经济型数控钻床控制系统硬件电路设计【插图在论文最后】
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数控钻床控制系统硬件电路
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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 经济型数控钻床控制系统 硬件电路设计 学 生 姓 名 班 级 起 止 日 期 指 导 教 师 教研室主任 发任务书日期 2007 年 3 月 1 日 控制轴数：三轴（ X 轴、 Y 轴、 Z 轴）。 扩展存储器： 32K 程序存储器， 8K 数据存储器。 显示：四排 I/O 接口：若干 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 作为主 外扩 32K 程序存储 器， 8K 数据存储器；用 89从 制四排 示；键盘用 8155 扩展； X 轴、 Y 轴、 Z 轴步进电机正、反转脉冲信号经锁存器输出；用 8255 扩展若干输入、输 出信号接口。 （ 1）毕业设计说明书（论文） （ 2）控制系统原理图 （ 3） （ 4）英文资料译文 片机应用系统设计 . 北京：北京航空航天大学出版 社， 1990 年 单片机原理及接口技术 京航空航天大学出版社， 1999 单片机原理与应用 . 北京：机械工业出版社， 2004 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 熟悉课题 收集资料 写毕业设计开题报告 拟定方案 展电路设计 显示电路设计 手动键盘和编辑键盘电路设计 I/O 扩展电路设 计 用 制 展电路原理图 用 制其余电路原理图 绘制 英文资料翻译 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 本科毕业设计（论文）开题报告 题目： 经济型数控钻床控制系统硬件电路设计 专 业： 自动化（数控技术应用） 班 级： 数控 034 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2007 年 3 月 本科毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 学 号 专 业 自动化（数控技术应用） 指导教师 职 称 副教授 所在院系 自动化学院 课题来源 自拟课题 课题性质 工程 设计 课题名称 经济型数控钻 床 控制 系统硬件电路设计 毕业设计的内容和意 义 课题研究的内容： 采用 8031 作为主 扩 32K 程序存储器， 8K 数据存储器， 并使 用89从 制四排 示 ；键盘用 8155 扩展，并用它剩余的 行经济型数控钻床控制系统 硬件电路 设计。 毕业设计的具体内容： 1、 控制轴数：三轴（ X 轴、 Y 轴、 Z 轴）； 2、 扩展程序存储器： 32K 程序存储器， 8K 数据存储器； 3、 显示器：四排 示； 4、 输入： 8155 扩展键盘输入； 5、 I/O 接口：用 8255 扩展 本课题研究的意义： 本课题对单片机在数控钻床控制系统硬件电路中的应用进行了研究，其研究意义如下： 1、此系统 不仅可以作为经济型数控钻床的控制系统，还可用作对普通钻床的数控改造 。 在国内有着十分广阔的市场前景。 2、 此系统为运用单片机开发，设计此系统可以巩固和加深在课堂上所学的单片机知识。有着十分重要的研究价值。 3、设计此系统可以培养严谨的工作态度，良好的工程意识。 4、本设计考虑到我国国内的大多数中小型企业对于其生产的零件精度，经济型数控机床足以满足，经济型车床在我国的前景至少在 未来的几十年还是十分广阔的，故本设计必将对我国的现代化建设做出一定的贡献。 文 献 综 述 文献 16全面讲述了通用的集成电路芯片的引脚功能，在本控制系统中用到的十几种芯片都是通过查阅 这两本文献获得各自引脚功能的。 文献 234介绍了单片机的 内外部结构，引脚的含义和工作方式，以及编程方式， 其中 详细介绍了显示电路的设计，通过 它对四 排 示有了设计的思路。 通过这几本书为设计打开了思路， 指 引了方向。 文献 5详细介绍了 控制原理，基于它设计 的机床数控系统的软、硬件方法。书中 所有电路和软件例程都通过测试 。文献 7全面的讲述了 是用方法，为设计出来的电路图可以转变成 过此书可以完成后期的画图。 文献 9全面讲述了整个自动化的工艺流程，讲述了国外的数控机床的现状及发展。 参考文献： 通用集成电路速查手册 M东科学技术出版社 51 单片机应用系统设计 M京航空航天大学出版社 单片机外围器件实用手册输出通道器件分册 M京航空航天大学出版社 瑞 M京航空航天大学出版社 . 动控制芯片与数控系统设计 M京航空航天大学出版社 数字电子技术基础 M等教育出版社 . 电子线 用指南 M械工业出版社 . 9 设计与应用技巧 J学出版社 . 俊 四版） M安交通大学出版社 10. . . 北京：清华大学出版社 M单片机应用系统的功率接口技术 M航出版社 研 究 内 容 采用 8031 作为主 扩 32K 程序存储器， 8K 数据存储器， 8031 的 制 +X、 +Y、 +Z、 向 进给 以及启动 、 停止 、超程报警 ：用 89从 制四排 态显示； 用 8155 扩展矩阵键盘，剩余的 用于与外界信号的联络；用 8255 口扩 式波段开关；用 74 273D 触发器，完成步进电机信号输出接口电路。通过模块间的数据线和控制线的连接，最终形成数控钻床 系统硬件电路。 研 究 计 划 熟悉资料 、借阅资料、复习相关专业内容 3 15 写毕业设计开提报告 拟定方案 展电路设计 显示电路设计 手动键盘和编辑键盘设计 I/O 扩展电路设计 五一休息 用 制原理图和 英文资料翻译 毕业论文撰写、准备答辩 毕业答辩 特 色 与 创 新 本论文特色与创新如下： 1、本毕业设计是经济型数控钻床硬件电路的设计，虽然采用 高端器件也可完成，但我采用传统的 8031 单片机就可足以实现控制系统的硬件电路，使性价比更高 。 3、本设计运用了 89为从 显示电路进行控制，是本设计的一大特色，他不但减轻了 8031 主 负担，加快了运算速度，而且节省了很多硬件 ，在进行原理图设计时更加简洁，理解起来也更加容易。 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 主任签名： 年 月 日 系部意见 教学主任签名： 年 月 日 本科毕业设计（论文） 题目： 经济型数控钻床控制系统硬件电路设计 专 业： 自动化（数控技术应用） 班 级： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： _ 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） - I - 摘 要 本文介绍了经济型数控钻床控制系统硬件电路的设计方法。该控制系统以8031为主 它来控制整个数控钻床的工作 ,另外选用 89从 实现对八位 031扩展了外部程序存储器 27256和数据存储器 6264，外部程序存储器用于存放系统程序；数据存储器用于存放加工程序和数控系统处理的中间数据。本设计用 8155 来实现键盘接口电路的扩展。数控钻床的 式包括手动、自动、空运行、回零、编辑等，它的扩展本设计选用了 8255芯片的 进电机控制信号由 8031发出，通过总线驱动，由 74发器向外发送。利用 8155 和 8255 的剩余口进行输入输出接口电路的扩展。各芯片间信息的相互传递，通过数据总线和控制总线来实现。 加之以相应的软件，此系统就构成了完整的 数控钻床控制系统。它不仅可以作为经济型数控钻床的控制系统，还可用作对普通钻床的数控改造。在国内的中小企业将有一定的应用市场。 关键词： 数控钻床；控制系统；电路设计；南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） - n of is A 8031 as 89is as PU to An 7256 a 264 to 155. DI of C to so A of a 8255 is a 8031, a D 4155 255 , be C of a or in of So it in of or of 文） - 目 录 第一章 绪论 . 1 言 . 1 题背景与意义 . 1 究现状 . 2 文的结构 . 3 第二章 数控钻床控制系统电路设计 . 4 计总体思路及结构 控钻床控制系统主 选择 . 5 制系统复位电路的设计 . 6 储器扩展电 路设计 . 7 盘扩展电路设计 . 11 示电路设计 . 14 段数码管动态显示电路 . 十六段数码管静态显示电路 .入 /输出信号接口电路设计 . 22 进电机控制信号输出接口电路设计 . 25 码电路设计 .三章 控制系统电路原理图以及 的绘制 . 27 路原理的图绘制 . 27 . 28 第四章 结论 . 30 文总结 . 30 想 . 30 致谢 . 32 参考文献 . 33 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 41 第一章 绪 论 引言 随 着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发 生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上， 数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 目前我国机床总拥有量约为 400 万台，其中数控机床只有 8 万多台，远远低于美国、日本、德国、韩国等 制造业发达国家机床数控化率 20 以上的水平。主要表现在设备老化陈旧、自动化水平低、技术水平落后、劳动生产率低，严重影响了生产力的发展。采用先进的工艺设备，逐步增加数控机床所占比重，已经成为我国制造技术发展的总趋势，也是企业走出困境、提升水平，实现跨越式发展的必由之路。提高机床数控化率有两个途径：（ 1）购买新的数控机床； （ 2） 把普通型的旧机床改造成数控机床。 目前我国的普通钻床仍占很大比重，所以才会出现上述的大量求购意向，而且还有的小型企业不愿废弃原有的普通钻床，想要在已有的普通钻床基础上进行数控改造 ，这都需要开发适合普通机床改造的经济型数控系统。 题背景与意义 由于我国现处于社会主义初级阶段，经济水平相对而言比较落后，普通钻床占据着国内绝大多数的市场，而普通钻床有着很大的弊端，如精度方面达不到要求，工作效率比较低。所以经济型数控钻床以及对普通钻床进行经济型数控钻床改造，在国内还是有着十分广阔的前景。 本设计选用了 8031 单片机作为核心，开发通用型数控钻床的控制系统。它具有以下几点优势： 1）开发成本低。 8031 单片机芯片的价格（ 10 元左右）相对现在比较前沿南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 42 的 （ 200 元左右）而言有 着绝对的优势。 2）电路设计简单。 3）通用性好。 相对于传统的由纯硬件组成的普通钻床控制电路而言，它的控制信号是由芯片发出的，所以它的控制系统的通用性很强。它不但能用做经济型数控钻床的控制系统，而且可以用来对普通钻床进行数控改造。 所以此课题有一定的研究价值，能取得一定的经济效益及社会意义。 究现状 随着科技发展的日新月异，新一代的 控制算法不断推陈出新， 目前，数控技术正在发生根本性变革 ，较传统相比，各方面都有很大的提高。 1 高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关 键性能指标。由于采用了高速 片、多 制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。 2 柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 3 工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着 多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工 。 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研 究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 43 而达到最佳控制的目的。 4 智能化新一代 控系统 智能化新一代 控系统将计算机智能技术、网络技术、 服控制、自适应控制、动态 数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。 文结构 本文以数控钻床硬件电路的研发工程项目为应用背景，对数控技术进行了研究。全文共分为四章，各章的主要内容如下： 第一章扼要地介绍了国内外数控技术的现状发展趋势与研究背景； 第二章分模块地介绍了整个数控钻床控制系统的硬件电路及相关芯片的结构与用法。 第三章对怎样用绘制软件 成本毕业设计的原理图及 第四章对数控钻床控制系统硬件电路设计工作进行了总结，给出了存在的问题和 进一步研究的方向。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 44 第二章 数控钻床 控制系统电路设计 计的总体思路及结构 本设计是以 8031单片机为核心，开发通用型数控钻床的控制系统。从 用了 89来对动态显示电路进行控制。 之所以选择 8031 单片机作为主 能稳定，被广泛地用于工程设计中。 选用 89动态显示进行控制，不但节省了很多硬件，节约了成本，而且使 8031 主 必花很多时间用在对显示电路的控制上，从而使得此系统运行更快，更稳定。 总体 设计一共分为七个模块来实现整个控制系统的各功能。它们分别是： （ 1）控制系统复位电路模块 包括上电复位和手动复位，当系统上电时复位引脚获得高电平，使系统复位。急停键和复位键按下时都可以使系统复位，急停时还可使 （ 2）存储器扩展电路模块 选用 27256 32序存储器对 8031 进行程序存储器扩展，用 74 8031 的低八位地址进行锁存，与高七位地址组合得到十五位地址，即可对 27256 的地址进行选择。选用 6264 8据存储器，进行数据存储器扩展，用 138对 它进行片选。 （ 3） 键盘扩展电路模块 它分为两部分，分别是 8031别控制， 止、超程报警，用 8155的 和 0个按钮的矩阵键盘。 （ 4）显示电路模块 分为动态显示电路和静态显示电路。四排动态显示由89控制，它用来显示数字字符。十六位静态显示是由 8031 主 制的，它用来显示英文字符。 （ 5）输入输出接口电路扩展模块 它分为 8255 扩展电路和 8155I/O 信号接口电路。 8255 的 作为 动运行、空运行、回零、编辑、手动）方式的输入端， 和 用于 外部信号的收发。 8155 的 用于 外部信号的联络。 （ 6）步进电机控制信号输出模块 8031 的脉冲信号通过 74线驱动器驱动，由 74外发送步进电机脉冲。 （ 7） 74码电路 8031 通过 74码得到各芯片的片选地址，加上相应的读写信号，从而控制整个数控钻床控制系统。 图 27256 16段 态显示电路 6264 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 45 图 模块构成框图 制系统主 择 作为主 031是本设计的核心芯片。 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 具有价格低、功能强、使用灵活、开发方便等特点，输入输出口也够用，所以能用于数控钻床控制系统的设计； 而本人在 大学课程中的单片机和微机原理两门专业课，都对此芯片作了详细的介绍。 因此我选用 8031 单片机作为此系统的核心 1. 8031 单片机的特点 1）具有功能很强的 8 位中央处理单元（ 2）片内有时钟发生电路（ 12每执行一条指令的时间为 1 4s; 3）片内具有 128 字节的 4）具有 21 个特殊寄存器； 5）可扩展 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 口， 32 根 I/O 线； 7）具有 2 个 16 位定时器 /计数器； 8）具有 5 个中断源，配备 2 个中断优先级； 9）具有一个全双功串行接口； 10）具有位寻址能力，适合逻辑运算。 从上述特性可以看出这种 8031 芯片集成度高、功能强，只需增加少量外围动态显示 8031主155 矩阵键盘 I/O 信号的收发 74255 至步进电机驱动 74发信号电路 2051 手动键盘 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 46 器件就可以构成一个完整的微机控制系统。 2 8031 引脚功能 8031 一共有 40 个引脚，见图 中 0 脚 )接 +5V 电压， 地。9 脚 )和 8 脚 )接外部晶振的信号（我选择的晶振频率为12即把外部振荡器的信号直接连到内部时钟发生器输入端。 0 脚 )允许地址锁存引脚，用于锁存地址的低字节。它可用作对外输出时钟，或用于 定时。 9 脚 )外部程序存储器读选通信号引脚。在从外部程序存储器取指令期间，每个机器周期 次有效。在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次信号将 不出现。此引脚可驱动八个 电路。 1 脚 )对于 8031 而言此引脚必须接地，这样才能选择外部程序存储器 27256。 （ 1 脚 8 脚）：是八位准双向 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻，输出也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。 能驱动四个 载。在此模块中 用来进行手动控制主轴进给。由于此钻床系统为三轴控制（ Z， Y， Z），加 上启动与暂停口（超程与暂停共用一个端口）， 的 8 个输入端都被充分利用。 （ 21 脚 28 脚）：是八位准双向 I/O 口。在访问外部存储器时，它可以作为高 8 位地址总线，送出高八位地址。 可以驱动四个 载。 （ 10 脚 17 脚）：是八位准双向 I/O 口。 驱动四个 载。它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 相同。作为 第二功能使用时，各引脚的定义如表 示。 表 3 口第二功能表 制系统 复位电路设计 当振荡器运行时，在 脚引脚 )上出现两个机器周期的高电平，使单片引脚 第二功能 行口输入端 ) 串行 行口输出端 ) 部中断 0 请求输入端，低电平有效 ) 部中断 1 请求输入端，低电平有效 ) 0(定时器 /计数器 0 计数脉冲输入端 ) 1(定时器 /计数器 1 计数脉冲输入端 ) R(外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效 ) D(外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效 ) 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 47 机复位。复位电路可分为系 统上电复位和手动复位，如图 示，系统上电瞬间电容 电，与非门的两个输入端为低电平，输出高电平使系统复位。按下“复位”按钮与“急停”按钮都可使系统复位。当按下复位按纽时，与非门“ 2”号引脚经电阻分压所得低电平，使单片机复位。当急停键没按下时，此端管脚处于高电平，即与非门的一个管脚“ 1”为高电平，此时若连接与非门的另一个管脚的复位按钮没按下，则“ 2”号引脚也为高电平，两个高电平与非所得低电平， 8031 不复位。若按下急停键，与之连接的二极管导通，“ 1”号引脚为低电平，此时无论复位按钮有没有按下，与 非门的输出端为高电平，使 8031 复位，同时 输入端口为低电平，向 请中断。 2. 图 制系统复位电路图 储器扩展电路设计 图 存储器扩展电路模块，该模块除了 8031 外，还用到： 74427256、 6264四个主要芯片。 由于本系统是采用 8031作为主 以必须外接一个 27256编程功能的只读存储器 ,当它置于紫外线灯下照 20部内容变为全“ 1”，通过编程器将程序代码写入后消息不会丢失，可靠性很高。所以本模块选择它作为程序存储器扩展芯片。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 48 其引脚意义如下： 址输入线。因为 27256一共有 15根地址线，所以 地址线没有选用，设取值为“ 0”。 27256地址范围见下表 表 程序存储器地址表 三态数据总线（有时用 示）。读或编程检验时为数据输出线，编程时为数据输入线。维持或编程禁止时为高阻抗。 电平有效，它与 8031的 8031 从 27256取指令期间，每个机器周期 次有效，即 脚两次出现低 电平。在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次信号将 不出现。 编程电源输入线 模块中 5V，电压通过电容与片选信号 片选信号 电平有效，此时 中 27256。 由于 27256的地址线为 15位，而主 以必须有一个地址锁存器，锁存低八位地址。由于我在大学课本中只接触到74种地址锁存器，所以选择它来进行地址锁存。其管脚中 数据输入端， 数据输出端 ， 输出控制端，当 低电平时，允许出到 ，当 高电平时，输出线为浮空状态，此模块中 74直有效。 出端输入端 状态相同，当 低电平时 (下降沿 )，输入端 0的数据锁入到 位锁存器中。 在此钻床控制系统中，主控程序都被固化在 27256，主 过运行其中程序来对整个钻床系统进行控制。 而数控钻床在运行过程中将其正在执行的程序和各种计算的结果存储到 地址 0 0 0 0 0 0 0000H 0 0 0 0 0 0 1 0001H 0 0 0 0 0 1 0 0002H 0 1 1 1 1 1 0 7 1 1 1 1 1 1 7京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 49 中， 8031内部 128B 的 以 必须外扩一个 图 储器扩展电路图 本设计选择采用半导体静态随机存储器 为数据存储器扩展。之所以选择 因为考虑到它与 比抗干扰能力强，无需 刷新逻辑电路就可以保持数据信息的不丢失。在 列中，容量为 8 6264 作为本设计的外扩 为合适，其中： 址输入线。 向三态数据线，有时用 00 选通信号输入线，低电平有效，此信号与 138 的 连，经译码得出 6264的地址范围。地址范围见表 选通信号输入线，低电平有效，它与 8031的 读选通信号输入线，低电平有效，它与 8031的 工作电源 5V。 路接地。 图中 6264的 第二片选信号，高电平有效。 ,选中 6264。在此模块中因为 系统所能提供的为 5V，所以必须接 表 数据存储器地址表 地址线 地址 0 1 0 0 0 京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 50 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 分压电路，见下图 个电阻 阻值分别为 和 10K ，经计算 又因为 6264 是随机存储器，所以如果不外接电源，系统一但掉电，其 中的数据将会丢失，为了保存其中有用的数据，本模块还设计了掉电保护电路。 如图 系统没有掉电时，上面的二极管导通，由于干电池的电压小于 5V，所以下面的二极管截止， 6264 由系统供电。当系统掉电时，下面的二极管导通， 6264由干电池供电。 图 压电路 图 盘扩展电路设计 数控钻床的控制系统需要一个人机对话装置，这种人机对话装置通常采用键盘和显示器。显示器是单片机应用系统人机对话中常用的输出装置，键盘是单片机应用系统中人机对话常用的输入装置。键盘的结构有两类，一类是独立式键盘，另一类是矩阵式键盘。本系统中我用 8155 扩展了一个四十个按钮的矩阵式键盘(见图 用 8031 的 扩展了一个八按钮的独立式键盘（见图 。下面对键盘的设计进行详细的介绍。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 51 1 8155键盘扩展电路 8155 键盘扩展电路可分为四部分：矩阵式键盘， 8155 芯片，上拉电阻，74 如图 示，矩阵式键盘的按键触点接于由行、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。 8155 的 出键盘的扫描信号， 来接收键盘读入的信号。根据按下键的不同，产生的键值也不同，一个键 对应于一个键值，事实上每个键的输出与输入的组合是唯一的，只要按下一个键，那么就可以得到一个键的编码值，这个值由软件控制，不同的键，编码值是不同的。矩阵式键盘的优点是：它能最大化地利用可编程 I/好地满足多键值键盘设计的需要。在本模块中，键盘电路用到了 8155的 8个 和 5个 展了 40个键值的矩阵式键盘。 图 155键盘扩展电路模块 （ 1） 8155地址的分配 双向地址数 /据线 时传送但单片机和 8155之间的地址、数据、命令、状态 信息。在地址锁存信号 降沿将 位地址、 O 口选择信息锁存。因此， 0口输出的低 8 位地址不需要再外接锁存器。 =0 时单片机选择 8155 中的 /写， =1，单片机选择 8155寄存器或端口，地址分配见下表 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 52 表 155地址分配表 由于 4 ， 端接 以 根据表 得 此 8155端口的具体地址表见表 表 155口具体地址分配表 命令状态寄存器： 9000H 9001H 9002H 9003H 计数器低八位： 9004H 计数器高八位： 9005H 内部 8000H 80 （ 2）与 8031 的连接 读写控制输入线 电平有效，它与 8031 的读写信号连接在一起。 此键盘电路中 的 8 个端口连接一个非门集成电路 74作为此矩阵式键盘的输出口，输出键盘的扫描信号。 作为输入口，用来接收键盘读入信号。剩余的 于申请中断。 +5V 电 源和接地。 8155提供的 、 计数器都是可编程的。 过读状态字来判别它们的状态。命令字和状态字寄存器公用一个地址，命令字寄存器只能写不能读。状态字寄存器只能读不能写。 （ 3） 八三态反向缓冲器 74此模块中 741， E 6 4 1 选端口 0 1 0 0 0 命令 /状态寄存器 0 1 0 0 1 A 口 0 1 0 1 0 B 口 0 1 0 1 1 C 口 0 1 1 0 0 计数器低八位 0 1 1 0 1 计数器高八位 0 0 元 14 12 10 8 6 4 2 0 所选端口 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 命令 /状态寄存器 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 A 口 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 B 口 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 C 口 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 计数器低八位 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 计数器高八位 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 元 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 53 充当八个非门。图 图 三态反向缓冲器 74脚图 2. 8031 本钻床手动进给方式是用独立式键盘来实 现的。独立式键盘的每个键都是有一根信号线与单片机相连，所有按键共接一个公共地，每个键相互独立，互不影响。 如图 031的 钮的另一端共同接地。八个按钮分别对钻床主轴的 +X、 +Y、 +Z、 向的进给运动和启动、暂停、超程报警进行控制（其中输入超程信号和暂停信号接入同一端口 。当没有进给或启动暂停需要时， 8个端口由上拉电阻引入高电平，当有进给或启动暂停需要时，按下所需按钮 +5端口电压为低电平， 进行相应的控制。 示电路设计 本设计的显示电路可分为两种，静态显示和动态显示。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 54 图 动键盘电路图 静态显示不占用 作时间，但需要使用锁存器进行数据锁存，而本设计如果采用静态显示方式的话就需要使用几十个锁存器，这样硬件电路太复杂，而且会造成设计成本提高。而本人设计的是经济型数控系统，所以本设计采用动态显示方式，而动态显示方式虽然可以减少硬件使原理图简洁，但严重占用 响控制系统处理其他数据的速度。所以决定使用一个从 门用来控制 显示电路。显示 要是按照主 来的显示命令和显示内容，组成相应的显示信息，负责产生显示器所需要的扫描信号，控制显示器按规定的显示方式显示有关信息。 段数码管动态显示电路 此模块中一共用到五个芯片。分别是 89 个）， 段数码管四排（共 24 个）， 744个）， 74个）， 74个），和 74个）。 图 件从上到下从左到右分别为， 748747474 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 55 图 图中， 89 分别与 74、 B、 7474O 41 出端 段 码管的“ 3”“ 8”引脚，（数码管是共阴极接法）当 89、 000”时， 输出低电平，选中第一列（从右往左） 一列数码管发光，显示字符。当三口输出“ 001”时，第二列数码管发光，显示字符，以次类推，当译码管译码速度很快，且 74位达到一定频率时，给人的感觉是，所有数码管显示字符，这就实现了 8段数码管的动态显示。由此看出， 89 用 89动态显示进行控制，不但节省了很多硬件，节约了成本，而且使 8031 主 必花很多时间用在对显示电 路的控制上，从而使得此系统运行更快，更稳定。 （ 1） 89性能及特点 89一种低功耗、高性能的 8 位 内带 2快闪可编程及可擦除只读存储器（ 它与主 令兼容，片内 许对程序存储器在线重新编程。 051 将具有多种功能的 8 位 合在同一芯片上，为很多嵌入式控制应用提供了高度灵活价格适宜的方案。 2051 还增加了在零平下工作的静态逻辑方式及两种软件可选的省电模式。其中，在闲置模式下， 止工作， 但 时 /计数器，串行口和中断系统仍然在工作，在掉电模式下，只保存 内容，振荡器停振，关闭芯片的所有其他功能，直到下一次硬件复位为止。 89要性能如下： 1）低功耗的闲置与掉电模式。 2）有片内精密模拟比较器。 3）可直接驱动 4）可编程串行通道。 5） 5 个中断源。 6） 2 个十六位定时器 /计数器。 7） 15 条可编程 I/O 线。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 56 8）宽工作电压范围为 V。 9）两级程序存储器加密。 10）全静态工作方式： 04 11）与 品兼容。 12） 2线可重复编程快闪存储器， 图 89脚图 寿命可达 1000 次写 /擦除周期。 （ 2）引脚功能说明 89脚分布如图 示。 供电电源。 电路地。 为双向八位 I/O 口。 脚有内部上拉电阻 要外部上拉电阻。 作为模拟比较器的正输入端和负输入 端，与片内精密比较器相连。 输出缓冲器能吸收 20入电流，并可直接驱动 向端口写入电平“ 1”时，可作为输入引脚。因为 内部上
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