！！通用二维运动平台设计

课程设计说明书题 目 ： 通 用 二 维 运 动 平 台 设 计学 生 姓 名 ：学 院 ：班 级 ：指 导 教 师 ：2012 年 1 月 4 日学校代码： 学 号： 摘要X-Y 数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控机床的加工系统、纵横向进给、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管结构和功能各不相同,但基本原理相同。机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。本文通过对 X-Y 工作台即能沿着 X 向、Y 向移动的工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计对专业教学的意义及技术关键。本次大四的课程设计，主要设计和研究工作台及其电气原理图。确定工作台的传动系统，并且选择了螺旋传动，验算了螺旋传动的刚度、稳定性及寿命等参数；并设计了导轨，据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。控制系统包括了系统电源配置、CPU 电路、RAM、ROM 扩展，键盘与显示、I/O 通道接口、通信接口等。我们利用了 8031 主控器、6264 片外数据存储器、2764 片外程序存储器、74LS373 地址锁存器、74LS138 片选地址译码器及 8155、8255 可编程 I/O 扩展等 MCS-51 单片机设计其硬件电路图。关键词：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进电机；工作台；MCS51 单片机Abstract：X-Y NC worktable is the integration of mechanical and electrical equipment parts,such as CNC machining system, vertical feed,three-dimensional warehouse stacker plane moving system,graphic plotter plotting system, although the structure and function of each are not identical,but the basic principles are the same.Mechanical and electrical integration system is the mechanical systems and microelectronics systems combine to form an organic whole.This article through to the X-Y table along with X,Y to move to the workbench mechanical system,control system and the design of the interface circuit,elaborated the mechanical and electrical integration system design on specialized teaching significance and key technology.The big four of the curriculum design,the main design and research XY table and electrica schematic diagram . Determination of XY table drive system,and chose the screw drive,check of the spiral transmission rigidity,stability and lifetime parameters;and the design of the guide,according to its purpose and use requirements, select the linear rolling guideway, determine its types,torque,moment of inertia.The control system includes the system power allocation,CPU circuit,RAM,ROM, keyboard and display,I/O channel interface, communication interface etc.We use the 8031 main controller,6264 pieces of data memory,2764 pieces of external program memory,an address latch,74LS373 74LS138 chip select address decoder and a 8155,8255 programmable I/O extension MCS-51 microcontroller design the hardware circuit diagram.Keywords: ball screws; linear rolling guideway; stepping motor; table; MCS-51 single chip microcomputer目 录第一章 总体设计方案 .11.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择 .11.2机械传动方式 .11.3计算机系统选择 .11.4总体方案的确定 .2第二章 机床进给驱动系统机械部分设计计算 .32.1要求 .32.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 .32.2.1 X向进给丝杠 .32.2.2 Y向进给丝杠 .52.2.3滚珠丝杠副的几何参数 .102.3 滚动导轨的计算与选择 .102.3.1 滚动导轨副的额定寿命 .102.4 步进电机的计算与选择 .122.4.1 转动惯量的计算 .122.4.2 电机的力矩的计算. .132.4.3 初选步进电动机 .152.4.4 步进电机的性能校核 .162.5联轴器选择 .17第三章 微机数控系统硬件电路设计 .183.1 计算机系统 .183.2 单片微机数控系统硬件电路设计内容 .183.2.1 绘制电气控制系统框图 .183.2.2 选择 CPU的类型 .193.2.3 存储器扩展电路的设计 .193.2.4 I/O接口电路设计 .203.3 各类芯片简介 .203.3.1 8031芯片简介 .203.3.2 373芯片简介 .203.3.3 6264芯片简介 .213.3.4 2764芯片简介 .213.3.5 8155芯片简介 .213.3.6 8255芯片简介 .223.4 存储器扩展电路设计 .223.4.1 程序存储器 ROM的扩展 .223.4.2 数据存储器 RAM的扩展 .233.4.3 译码电路的设计 .233.5 I/O接口电路的设计 .233.5.1 8155通用可编程接口芯片 .243.5.2 8255可编程接口芯片 .243.5.3 键盘显示接口电路 .253.6 8031的时钟电路 .263.7 复位电路 .263.8 越界报警电路 .263.9 掉电保护电路 .263.10 控制系统的功能 .273.11 控制系统的工作原理 .27参考资料 .281第一章 总体设计方案1.1 系统运动方式的确定与驱动系统的选择运动方式可分为点位控制系统、点位/点线系统和连续控制系统。为满足二维运动平台实现 X-Y 两坐标联动,运动定位,暂停,急停等功能,故选择连续控制系统。驱动系统有开环、闭环和半闭环。考虑到工作台实际位移的检测，补偿系统的误差，故采用半闭环控制系统，利用步进电机进行驱动。1.2 机械传动方式为了实现设计要求的分辨率，采用步进电机转动丝杠。为了保证一定的传动精度和传动平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。1.3 计算机系统选择根据设计要求，采用 8 位微机。由于 MCS51 系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS51 系列的 8031、80C31、8155、8255 等 I/O 扩展，基于 DSP 的运动控制芯片及微处理器技术。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O 接口及光电隔离电路。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。21.4 总体方案的确定微机驱动器驱动器步进电机步进电机工作平台中拖板图 11 XY 数控工作台总体方案设计3第二章 机床进给驱动系统机械部分设计计算2.1要求 （包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 技术参数1、运动平台面尺寸： 600500； 2、平台移动行程：XY500400； 3、夹具和工件总重： 1200N； 4、最高运行速度：步进电机运行方式： 空载：1m/min; 切削：0.6m/min；交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min；5、系统分辨率：开环模式 0.01mm/step；半闭环模式 0.005mm/step；6、系统定位精度：开环模式0.10mm；半闭环模式 0.01mm；7、切削负载：X 向 800N；Y 向 1000N；Z 向 1200N2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型2.2.1 X 向进给丝杠（1） 、计算进给牵引力作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力在导轨上的摩擦力。因而其数值的大小与导轨的型式有关，由于在设计中采用的是加有导轨块的滚动导轨，所以选择的计算公式为选矩形导轨的计算公式。计算公式为：式中 、 、 、-切削分力（N） ；800N,1000N,1200N.XFyZ-移动部件上的重量（N） ；G=1200NG-导轨上的摩擦因数，随导轨型式而不同； =0.15 -考虑颠覆力矩影响系数；K=1.1K)(GFKZyxm()1.80.5(120)510839mxyZFF N4（2） 、计算最大动载荷 QF选用滚珠丝杠副的直径 时，必须保证在一定轴向载荷作用下，丝杠在回转0d100 万转（10 6转）后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 ，用下式计算选择：Q3/10LfFHwm60Tn01Lvs式中 -寿命，以 10 转为一单位0L6-硬度系数，取 =1Hf Hf-为运转系数；有一般运转时 =1.2-1.5 取 1.3w wf-丝杠转速， ，用下式计算nmin/r-为最大切削力条件下的进给速度 ，sv min/-丝杠导程， ；hP-为使用寿命， ，对于数控机床取 ；ThhT150初选导程 =4 ，由任务书可知最大切削力下的速度 ，则h .6/minv,代入公式可计算得0.6/minsv= =150hsPv100.65min/r0661135nTL=1116.8 1.4 1 =9269.78N3/0fFHwmQ5（ 3） 、滚珠丝杠螺母副的选型应使其额定动载荷 aQCF表 2-1 GD 系列滚珠丝杠副尺寸参数规格代号公称直径导程滚珠直径丝杠底径丝杠外径循环列数安装尺寸螺母油杯额定载荷/N刚度0 2 1 GD 1 D 4 L B h 1 2M 0GD2505-4 255 3.17521.224.24*2 40 66 53 90 11 6 5.8 10M61192128759615（4） 、传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率 ：tg式中 -丝杠螺旋升角；-摩擦角，滚珠丝杠的滚动摩擦系数 ，其摩擦角约等 04.3.f于 。10将公称直径 =25 mm，导程为 =5 mm ，代入 ，得丝0dhP0/tandPrch杠螺旋升角 = 。将摩擦角 = ，代入 ，得传动效率 。3710tg8%2.2.2 Y 向进给丝杠（1） 、计算进给牵引计算公式为：式中 、 、 、-切削分力（N） ；XFyZ)(GFKZxym6-移动部件上的重量（N） ；G-导轨上的摩擦因数，随导轨型式而不同；-考虑颠覆力矩影响系数；K（2） 、计算最大动载荷 QF选用滚珠丝杠副的直径 时，必须保证在一定轴向载荷作用下，丝杠在回转0d100 万转（10 6转）后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 ，用下式计算选择：Q3/10LfFHwm60Tn01Lvs式中 -寿命，以 10 转为一单位0L6-硬度系数， =1HfHf-运转系数；有一般运转时 =1.2-1.5 取 1.4w wf-丝杠转速， ，用下式计算nmin/r-最大切削力条件下的进给速度 ，sv min/-丝杠导程， ；hP-使用寿命， ，对于数控机床取 ；ThhT150初选导程 =5 ，由任务书可知最大切削力下的速度 ，则hm.6/minv,代入公式可计算得0.6/insv= =120hsPv100.65min/r06612108nTL=1336 1.4 1 =9781.57N3/0fFHwmQ3（3） 、滚珠丝杠螺母副的选型()1.80.5(1280)1580mxyZGN7表 2-2 系列滚珠丝杠副尺寸参数规格代号公称直径导程滚珠直径丝杠底径丝杠外径循环列数安装尺寸螺母油杯额定载荷/N刚度0 2 1 GD 1 D 4 L B h 1 2M 0GD2505-4 255 3.17521.224.24*2 40 66 53 90 11 6 5.8 10M61192128759615（4） 、传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率 ：tg式中 -丝杠螺旋升角；-摩擦角，滚珠丝杠的滚动摩擦系数 ，其摩擦角约等于 04.3.f。10将公称直径 =20 mm，导程为 =5 mm ，代入 ，得丝0dhP0/tandPrch杠螺旋升角 = 。将摩擦角 = ，代入 ，得传动效率 。3710tg8%（5） 、刚度的验算先画出此进给滚珠丝杠支承方式草图,如图所示.最大牵引力为 1336N,由螺母装配总长度为 75mm,丝杠螺纹长度取 250mm,预计长度为 800mm,丝杠螺母及轴承均进行预紧,预紧力为最大轴向负载的 1/3.8GJ ML1J图 2-1 Y 向进给系统计算简图滚珠丝杠副的轴向变行会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑以下引起轴向变形的因素：1)、丝杠的拉伸或压缩变形量 1在总的变形量中占的比重较大,可以用计算方法或查图表的方法决定，在这里1我选用的是计算的方法，先用下式计算滚珠丝杠受工作负载 的作用引起的导程mF的变化量 再计算滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量 ，公式如下：hP)(mL 1mFaLES式中 -在工作负载 Fm 作用下引起每一导程的变化量， ;)(-工作负载，即进给牵引力， ;mF)(N-滚珠丝杠的导程， ;hP)(-材料弹性模数，对钢 E=21 ,( );E4102/m-滚珠丝杠截面积（按内径确定） .S )(“+”号用于拉伸， “-”号用于压缩。其中 =352.8 ， ， 为 X22/1./d2Ph51580mFN向和 Y 向两向中的最大值滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量 )(1mLPh1式中 -滚珠丝杠在支撑间的受力长度， .L )(根据设计行程、滚珠丝刚副的最大长度、防护罩的极限距离、及轴承一半的长度，以上几项之和确定滚珠丝杠在支撑间的受力最大长度 。Lm计算得 防护套选 30-600-50 型号其中9maxmin1260,50,3,56LLDm从以上计算选择：轴承 7004C 轴承座宽为 30 表 2-3 轴承选型d D B 2 2 a r r1 Cr Cor20 42 12 26.9 35.1 10.2 0.6 0.15 25 137 0.6 10.5 6.08mina=2LBa=500+110+30=640mm = =0.013mm Ph1FaES2)、滚珠与螺纹滚道间接触变形 232 10/10. ZDYJwm式中 Z= ,求得单圈滚珠数 Z=22； =Z32=132，/0dZ= 3=526.7N，求得： =0.0014YJFm23)、支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 总因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的 1/3，所以实际变形量可减小一半，取=0.0007。2将以上算出的 和 代入 。12120.3.70.13总有效行程 500 ，由表 327 知，5 级精度滚珠丝杠有效行程在 500630m时行程偏差允许达到 ，可见丝杠刚度足够。0.（6） 、稳定性验算7400AC型号的交接球轴承，滚珠丝杠支撑为双推双推型，不会产生失稳现象，不需要进行稳定性校核。102.2.3 滚珠丝杠副的几何参数表 2-4 滚珠丝杠副几何参数规格代号公称直径导程滚珠直径丝杠底径丝杠外径循环列数安装尺寸螺母油杯额定载荷/N刚度0 2 1 GD 1 D 4 L B h 1 2M 0GD2505-4 255 3.17521.224.24*2 40 66 53 90 11 6 5.8 10M611921287596152.3 滚动导轨的计算与选择目前，滚动导轨在数控机床上应用非常广泛，因为其摩擦系数 =f025.；动、静摩擦系数很接近，几乎不受运动速度的变化的影响，运动轻便、灵05.活，所需驱动功率小，摩擦发热小，磨损小，精度保持性好；低度运动时不易出现爬行现象，因而定位精度高，所以选用滚动导轨。2.3.1 滚动导轨副的额定寿命(1)、滚动导轨的额定动载荷的计算11由于要计算额定动载荷首先需要计算出作用在滚动导轨副上的载荷由资料文献可知作用在滚动导轨副上的载荷计算公式如下：根据指导书图327，取 =260mm， =200mm， =210mm， =160mm1l2l3l4l=1200N,G=1200N 则W= +G=2400NzFzF假设负载荷重心集中在其中一个导轨上，则：，min240/6PNmax40/18PNimax()3(0182)3c(2)、滚动导轨副的额定寿命1)、额定寿命计算滚动体为球时：其计算公式如下：)*(50FCfLaWRTH3式中 -额定寿命； L-额定动载荷；额定动载荷aC1450aN-计算载荷, =1000kgf;FcP-温度系数；运行时的温度小于 100 查相关资料可的 ；Tf 0.1tf-接触系数；导轨上的滑块数为 2 查相关资料C .8c-载荷系数；无明显冲击和震动，中速运动场合速度在 15-60m/min 之Wf间查相关资料 1.3wf-硬度系数；滚道硬度不得低于 HRC58 故通常取Hf 1Hf-精度系数，精度等级 5 级， =0.9R Rf代入公式计算得：)*(0FCfLaWTH3= km1.8091455()3=26868km2)、寿命时间的计算n=10 S=500mm=0.5m= = =44780hhL60213nS32810.56L 远大于 故初选型号满足设计要求。12直线导轨副的参数2.4 步进电机的计算与选择选用步进电机时，必须首先根据机械设计结构草图计算机械传动装置及负载折算到电机轴上的等效惯量，分别计算各种共况条件下所需的等效力矩，再根据步进电机最大转矩选择合适的步进电机。2.4.1 转动惯量的计算(1） 、丝杠的转动惯量计算由于用步进电机则省去了齿轮的传动比，以及齿轮的转动惯量的计算所以只要计算丝杠本身的转动惯量即可,丝杠导程 =5mm，名义直径 =25mm=2.5m,两支撑0L0D间距 L=500mm 可计算出丝杠的转动惯量，公式如下：7.853.1450 /2=1.5sJ31(2.5/)2cmkg由于丝杠是通过联轴器与电机直接进行连接的，所以，丝杠折算到电机轴上的转动惯量 21.5Skgcm(2)、工作台折算到丝杠上的转动惯量根据机电装备设计课程设计指导书表 4-1 所示工作台折算到丝杠轴上的转动惯量，由丝杠导程 L0=5mm，工作台重量为 1200N，则工作台的折算转动惯量为：22220.5()()10.734hPJm2cmkg(3)、丝杠传动时传动系折算到电机上的总的转动惯量由于丝杠是通过联轴器与电机直接进行连接的，所以，丝杠传动时传动系统折算到电机轴上的总转动惯量为： 212.507.Jkgcm13在上式中没有考虑电机转子本身的转动惯量， ，根据实践经验，传动系统惯量和转子惯量 之间，有一个惯量匹配的问题， 的比值不能太小，否则机床JMJ JM/动态特性将主要取决于负载特性，此时不同重量和行程的各坐标的特性将有很大差别，并且很容易受切削力、摩擦力等干扰的影响。但是 的比值太大，也是很/不经济的。电机转子的转动惯量 可以查出，初选步进电机为杭州中达 110BC3100 型磁MJ阻式步进电机，电机惯量为 7k 。2cmg所以 =3.08，基本满足惯量匹配要求。JM/传动系统折算到电机轴上的总转动惯量为 9.27 k 。2cmg2.4.2 电机的力矩的计算.电机的负载力矩在各种工况下是不同的，下面分别对快速空载起时所需要的力矩、快速进给时所需要的力矩、最大切削负载时所需要的力矩等几部分进行计算。X向电机力矩的计算(1)、快速空载起动时所需力矩 1eqT0maxf式中 -快速空载起动力矩 ；1eqT)*(cN-空载起动时折算到电机上的加速力矩 ；max )*(cmN-折算到电机轴上的摩擦力矩 ；f )(-由于丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩0 )(c其中 4mmax2106eqanTJt式中 -传动系统折算到电机轴上的总的等效转动惯量 ；eqJ )*(2cmkg29.7*kgc-电机的最大转速 ；maxnin)/(rmax3./in60vr-运动部件动停止起动加速到最快进给速度所需时间 ;t )(s0.5ats代入上式 2mmax106anTJt144max23.109.765T=0.065N*m折算到电机轴上的摩擦力矩 ：f2hfFPTi摩式中 -导轨的摩擦力 ； =0F摩 )(Nc=0.005(0+1200)=6Nc(G摩-垂直方向的切削力 ；z )(-运动部件的总重量 ；-导轨的摩擦系数；f-齿轮降速比，这里无齿轮既 ；i msn3.=2150i-传动链总效率，这里取 0.8；代入求解 2hfFPTi摩60.582.7*Nm附加摩擦力 ：0T)1(2200iPFThp式中 -滚珠丝杠预加负荷，一般取 ， 为进给牵引力 ；0pFmF3/ )(N139mN-滚珠丝杠导程 ；hP)(-滚珠丝杠未预紧时的传动效率； =0.900代入算得 020(1)phFPTi152463.051.928.9*mN根据上面的计算结果可得 0ax1TTfeq=0.11N*m(2)、最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 2eq02fteq= =0.36 N*mtTfhFPi代入上式=0.0027+0.039+0.36=0.40 N*m02Tfteq经过上述计算后可知加在步进电机转轴上的最大有效负载转矩应为：= =0.40N*meq21,maxeqT2.4.3 初选步进电动机将上述计算所得的 乘上一个系数 K，用 K 的值来初选步进电机的最大静eqTeqT转矩。K 对于开环控制，一般应在 2.54 之间选取，取为 K=3K =31.235=3.705eqT因此，选取 110BC3100 型磁阻式步进电机。表 2-5 电动机型号各参数型号 相数步距角 1 1 1 2 2 E b L110BC3100 3 0.6/1.2 9 110 85 4 8 14 35 112 186162.4.4 步进电机的性能校核（1）最快工作进给速度时电动机输出转矩校核由最快进给速度 和系统脉冲当量 ，可计算出电动机对应的运行频率fmax为：= =100060axaxff .01zH从初选的步进电机的输出转矩 =5.5 大于 =0.40。则满足要求。fTmax2eqT(2)最快空载移动时电动机输出转矩校核由最快空载移动速度 和系统脉冲当量 ：ax=1666.760maxf zH从初选的步进电机的输出转矩 =4.8 大于 =0.11。则满足要求。axT1eqT（3）最快空载移动时电动机运行频率校核由最快空载移动速度 和系统脉冲当量 ，算出电动机对应的运行频率：max=1666.7 小于初选的步进电机的空载运行频率 15000，因此满足要求。maxf（4）起动频率的校核= =1000 , =1500。meqlJff/11509.27zHqf小于 ，所以满足要求lfq172.5 联轴器选择计算联轴器的转矩T=9550P/n=95504.4/333.3=126.07N*m选择 SRJ-40C 型号联轴器工作的最高转数为 7600/min，大于允许的电机最高转速 333.3r/min18第三章 微机数控系统硬件电路设计3.1 计算机系统微机数控系统由 CPU，存储器扩展电路，I/O 接口电路，驱动电机驱动电路，检测电路等几部分组成。微机是数控系统的核心，其他装置都是在微机的指挥进行工作的。数控系统要求主要对微机的字长和速度。字长不仅影响系统的最大加工尺寸，而且影响加工的精度和运算精度。字长较长的计算机，价格显著上升，而字长较短的计算机，要进行双字长和三字长的运算，就会影响速度，根据机床要求，综合考虑采用 8 位微机。由于 MCS-51 系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具有很高的性价比特点，决定采用 MCS-51 系列的 8031 单片机扩展系统。控制系统由微机部分，键盘、显示器、I/O 接口及光电隔离电路，步进电机功率放大电路等几部分组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用 LED 显示器。3.2 单片微机数控系统硬件电路设计内容3.2.1 绘制电气控制系统框图数控系统是由硬件和软件两部分组成，硬件是组成系统的基础，有了硬件软件才能有效的运行。19RAMROMCPU I/O接口外 设键盘、显示器及其它驱动器步进电机图 3-1 机床数控系统硬件框图（半闭环系统）机床硬件电路图由以下几部分组成：1.主控制器，即 CPU2.总线，包括数据，地址，控制总线3.存储器 ROM，RAM4.接口，即 I/O 接口电路5.外设，如 键盘，显示器及光电输入机等。3.2.2 选择 CPU 的类型目前在经济型数控机床中，推荐采用 MCS-51 系列单片机作为主控制器3.2.3 存储器扩展电路的设计存储器扩展电路应该包括程序存储器和数据存储器的扩展。在选择程序存储器芯片时，要考虑 CPU 与 EPROM 时序的匹配，还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量问题存储器扩展电路设计包括程序存储器和数据存储器的扩展。3.2.4 I/O 接口电路设计此次设计内容包括接口芯片的选用，步进电机控制电路，键盘显示电路以及其20他辅助电路的设计（例如复位电路，越界报警电路，掉电保护电路等）3.3 各类芯片简介3.3.1 8031 芯片简介Vss：接地VCC：+5 伏电压XTAL1：内部振荡电路反向放大器输入端XTAL2：内部振荡电路反向放大器输出端RST/VPD：复位/备用电源ALE/PROG：锁存/接收编程脉冲PSEN：外部程序存储器读选通信号输出端EA/VPP：EA 为内部程序存储器和外部程序存储起选择端，对于 8031 始终保持低电平；VPP 为在 EPROM 编程期间加 21 伏编程电压P0.0P0.7：在访问外存时，分时传送低 8 位地址和数据总线P1.0P1.7：8 位准双向 I/O 口，每一位都可作为可编程的输入或输出线P2.0P2.7：8 位准双向 I/O 口，访问外存时输出高 8 位地址P3.0P3.7：8 位准双向 I/O 口及第二功能口3.3.2 373 芯片简介D0D7： 数据输入端Q0Q7： 数据输出端LE ： 锁存信号输入端OE ： 锁存信号输出端 3.3.3 6264 芯片简介A0A12：地址线I/O0I/O7：双向数据线CE1：片选线 121CE2：片选线 2WE： 写允许线OE： 读允许线 3.3.4 2764 芯片简介A0A12：地址线I/O0I/O7：数据输出线CE： 片选线OE： 数据输出选通线PGM：编程脉冲VPP：编程电压 3.3.5 8155 芯片简介AD0AD7：地址数据总线RESET：由 8031 提供复位信号CE：CE=0 时，器件才允许被启用IO/M：当 IO/M=1 时，选择 I/O 口电路；当 I/O=0 时，选择存储器ALE：接 8031ALERD：为主机发来的读信号输入端WR：为主机发来的写信号输入端 3.3.6 8255 芯片简介RESET：由 CPU 提供复位信号CS：片选信号RD：为主机发来的读数脉冲输入端WR：为主机发来的读数脉冲输入端A1、A0 ：端口选择信号 3.4 存储器扩展电路设计 MCS-51 系列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑，对简单的应用22场合 MCS-51 系列的最小系统用一片 8031 外扩一片 EPROM 就能满足功能的要求。对于复杂的应用场合，可利用 MCS-51 的扩展功能，构成功能强，规模大的系统。3.4.1 程序存储器 ROM 的扩展MCS-51 的程序存储器的寻址空间为 64K B。8031 不带 ROM，用作程序存储器的器件是 EPROM。（1） 、16 位地址总线的扩展由于 P0 口分时传送低字节地址和数据，所以接入 74LS373 锁存器，8031 的 ALE接 373 的 LE，373 的 OE 接地，使 373 常输出。74LS373 的输出口 Q 与 P2 口一起扩展出 16 位地址总线 AB，其高三位 A13、A14、A15 分别与 138 的 A、B、C 引脚相连。(2） 、地址线的连接根据设计要求，需要扩展两片 2764。两片 2764 的地址线分别与地址总线 AB 相连。(3） 、数据线的连接两片存储器的 8 位数据线分别与数据总线 DB 按位依次相连。(4）.控制线的连接8031PSEN 与 EPROM 的 OE 相连；8031 的 EA 接地；2764（1）的 OE 与 138 Y0相连，2764（2）的 OE 与 138 Y1相连。3.4.2 数据存储器 RAM 的扩展由于 8031 芯片内部 RAM 只有 128 字节，远不能满足系统的需要，需扩展片外的数据存储器 RAM，选择 6264 芯片即可满足设计要求。6264 的连接和 2764 大致相同，唯控制信号线的连接不同；6264 的 OE，WE 与8031 的 RD，WR 相连，CE 与 138 的 Y1相连，CE2 高电平有效。3.4.3 译码电路的设计8031 单片机允许扩展 64K ROM 和 64K RAM（包括 I/O 借口芯片）(1） 、MCS-51 单片机应用系统中的地址译码规则第一：ROM 与 RAM 独立编址ROM 地址和 RAM 地址可以重叠使用，都从 0000HFFFFH。地址的重复靠片23选信号和控制信号区分。第二：外围 I/O 与 RAM、ROM 的统一编址外围 I/O 不仅占用 RAM 的单元，而且使用 RAM 的读/写指令，本次课程设计采用统一编址。 (2） 、地址译码法常用地址的译码方法有线选法和全地址译码，在这里选择全地址译码。对于容量较大的的系统，扩展的外围芯片较多，芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，就需要用全地址译码的方法。通常采用 3-8 译码器（