码器才可以被选中工作。由上可得6264的地址范围见表3.10。表3.10数据存储器6264的地址范围A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0地址范围1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0B000H1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1B001H . 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0BFFEH1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1BFFFH由表3.10可知，6264芯片可以提供的片外数据存储器寻址范围是B000HBFFFH。2. 8155的地址分配CPU存储器扩展电路中的74LS138工作，则A15（P2.7）=1；由图3.16可知，本次设计8155的片选端接CPU存储器扩展电路中的74LS138的Y0，所以74LS138的CBA=000；8155的接8031的P2.0（A8），而8155是作为I/O口用，所以8155的P2.0=1。根据表3.7知8155端口地址的分配方法可得出：8155的命令/状态口地址为8100H，A口地址为8101H，B口地址为8102H，C口地址为8103H。3. 8255的地址分配 CPU存储器扩展电路中的74LS138工作，则A15（P2.7）=1；由图3.13可知，本次设计8155的片选端接CPU存储器扩展电路中的74LS138的Y1，所以74LS138的CBA=001。根据段落3.4.1中介绍的8255端口地址的分配方法可得出：8255的控制口地址为9003H，A口地址为9000H，B口地址为9001H，C口地址为9002H。4. 74LS273的地址分配（1）步进电机控制信号输出电路部分 CPU存储器扩展电路中的74LS138工作，则A15（P2.7）=1；另外，这部分74LS273的CLK由CPU存储器扩展电路中的74LS138的Y2与8031的相或后提供，所以CBA=010。故此处74LS273的入口地址为A000H。（2）显示电路部分 如图3.21所示，由于显示译码电路中的74LS138的G1脚在接到8031的P2.7（A15）前加了一个非门，因此，这里的74LS138若处于工作状态，A15（P2.7）=0。电路中的74LS273的CLK由显示电路中的74LS138的Y0、Y1、Y2、Y4、Y5、Y6、Y7分别与8031的相或后提供，具体见图3.10。因此，我们可以确定显示电路中7片74LS273的片选信号，见表3.11（表中74LS273用图3.10里的元件号表示）。表3.11 74LS273的片选信号元件号片选端接的位选信号端CBA片选信号U22Y00000000HU23Y10011000HU24Y20102000HU25Y61106000HU26Y41004000HU27Y51015000HU28Y71117000H3.8 母导线参数检测机（下位机）硬件电路本次毕业设计的母导线参数检测机（下位机）硬件电路见附录C第四章 母导线参数检测机（下位机）控制程序流程图设计4.1 主程序流程图的设计母导线参数检测机（下位机）控制系统的程序应用汇编语言编写。主程序内容包括：首先是各芯片的初始化，如定义8155和8255的输入输出以及显示器清零等，然后接受上位机的启动指令，最后读母导线种类选择开关状态。主程序流程图如图4.1所示。开始初始化PB6=1且PB7=1？一层三列？Y执行检测程序一层四列？二层三列？执行检测程序执行检测程序YYNNNZ开始检测Y上位机发送启动指令？PB6=0且PB7=1？NY执行编辑键盘扫描程序N执行手动键盘扫描程序YN一层五列？二层四列？二层五列？执行检测程序执行检测程序执行检测程序结束YYYNNNZ图4.1 主程序流程图4.2 键盘扫描程序流程图的设计 键盘可分为独立联接式和行列（矩阵）式两类，每一类又可根据对按键的译码方法分为编码键盘和非编码键盘两种类型。 编码键盘主要通过硬件电路产生被按按键的键码和一个选通脉冲，选通脉冲常用CPU的中断请求信号，以便通知CPU以中断方式接收被按按键的键码。这种键盘使用方便，但硬件电路复杂，常不被微型计算机采用。在非编码键盘中，每个按键的作用只是使相应接点接通或断开，每个按键的键码并非由硬件电路产生，而是由相应扫描程序对它扫描形成的。因此，非编码键盘硬件电路极为简单，在微型计算机中得到了广泛的应用。本次毕业设计主要用到了独立式非编码键盘（手动键盘）和行列式