母线槽技术参数自动检测线运动机构控制系统设计

南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 1 页 前 言随 着 现 代 社 会 的 发 展 ， 各 行 各 业 对 电 力 需 求 量 正 逐 步 加 大 ， 使 得 社 会 上 对电 力 传 输 的 可 靠 性 和 安 全 性 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 这 极 大 地 促 进 了 人 们 对 于 电力 传 输 的 研 究 。 而 在 远 距 离 传 输 领 域 ， 电 缆 能 很 好 的 满 足 要 求 ， 但 是 在 电 缆 桥架 、 高 层 建 筑 以 及 工 厂 的 近 距 离 电 力 传 输 领 域 ， 电 缆 无 法 发 挥 其 特 性 。 在 这种 形 势 下 ， 人 们 急 需 寻 找 一 种 替 代 产 品 ， 于 是 母 线 槽 应 运 而 生 。 母 线 槽 在 高层 建 筑 以 及 工 厂 近 距 离 电 力 传 输 领 域 中 作 为 供 电 主 干 线 ， 而 高 层 建 筑 以 及 工厂 与 人 们 的 生 活 密 切 相 关 ， 母 线 槽 的 作 用 就 好 似 人 体 的 大 动 脉 ， 一 旦 出 现 故 障将 会 造 成 严 重 的 后 果 。 因 此 ， 生 产 、 建 设 及 科 研 单 位 一 直 在 为 提 高 母 线 槽 的可 靠 性 做 出 努 力 。 这 就 要 求 有 可 靠 的 检 测 母 线 槽 技 术 参 数 的 技 术 。 目 前 的 母 线槽 技 术 参 数 检 测 ， 主 要 还 是 靠 手 工 操 作 。 检 测 员 手 工 操 作 ， 不 仅 会 带 来 操 作 误差 和 漏 测 ， 另 外 测 母 线 槽 绝 缘 强 度 时 需 要 高 压 （ 2000V） ， 对 检 测 员 的 人 身 安全 无 疑 也 是 个 很 大 的 威 胁 。我 选 择 的 课 题 母 线 槽 技 术 参 数 自 动 检 测 线 运 动 机 构 控 制 系 统 的 设 计 ，就 是 设 计 一 种 自 动 检 测 装 置 来 代 替 手 工 检 测 ， 降 低 工 人 劳 动 强 度 ， 提 高 安 全 性和 可 靠 性 。 这 个 课 题 不 仅 是 针 对 当 前 母 线 槽 检 测 技 术 的 研 究 ， 而 且 这 个 课 题 还需 应 用 单 片 机 ， 这 与 我 将 来 所 从 事 的 工 作 以 及 我 的 未 来 的 事 业 发 展 方 向 是 相 一致 的 ， 我 相 信 认 真 的 做 这 个 课 题 将 会 使 我 在 单 片 机 方 面 受 益 匪 浅 。这 个 设 计 课 题 最 重 要 的 就 是 能 够 熟 练 运 用 单 片 机 ， 在 搜 集 资 料 时 ， 我 主 要 搜集 的 就 是 单 片 机 方 面 的 书 籍 ， 以 及 关 于 画 PCB 图 的 指 导 书 。 另 外 还 访 问 了 网 站 中 有 关 于 各 种 单 片 机 芯 片 的 详 细 介 绍 ， 让 我 收 获 很 大 。母 线 槽 技 术 参 数 检 测 系 统 包 括 控 制 电 路 部 分 和 气 压 传 动 部 分 ， 我 所 负 责 设 计的 是 母 线 槽 技 术 参 数 检 测 系 统 的 控 制 电 路 部 分 ， 气 压 传 动 部 分 则 由 潘 彩 霞 同 学负 责 。 由 于 控 制 系 统 设 计 工 作 量 较 大 ， 在 设 计 时 间 内 ， 根 据 任 务 要 求 ， 完 成 了电 路 原 理 图 设 计 和 PCB 图 的 绘 制 ， 剩 余 工 作 （ 制 板 ， 软 件 设 计 ， 调 试 ） 可 由 其他 人 接 着 完 成 。南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 2 页 第 一 章 概 述1.1 母 线 槽 简 介母 线 槽 是 一 种 新 型 的 输 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 ， 母 线 槽输 电 能 力 在 200A 5000A, 它 是 由 许 多 个 直 线 单 元 和 若 干 个 弯 曲 单 元 连 接 起 来的 ， 它 的 外 形 如 图 1-1 所 示 。母 线 槽 结 构 大 体 是 ： 有 一 层 外 壳 ， 内 部 有 导 电材 料 和 绝 缘 材 料 ， 其 中 导 电 材 料 是 分 层 的 ， 每 一 片导 电 材 料 之 间 以 及 每 一 层 导 电 材 料 之 间 都 填 充 了 绝缘 材 料 。 而 不 同 的 场 合 对 于 母 线 槽 内 部 填 充 的 绝 缘材 料 的 绝 缘 强 度 以 及 导 电 材 料 的 导 电 性 都 有 不 同 的 图 1-1 AMC 铝 壳 母 线 槽要 求 ， 所 以 母 线 槽 的 制 作 材 料 会 根 据 应 用 场 合 的 不同 而 有 所 不 同 。母 线 槽 大 体 可 以 分 为 以 下 几 类 ： 接 线 母 线 槽 、 高 强 型 母 线 槽 、 高 压 封 闭母 线 槽 、 中 低 压 母 线 槽 、 封 闭 母 线 槽 及 空 气 型 母 线 槽 等 。母 线 槽 虽 然 在 目 前 的 电 传 输 领 域 应 用 广 泛 ， 但 同 样 也 存 在 着 一 些 缺 陷 ， 例如 依 靠 螺 钉 联 接 的 部 位 过 多 ， 安 装 施 工 复 杂 ； 同 时 维 护 量 大 、 维 护 费 用 高 。 在运 行 过 程 中 常 遇 到 电 磁 振 动 、 热 胀 冷 缩 、 膨 胀 系 数 及 外 力 等 因 素 的 影 响 ， 这 些都 会 造 成 螺 钉 的 松 动 。 如 果 一 只 螺 钉 出 现 松 动 ， 就 会 出 现 故 障 点 发 热 、 高 温 等现 象 ， 影 响 整 条 母 线 槽 的 运 行 稳 定 性 。 尤 其 是 对 五 线 母 线 槽 的 不 当 使 用 ， 还 会造 成 PE 线 接 触 电 阻 增 大 违 反 国 家 规 定 。 但 母 线 槽 在 大 容 量 的 情 况 下 ， 还 是 存在 着 其 自 身 的 优 势 的 。 因 为 当 电 流 达 到 数 千 安 培 时 ， 如 果 采 用 电 缆 ， 即 使 是 单芯 电 缆 也 要 多 根 进 行 敷 设 ， 否 则 达 不 到 相 应 的 大 电 流 容 量 ， 此 时 母 线 槽 就 体 现出 自 身 的 优 势 。1.2 母 线 槽 技 术 参 数 检 测 系 统 检 测 的 内 容本 次 毕 业 设 计 中 所 设 计 的 母 线 槽 技 术 参 数 检 测 仪 主 要 用 于 检 测 母 线 槽 内 部 导电 部 分 的 电 阻 以 及 导 电 体 之 间 绝 缘 材 料 的 绝 缘 强 度 。 母 线 槽 内 部 一 般 用 铜 片 作为 导 体 。 铜 片 的 电 阻 是 影 响 母 线 槽 导 电 能 力 的 重 要 因 素 。 电 阻 越 大 ， 母 线 槽 在南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 3 页 电 传 输 过 程 中 消 耗 就 会 越 大 ， 传 输 的 效 率 就 会 越 低 。 母 线 槽 作 为 导 线 ， 知 道 其内 部 导 电 体 的 电 阻 是 非 常 必 要 的 。 而 母 线 槽 内 部 导 电 体 之 间 的 绝 缘 填 充 物 的 绝缘 强 度 则 是 影 响 安 全 性 的 重 要 因 素 。 但 是 并 不 是 说 母 线 槽 内 导 电 体 的 导 电 能 力越 小 越 好 ， 绝 缘 填 充 物 的 绝 缘 强 度 越 大 越 好 。 由 于 受 到 成 本 因 素 的 限 制 ， 母 线槽 制 造 商 必 须 制 造 出 适 合 不 同 场 合 应 用 的 母 线 槽 ， 这 就 需 要 准 确 知 道 母 线 槽 的两 个 参 数 指 标 。母 线 槽 技 术 参 数 检 测 过 程 如 图 1-2 所 示 。绝 缘 强 度 检 测 仪（ a）微 欧 计（ b）(a) 检 测 绝 缘 强 度 (b) 检 测 电 阻 图 1-2 参 数 检 测 示 意 图2311-母 线 槽 2-检 测 头 3-气 缸无 论 母 线 槽 是 几 层 几 排 ， 其 检 测 过 程 都 是 一 样 的 。 在 检 测 绝 缘 强 度 时 ， 其 中一 个 检 测 头 固 定 于 第 一 片 导 电 片 上 ， 另 外 一 个 检 测 头 从 第 二 片 导 电 片 开 始 按 照次 序 依 次 移 动 到 各 片 导 电 片 上 。 如 此 类 推 ， 对 母 线 槽 内 部 导 电 片 之 间 绝 缘 强 度进 行 两 两 检 测 。 在 移 动 到 每 一 片 导 电 片 上 时 ， 绝 缘 强 度 检 测 仪 会 检 测 出 两 个 检测 头 所 检 测 的 两 片 导 电 片 之 间 的 绝 缘 强 度 。 检 测 导 电 片 电 阻 则 比 检 测 绝 缘 强 度简 单 的 多 ， 只 要 控 制 两 个 检 测 头 同 时 移 动 到 同 一 片 导 电 片 的 两 端 ， 微 欧 计 即可 测 出 此 导 电 片 的 电 阻 。 测 得 的 导 电 片 电 阻 和 绝 缘 强 度 自 动 传 送 到 上 位 机 。南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 4 页 1.3 母 线 槽 技 术 参 数 检 测 系 统 的 组 成母 线 槽 技 术 参 数 检 测 系 统 组 成 如 图 1-3 所 示 ， 它 的 具 体 工 作 过 程 是 ： 上 位机 发 送 启 动 信 号 ， 运 动 机 构 控 制 系 统 （ 以 下 简 称 下 位 机 ） 开 始 工 作 。 下 位 机利 用 控 制 气 压 传 动 系 统 以 及 步 进 电 机 驱 动 系 统 完 成 对 母 线 槽 的 定 位 及 测 量 头的 移 动 ， 测 出 母 线 槽 内 导 电 片 电 阻 以 及 导 电 片 之 间 绝 缘 材 料 的 绝 缘 强 度 ， 并 把检 测 结 果 传 送 给 上 位 机 。 上 位 机 接 收 到 检 测 完 毕 的 信 号 后 ， 根 据 检 测 结 果 判 断母 线 槽 是 否 合 格 ， 若 是 合 格 产 品 ， 则 发 送 信 号 给 打 印 机 ， 然 后 打 印 出 所 检 测的 母 线 槽 的 条 码 。 上 位 机 接 收 到 打 印 机 发 送 来 的 条 码 打 印 完 毕 的 信 号 后 ， 发 送信 号 给 贴 标 机 ， 控 制 贴 标 机 把 打 印 出 来 的 条 码 贴 到 母 线 槽 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 母线 槽 进 行 包 装 。打 印 机上 位 机贴 标 机 运 动 机 构 控 制 系 统 （ 下 位 机 ） 测 试 系 统母 线 槽 包 装 机 构 定 位 机 构测 试 台 母 线 槽辅 助 动 作 控制 电 路辅 助 动 作 执 行 机 构（ 气 压 传 动 ）功 率 放 大 系 统运 动 驱 动 机 构图 1-3 母 线 槽 技 术 参 数 自 动 检 测 系 统 图我 在 本 次 设 计 中 所 负 责 设 计 的 是 下 位 机 中 的 控 制 电 路 部 分 。下 位 机 的 控 制 对 象 有 ： 母 线 槽 传 送 电 机 、 检 测 台 传 送 电 机 以 及 包 装 台 传 送 电机 ， 检 测 头 的 电 机 ， 各 处 的 定 位 气 缸 ， 以 及 向 上 位 机 发 送 信 号 控 制 贴 标 机 的 贴南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 5 页 标 。 检 测 台 及 包 装 台 如 图 1-4 所 示 。图 1-4 检 测 及 包 装 台 示 意 图1-检 测 平 台 2-母 线 槽 3-检 测 纵 向 定 位 缸 4-检 测 平 台 移 送 电 机 5-包 装 平 台6-包 装 台 纵 向 定 位 缸 7、 9-母 线 槽 包 装 上 升 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 侧 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 侧 向 定 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 柱下 位 机 的 主 要 工 作 过 程 流 程 如 图 1-5 所 示 。南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 6 页 检 测 平 台 传 送 电 机 启 动检 测 台 母 线 槽 纵 向 定 位 缸 升 起母 线 槽 传 送 电 机 停 止左 端 侧 向 定 位 缸 启 动右 端 侧 向 定 位 缸 启 动连 接 绝 缘 强 度 检 测 仪两 检 测 头 移 动 检 测 并 将 检 测 结 果 发 送 给 上 位 机检 测 完 后 回 起 点连 接 检 测 电 阻 的 微 欧 计两 检 测 头 移 动 检 测 并 将 检 测 结 果 发 送 给 上 位 机开 始Y左 、 右 端 侧 向 定 位 缸 到位 ？母 线 槽 纵 向 到 位 ？ANYN南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 7 页 两 个 检 测 头 回 原 点前 后 检 测 头 侧 向 定 位 缸 退 回检 测 台 纵 向 定 位 缸 退 回检 测 台 传 送 电 机 启 动包 装 台 传 送 电 机 启 动包 装 台 纵 向 定 位 缸 升 起母 线 槽 离 开 检 测 台 后 检 测 台 电 机 停 转母 线 槽 到 达 包 装 台 后 包 装 台 电 机 停 转发 信 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 缸 退 回包 装 缸 退 回结 束A图 1-5 下 位 机 的 工 作 过 程南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 8 页 第 二 章 运 动 机 构 控 制 系 统 控 制 电 路 设 计2.1 运 动 机 构 控 制 系 统 控 制 电 路 总 体 设 计在 本 次 设 计 中 ， 我 设 计 的 是 下 位 机 的 控 制 电 路 部 分 。 运 动 机 构 控 制 系 统（ 下 位 机 ） 控 制 电 路 的 主 要 组 成 部 分 有 ： CPU8031、 片 外 程 序 存 储 器 、 片 外 数据 存 储 器 、 LED 显 示 电 路 、 用 于 扩 展 I/O 口 的 8255、 控 制 步 进 电 机 的 光 电 耦合 电 路 、 输 入 输 出 光 电 耦 合 电 路 、 选 择 开 关 以 及 用 8155 扩 展 出 的 键 盘 组 成 。其 组 成 框 图 如 图 2-1 所 示 。8031CPUROM LED 显 示 RAM8155键 盘PA母 线 槽 种类 选 择 开关工 作 方 式选 择 开 关825574LS273X、 Y、 U、 V轴 电 机 的 光 电耦 合 电 路输 入 信 号 光电 耦 合 电 路输 出 信 号 光电 耦 合 电 路图 2-1 控 制 系 统 硬 件 组 成 框 图我 的 具 体 设 计 思 路 是 ： 采 用 8031 作 为 CPU， 外 扩 8K 的 程 序 存 储 器 和4K 的 数 据 存 储 器 。 其 中 8K 的 程 序 存 储 器 用 2764 芯 片 进 行 扩 展 ， 4K 的 数 据存 储 器 用 6264（ 空 掉 一 条 地 址 线 ） 芯 片 进 行 扩 展 。 步 进 电 机 的 输 出 信 号 口 用74LS273 锁 存 器 输 出 。 I/O 口 用 8255 扩 展 ， 所 有 的 按 键 皆 用 8155 扩 展 成 行 列式 键 盘 ， 它 们 的 各 种 功 能 用 软 件 进 行 定 义 。 这 些 键 有 控 制 四 个 步 进 电 机 进 给的 八 个 手 动 按 键 以 及 八 个 控 制 气 缸 升 降 的 手 动 按 键 ， 另 外 还 有 编 辑 键 盘 二 十个 。 6 位 LED 静 态 显 示 用 于 显 示 编 辑 的 内 容 。南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 9 页 2.2 单 片 机 的 选 择 及 存 储 器 的 扩 展本 节 主 要 介 绍 了 本 次 设 计 中 所 选 用 的 CPU 以 及 用 于 扩 展 片 外 程 序 存 储 器和 数 据 存 储 器 的 芯 片 。 本 设 计 中 ， 我 选 择 8031 作 为 本 次 设 计 中 的 CPU。 同 时 ，选 择 的 程 序 存 储 器 是 2764A， 数 据 存 储 器 是 6264。 下 面 就 8031、 2764 以 及6264 三 种 芯 片 的 结 构 性 能 、 特 点 以 及 本 设 计 的 存 储 器 扩 展 电 路 作 一 些 介 绍 。2.2.1 单 片 机 的 选 择在 大 学 期 间 接 触 最 多 的 单 片 机 就 是 8031 和 8051。 8051 有 内 部 程 序 存 储 器 ，但 是 其 存 储 空 间 比 较 小 ， 不 能 满 足 本 设 计 的 要 求 ， 同 时 相 对 于 8031 来 讲 ，8051 的 价 格 比 较 高 ， 并 且 8031 现 在 用 的 比 较 广 泛 ， 因 此 本 设 计 中 ， 我 选 择8031 作 为 CPU。 下 面 就 是 关 于 8031 的 简 单 介 绍 。1. 管 脚 功 能8031 为 40 引 脚 芯 片 。 其 引 脚 如 图 2-2 所 示 。 它 的 引 脚 功 能 可 以 分 为 三 部分 ：（ 1） I/O 口 线 P0、 P1、 P2、 P3 共 四 个 八位 口 ， 其 中 P3 口 可 作 为 第 二 功 能 口 。（ 2） 控 制 口 线 PSEN（ 片 外 取 指 控 制 ） 、ALE（ 地 址 锁 存 控 制 ） 、 (片 外 存 储 器 选 择 )、ARESET(复 位 控 制 )。（ 3） 电 源 及 时 钟 Vcc、 Vbb； X1、 X2。 2. 8031 的 各 个 引 脚 介 绍（ 1） 时 钟 电 路 引 脚 X1 (19 脚 )和 X2（ 18 脚 ）X2 接 外 部 晶 体 和 微 调 电 容 的 一 端 ， 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 ， 振 荡 电 路 的 频 率 就 是 晶 体 的 固 有 频 率 。X1 接 外 部 晶 体 和 微 调 电 容 的 另 外 一 端 ， 在 片 内它 是 振 荡 电 路 反 相 放 大 器 的 输 入 端 。 在 采 用 外 部 图 2-2 8031 单 片 机 管 脚图时 钟 电 路 时 ， 该 引 脚 必 须 接 地 。（ 2） ALE/ （ 30 脚 ） 地 址 锁 存 允 许 信 号 端 。 当 CPU 访 问 外 部 存PROG储 器 的 时 候 ， ALE（ 允 许 地 址 锁 存 ） 的 输 出 信 号 作 为 锁 存 低 8 位 地 址 的 控 制1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBATitleNumber RevisionSizeA1Date: 11-May-2006 Sheet of File: E:一一一一一一一一一一一一一一BA0D521.DDBrawn By:EA/VP31X119X218RESET9RD 17WR 16INT012INT1 13T014 T115P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33P0.7 32P2.0 21P2.122P2.2 23P2.3 24P2.425P2.5 26P2.6 27P2.728PSEN 29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U18031AH南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 10 页 信 号 。（ 3） PSEN （ 29 脚 ） 此 脚 输 出 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 在 CPU访 问 外 部 存 储 器 时 ， 此 端 定 时 输 出 负 脉 冲 作 为 读 片 外 存 储 器 的 选 通 信 号 。（ 4） /Vpp（ 31 脚 ） 外 部 程 序 存 储 器 地 址 允 许 输 入 端 /固 化 编 程 电 压A输 入 端 。 8031 没 有 内 部 程 序 存 储 器 ， 所 以 脚 必 须 常 接 地 。EA（ 5） RESET/Vpd（ 9 脚 ） 是 复 位 信 号 输 入 端 ， 高 电 平 有 效 。 当 此 输 入 端保 持 两 个 机 器 周 期 （ 24 个 时 钟 振 荡 周 期 ） 的 高 电 平 时 ， 就 可 以 完 成 复 位 操 作 。（ 6） 输 入 /输 出 （ I/O） 引 脚 P0、 P1、 P2、 P3（ 共 是 32 根 ）1） P0 口 （ P0.0P0.7， 32 脚 39 脚 ） 是 一 个 双 向 8 位 三 态 I/O 口 。 当其 作 为 输 入 口 使 用 时 ， 应 该 先 向 口 锁 存 器 写 入 全 1， 此 时 P0 口 的 全 部 引 脚 浮空 ， 可 以 作 为 高 阻 抗 输 入 。 作 为 输 入 口 使 用 时 ， 要 先 写 1， 这 就 是 准 双 向 的 含义 。 在 CPU8031 访 问 片 外 EPROM 或 RAM 时 ， P0 口 是 分 时 提 供 低 8 位 地 址和 8 位 数 据 的 复 用 总 线 ， 在 此 期 间 P0 口 内 部 上 拉 电 阻 有 效 。2） P1 口 （ P1.0P1.7， 1 脚 8 脚 ） 是 一 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 准 双向 I/O 端 口 ， 由 于 这 种 接 口 输 出 没 有 高 阻 状 态 ， 输 入 也 不 能 锁 存 ， 故 不 是 真 正的 I/O 口 。 在 P1 口 作 为 输 入 口 使 用 时 应 先 向 P1 口 锁 存 器 写 入 全 1， 此 时 P1口 引 脚 由 内 部 上 拉 电 阻 拉 成 高 电 平 。3） P2 口 （ P2.0P2.7， 21 脚 28 脚 ） 是 一 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 准双 向 I/O 端 口 。 访 问 外 部 存 储 器 时 ， 可 以 作 为 高 八 位 地 址 总 线 送 出 高 八 位 地 址 。4） P3 口 （ P3.0P3.7， 10 脚 17 脚 ） 是 一 个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 准双 向 I/O 口 ， 在 8031 中 ， 这 8 个 脚 除 了 用 于 普 通 的 输 入 、 输 出 外 ， 还 可 以 用 于专 门 的 功 能 ， 它 是 一 个 复 用 双 功 能 口 。 P3 口 作 为 第 一 功 能 使 用 时 ， 即 作 为 普通 I/O 口 用 ， 功 能 和 操 作 方 法 与 P1 口 相 同 。 作 为 第 二 功 能 使 用 时 ， 各 引 脚 的定 义 见 表 2-1。 P3 口 的 每 一 条 引 脚 均 可 以 定 义 为 第 一 功 能 的 输 出 输 入 或 是 第 二功 能 。 表 2-1 P3 口 的 第 二 功 能 表引 脚 第 二 功 能P3.0 RXD（ 串 行 口 输 入 端 ）南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 11 页 （ 续 ）2.2.2 片 外 程 序 存 储 器 的 选 择在 本 次 设 计 中 需 要 外 扩 8KB 的 程 序 存 储 器 ， 我 选 择 2764A 用 于 扩 展 片外 存 储 器 。2764A 是 一 种 8K8 位 的 紫 外 线 擦 除 电 可 编 程 只 读 存 储 器 ， 2764A 为 28脚 双 列 直 插 式 封 装 ， 其 管 脚 图 如 图 2-3 所 示 。 1. 2764A 的 管 脚 介 绍（ 1） A0A12 地 址 输 入 线 。（ 2） D0D7 三 态 数 据 总 线 ， 读 或 者 是 编 程 检 验时 为 数 据 输 出 线 ， 维 持 或 者 是 编 程 禁 止 时 ， 呈 现 高 阻状 态 ， 编 程 时 为 数 据 输 入 线 。 （ 3） 片 选 信 号 输 入 线 ， “0”（ 低 电 平 ） 有CE效 。（ 4） 编 程 脉 冲 输 入 线 。PGM（ 5） 读 选 通 信 号 输 入 线 ， “0”（ 低 电 平 ）O有 效 。（ 6） Vpp 编 程 电 源 输 入 线 ， 不 同 芯 片 型 号 图 2-3 2764 管 脚 图及 厂 商 生 产 的 Vpp 值 不 同 。 P3.1 TXD （ 串 行 口 输 出 端 ）引 脚 第 二 功 能P3.2 （ 外 部 中 断 0 请 求 输 入 端 ， 低 电 平 有 效 ）0INTP3.3 （ 外 部 中 断 1 请 求 输 入 端 ， 低 电 平 有 效 ）1P3.4 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 出 端 ， 低 电 平 有 效 ）WRP3.7 （ 外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 信 号 输 出 端 ， 低 电 平 有 效 ）D1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBATitleNumber RevisionSizeA1Date: 30-May-2006 Sheet of File: E:一一一一一一一一一一一一一一BA0D521.DDBrawn By:A0 10A1 9A2 8A3 7A4 6A5 5A6 4A7 3A8 25A9 24A10 21A11 23A12 2CE20OE22PGM27VPP1D011D112D213D315D416D517D618D719VCC28GND14U32764南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 12 页 （ 7） Vcc 主 电 源 输 入 线 ， Vcc 一 般 为 +5V。 （ 8） GND 线 路 接 地 的 管 脚 。（ 9） NC 不 做 任 何 连 接 。2. 2764A 芯 片 的 工 作 方 式 选 择2764A 的 工 作 方 式 选 择 见 表 2-2。 表 2-2 2764A 的 工 作 方 式 选 择引 脚操 作方 式 （ 20CE）O（ 22）PGM（ 27）Vpp/V（ 1）Vcc/V（ 28）输 出（ 1113，151）读 VIL VIL VIH 5 5 DOUT维 持 VIH 任 意 任 意 5 5 高 阻编 程 VIL VIH VIL 12.5 5 DIN编 程 检 查 VIL VIL VIH 12.5 5 DOUT编 程 禁 止 VIH 任 意 任 意 12.5 5 高 阻 3. 2764A 芯 片 的 特 性2764A 是 8K8 位 EPROM 器 件 ， 用 以 存 放 程 序 或 者 是 常 数 。 它 有 十 三 根地 址 线 A12A0， 能 区 分 十 三 位 二 进 制 地 址 信 息 。 这 十 三 根 地 址 线 分 别 与8031 的 P0 口 和 P2.0P2.4 连 接 ， 当 8031 发 送 十 三 位 地 址 信 息 时 ， 可 以 分 别 选中 2764 片 内 8KB 存 储 器 中 任 何 一 个 单 元 。2764 的 引 脚 为 片 选 信 号 输 入 端 ， 低 电 平 有 效 。 引 脚 接 地 表 示 选 中CECE该 2764 芯 片 。 该 片 选 信 号 决 定 了 2764 的 8KB 存 储 器 在 整 个 8031 扩 展 程 序存 储 器 64KB 空 间 中 的 位 置 。2764 的 端 由 8031 的 引 脚 控 制 。 在 一 个 机 器 周 期 内 信 号 两OPSENPSN次 有 效 。 当 信 号 由 高 电 平 变 成 低 电 平 时 ， 允 许 2764 输 出 ， 将 指 定 的PSEN2764 存 储 单 元 的 内 容 送 到 P0 口 ， 在 的 上 升 沿 将 数 据 送 入 单 片 机 CPU内 。2.2.3 片 外 数 据 存 储 器 芯 片 的 选 择在 本 次 设 计 中 只 需 要 扩 展 4KB 的 数 据 存 储 器 ， 我 所 选 用 的 是 市 场 上 比 较容 易 购 买 到 的 静 态 RAM6264。 与 动 态 RAM 相 比 较 ， 静 态 RAM 的 优 点 是 ：南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 13 页 无 须 考 虑 为 保 持 电 路 而 设 置 的 刷 新 电 路 ， 故 扩 展 电 路 比 较 简 单 ； 但 是 它 也 有缺 点 ， 就 是 由 于 静 态 RAM 是 通 过 有 源 电 路 来 保 持 存 储 器 中 的 数 据 的 ， 因 此 要用 后 备 电 池 保 持 数 据 不 丢 失 。扩 展 数 据 存 储 器 空 间 地 址 和 外 扩 程 序 存 储 器 一 样 ， 由 P2 口 提 供 高 四 位 地址 ， P0 口 提 供 低 八 位 地 址 。 片 外 数 据 存 储 器 的 读和 写 由 8031 的 和 信 号 控 制 。 6264 的 管 脚RDW图 如 图 2-4 所 示 。1. 6264 的 管 脚 介 绍 （ 1） A0A12 地 址 输 入 线 。 （ 2） D0D7 双 向 三 态 数 据 线 。（ 3） 片 选 信 号 输 入 线 ， 低 电 平 有 效 。CE只 有 当 6264 的 26 脚 （ CS2） 为 高 电 平 时 ， 且 CE为 低 电 平 时 才 选 中 该 片 。（ 4） 写 允 许 信 号 输 入 端 ， 低 电 平 有 效 。 WR（ 5） Vcc 工 作 电 源 ， 电 压 为 +5V 。 图 2-4 6264 的 管 脚 图（ 6） GND 线 路 地 。 2. 6264 芯 片 的 操 作 方 式 6264 芯 片 的 操 作 方 式 见 表 2-3。表 2-3 6264 芯 片 的 操 作 方 式管 脚操 作 方 式1CS（ 20） （ 26）RD（ 22）WR（ 27）IO IO07(1113) （ 1519）未 选 中 （ 掉 电 ） V IH任 意 任 意 任 意 高 阻未 选 中 （ 掉 电 ） 任 意 V IL任 意 任 意 高 阻输 出 禁 止 V ILV HV IHV IH高 阻读 V V IV LV D OUT写 V ILV IV IV ILD IN写 V V HV LV D1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBATitleNumber RevisionSizeA1Date: 14-May-2006 Sheet of File: E:一一一一一一一一一一一一一一BA0D521.DDBrawn By:A0 10A1 9A2 8A3 7A4 6A5 5A6 4A7 3A8 25A9 24A10 21A11 23A12 2CS1 20CS226WR27RD22D011D112D213D315D416D517D618D719VCC 28GND14U196264南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 14 页 3. 6264 芯 片 的 特 性6264 芯 片 是 8K8 位 的 静 态 随 机 存 储 器 芯 片 ， 28 线 双 列 直 插 式 封 装 。 数据 存 储 器 扩 展 电 路 与 程 序 存 储 器 扩 展 电 路 相 似 ， 所 用 的 地 址 线 与 数 据 线 是 完 全相 同 的 。 读 、 写 控 制 线 用 、 ， 但 是 它 需 要 考 虑 与 其 它 扩 充 的 统 一 编 址RDW以 及 片 选 端 能 否 直 接 接 地 等 问 题 ， 若 是 片 选 端 不 可 以 直 接 接 地 ， 则 要 考 虑 译 码器 的 选 择 和 统 一 进 行 片 选 问 题 。 而 在 本 次 设 计 中 ， 我 选 择 74LS138 译 码 器 。另 外 ， 存 储 器 低 八 位 地 址 需 要 锁 存 器 。 在 本 次 设 计 中 ， 我 所 选 用 于 扩 展 存 储 器的 地 址 锁 存 器 是 74LS373。2.2.4 程 序 存 储 器 及 数 据 存 储 器 的 扩 展在 前 面 介 绍 各 个 芯 片 时 ， 对 各 个 芯 片 的 管 脚 性 能 均 作 了 介 绍 ， 所 扩 展 的 电 路图 的 连 线 即 是 根 据 引 脚 特 性 进 行 的 。 所 得 扩 展 电 路 如 图 2-5 所 示 。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBATitleNumber RevisionSizeA1Date: 15-Jun-2006 Sheet of File: J:一一一一一一BA0D521.DDB Drawn By:+5D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11VCC 20GND 10U2 74LS373EA/VP31X119X218RESET9RD 17WR 16INT012INT1 13T014 T115P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33P0.7 32P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.7 28PSEN 29ALE/P 30TXD11RXD10VCC40GND20U18031AHC14+5+5+5 C13A1B2C3G2A4G2B5G16Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77VCC16GND8U18A15A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CS120CS226WR27RD22D011D112D213D315D416D517D618D719VCC28GND14U196264D0D1D2D3D4D5D6D7 D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7R13R14+5Q2+5Q1+5R12R11D3D4 C15+5BT1D0D1D2D3D4D5D6D7A8A9A10A11A12A13A14A12A13A14A0A1A2A3A4A5A6A7 A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12 A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CE20OE22PGM27VPP1D011D112D213D315D416D517D618D719VCC28GND14U32764图 2-5 程 序 存 储 器 和 数 据 存 储 器 的 扩 展 电 路另 外 由 于 外 扩 了 数 据 存 储 器 ， 为 了 防 止 发 生 紧 急 情 况 时 的 数 据 丢 失 ， 本电 路 中 设 计 了 掉 电 保 护 ， 电 路 的 具 体 接 法 见 图 2-5。本 设 计 需 要 译 码 器 。 在 这 里 我 所 选 用 的 译 码 器 是 74LS138。 74LS138 的 管脚 图 如 图 2-6 所 示 。表 2-4 是 74LS138 译 码 器 的 功 能 表 。南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 15 页 表 2-4 74LS138 译 码 器 的 功 能 表输 入 输 出赋 能 选 择G 1*2C B AY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7选 中 的芯 片 号 H H H H H H H H H 无L H H H H H H H H 无H L L L L L H H H H H H H 0#H L L L H H L H H H H H H 1#H L L H L H H L H H H H H 2#H L L H H H H H L H H H H 3#H L H L L H H H H L H H H 4#H L H L H H H H H H L H H 5#H L H H L H H H H H H L H 6#H L H H H H H H H H H H L 7#备 注 ： 表 格 中 的 =G +G *2AB2由 74LS138 的 功 能 表 ， 我 们 可 以 发 现 只 有 在 G 高1电 平 而 低 电 平 时 ， 74LS138 译 码 器 才 处 于 工 作 状 态 。*2而 译 码 器 究 竟 选 择 哪 个 端 口 上 的 芯 片 ， 则 是 由 CPU 输出 给 译 码 器 的 A、 B、 C 三 个 管 脚 上 的 信 号 决 定 的 。A、 B、 C 这 三 个 管 脚 可 以 接 CPU 的 P2 口 上 的 任 意 三个 管 脚 。 在 本 次 设 计 中 ， C、 B、 A 三 个 管 脚 分 别 接 在8031 的 P2 口 上 的 A14、 A13、 A12 管 脚 上 。由 上 述 扩 展 电 路 ， 我 们 可 以 得 出 这 次 设 计 中 所 扩展 的 片 外 程 序 存 储 器 和 片 外 数 据 存 储 器 的 地 址 图 2-6 74LS138 的 管 脚 图范 围 。 具 体 确 定 方 法 如 下 ：（ 1） 程 序 存 储 器 地 址 范 围 的 确 定 在 这 次 设 计 中 ， 所 选 用 于 扩 展 片 外 程1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBATitleNumber RevisionSizeA1Date: 17-May-2006 Sheet of File: E:一一一一一一一一一一一一一一BA0D521.DDBrawn By:A1B2C3G2A4G2B5G16Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77VCC16GND8U1774LS138南 京 工 程 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ）第 16 页 序 存 储 器 的 是 8K8 的 2764 芯 片 。 因 为 1KB=1024B， 所 以 8KB=2 2 B=2310B， 即 2764 需 要 外 接 13 根 地 址 线 。 即 CPU8031 的 P0 口 的 A0A7 和 P2 口13的 A8A12 按 照 次 序 接 到 2764 的 A0A12 管 脚 上 ， 因 此 ， 地 址 范 围 确 定 如 表2-5 所 示 。表 2-5 程 序 存