通用两维运动平台说明书

1、内蒙古工业大学课程设计摘 要【摘要】：X-Y工作台是指能分别沿着X向和Y向移动的工作台。数控机床的加工系统、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中共性和关键的技术。本次课程设计，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，寿命等参数；还设计了导轨，根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。利

2、用8031、6264、2764、373、8155、8255等MCS51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；MCS51单片机目 录第一章 总体设计方案41.1系统运动方式的确定与驱动系统的选择41.2机械传动方式41.3计算机系统选择41.4总体方案的确定5第二章 机床进给驱动系统机械部分设计计算62.1 设计参数62.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型62.2.1 X向进给丝杠62.2.2 Y向进给丝杠82.2.3滚珠丝杠副的几何参数132.3 滚动导轨的计算与选择132.3.1 滚动导轨副的额定寿命132.4.1 转动惯量的计算152.4.2 电机的力矩

3、的计算16第三章 微机数控系统硬件电路设计233.1 计算机系统233-2 单片微机数控系统硬件电路设计内容233.2.1 绘制电气控制系统框图233.2.2 选择CPU的类型243.2.3 存储器扩展电路的设计243.2.4 I/O接口电路设计253.3 各类芯片简介253.3.1 8031芯片简介253.3.2 373芯片简介253.3.3 6264芯片简介263.3.4 2764芯片简介263.3.5 8155芯片简介263.3.6 8255芯片简介263.4 存储器扩展电路设计273.4.1 程序存储器ROM的扩展273.4.2 数据存储器RAM的扩展273.4.3 译码电路的设计28

4、3.5 I/O接口电路的设计283.5.1 8155通用可编程接口芯片283.5.2 8255可编程接口芯片293.5.3 键盘显示接口电路293.6 8031的时钟电路303.7 复位电路303.8 越界报警电路313.9 掉电保护电路313.10 控制系统的功能313.11 控制系统的工作原理31参考资料33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。为了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

5、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、8086、DSP、基于DSP的运动控制芯片，ARM嵌入式微处理器技术。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

6、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。1.4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第二章 机床进给驱动系统机械部分设计计算2.1 设计参数1、工作台台面尺寸：2、工作台移动尺寸：3、夹具和工作台总重：4、最高运行速度：步进电动机运行方式：空载：1.2m/mim：切削：0.6m/min；5、系统分辨率：开环模式 0.01mm/step；6、系统定位精度：开环模式 0.10mm；7、切削负载：X向400N；Y向 500N；Z向 600N； 2.2 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

7、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综合导轨的计算公式。计算公式为：式中 、-切削分力（N）； -移动部件上的重量（N）； -主轴上的扭距（Ncm）； -导轨上的摩擦系数，随导轨型式而不同； -考虑颠复力矩影响的实验系数；综合导轨的 , ，取，式中， ，代入计算得 （2）、计算最大动载荷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100万转（106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

8、的最大动负载，用下式计算选择： 式中 -寿命，以10转为一单位 -温度系数，小于100摄氏度=1 -硬度系数，=1 -精度系数，三级精度=1 -可靠度系数，可靠度为95%，=0.62 -为运转系数；有一般运转时 =1.2-1.5 -丝杠转速，用下式计算 -为最大切削力条件下的进给速度， -丝杠导程，； -为使用寿命，对于数控机床取； 初选导程=4，由任务书可知最大切削力下的速度，则,代入公式可计算得 =150 （3）、滚珠丝杠螺母副的选型所选丝杠螺母副规格如下（其中载荷单位为kgf）表2-1 丝杠螺母副规格根据以上算得的最大动负载在表中选用型号额定动载荷为，满足前面进给方向的要求。（4）、传动

9、效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率： 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。由选用的W1L2506的滚珠死杠的相关数据可知丝杠螺旋升角代入公式计算得 2.2.2 Y向进给丝杠（1）、计算进给牵引力计算公式为：式中 、-切削分力（N）； -移动部件上的重量（N）； -主轴上的扭距（Ncm）； -导轨上的摩擦系数，随导轨型式而不同； -考虑颠复力矩影响的实验系数；综合导轨的 , 取，式中，代入计算得 （2）、计算最大动载荷用下式计算选择： 式中 -寿命，以10转为一单位-温度系数，小于100摄氏度=1 -硬度系数，=1 -精度系数，三级精度=1 -可靠度系数，可

10、靠度为95%，=0.62 -为运转系数；有一般运转时 =1.2-1.5 -丝杠转速，用下式计算 -为最大切削力条件下的进给速度， -丝杠导程，； -为使用寿命，对于数控机床取； 初选导程，由任务书可知最大切削力下的速度，则,代入公式计算可得 （3）、滚珠丝杠螺母副的选型所选丝杠螺母副规格如下（其中载荷单位为kgf）表2-2 丝杠螺母副规格根据以上算得的最大动负载在表中选用型号额定动载荷为，满足前面进给方向的要求。（4）、传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率： 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。由选用的W1L2506的滚珠死杠的相关数据可知丝杠螺旋升角代

11、入公式计算得 （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578.6N,由螺母装配总长度为75mm,丝杠螺纹长度取250mm,预计长度为410mm,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. GJ ML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： 式

12、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，;-滚珠丝杠的导程，; -材料弹性模数，对钢 E=20.6,(); -滚珠丝杠截面积（按内径确定）.“+”号用于拉伸，“-”号用于压缩。其中，为X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 式中 -滚珠丝杠在支撑间的受力长度，.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。计算得 =0.0040 mm 2)、滚珠与螺纹滚道间接触变形当对丝杠加有预紧力，且预紧力为轴向最大负载的1/3时， 之值可减少一半；此变形可根据我所选用的滚珠丝

13、杠在指导书中的图4-7中查到其值为，虽然有预紧但不做减半的处理，用其查出的值。3)、支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形不同类型的轴承的接触变形量可用不同的公式计算，我选用的是角接触球轴承则公式如下：式中 -轴承所受轴向载荷，； -轴承的滚动体数目； -轴承滚动体直径，；由于其中的一些数据无法获得准确值只能作粗略的估算，式中轴承所受轴向载荷，轴承的滚动体数目，轴承滚动体直径代入算得 。这里因为滚珠丝杠的扭转变形引起导程的变化量占的比重比较小忽略不计，螺母座变形及轴承座变形的变形量计算比较困难，在结构上作了相应的处理所以也不作计算。总的变形量 = 0.0095mm小于要求的定位精度0.1mm合乎设计

14、的要求。（6）、稳定性验算 滚珠丝杠一端为角接触轴承固定支撑，另一端为深沟球轴承支撑，不会产生失稳现象，不需要进行稳定性校核。（7）、滚珠丝杠的长度确定X向： 螺纹的有效行程L0=200mm；螺母的长度L1=75mm；单侧丝杠防护罩的长度Lmin=30mm；固定支撑座的厚度B=45mm；游动端支撑座的L2=40mm；电机连接端长度L3=45mm；其他阶梯轴长度L4=100mm丝杠的总长度L =L0 +L1 +2Lmin+B+ L2+ L3 +L4=200+75+2*30+45+40+45+100=565（mm）。Y向： 螺纹的有效行程L0=160mm；螺母的长度L1=75mm；单侧丝杠防护罩的

15、长度Lmin=30mm；固定支撑座的厚度B=45mm；游动端支撑座的L2=40mm；电机连接端长度L3=45mm；其他阶梯轴长度L4=100 mm；丝杠的总长度L =L0 +L1 +2Lmin+B+ L2+ L3 +L4 =250+95+2*30+45+40+45+100=565（mm）。2.2.3滚珠丝杠副的几何参数图2-2 滚珠丝杠副几何参数2.3 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=；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

16、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： 其中的、为下图中所示的尺寸：图2-3 工作台及导轨块的放置 式中的为作用于同一平面内的若干套导轨副的总载荷在这里我的设计任务中指出了，。则假定负载重心集中在其中一个导轨块上则： 对于我的任务书来讲载荷呈线性变化初选定直线导轨副的型号为：SBG15FL型，其额定载荷为：C=8500N(2)、滚动导轨副的额定寿命1、额定寿命计算其计算公式如下： 式中 -额定寿命； -额定动载荷；额定动载荷-计算载荷,=50k

17、gf;-温度系数；运行时的温度小于100查相关资料可的；-接触系数；导轨上的滑块数为2查相关资料-载荷系数；无明显冲击和震动，中速运动场合速度在15-60m/min之间查相关资料-硬度系数；滚道硬度不得低于HRC58故通常取代入公式计算得：=59421km2、寿命时间的计算 =1800km L远大于 故初选型号满足设计要求。直线导轨副的参数表2-3 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）

18、、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=4mm，名义直径=20mm,两支撑间距L=450mm可计算出丝杠的转动惯量，公式如下： = 0.423kg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(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4-22所示工作台折算到丝杠轴上的转动惯量，由丝杠导程L0=4mm，工作台重量为600N，可查出N工作台的转动惯量为4.13，则工作台的折算转动惯量为： (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

19、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：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FHB397三相高性能混合式步进电机，电机惯量为1.32。所以=0.66，基本满足惯量匹配要求。传动系统折算到电机轴上的总转动惯量为1.99082.4.2 电机的力矩的计算电机的负载力矩在各种工况

20、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。初选电机尺寸规格参数如下表表2-4 FHB397 步进电机尺寸规格X向电机力矩的计算(1)、快速空载起动时所需力矩 式中 -快速空载起动力矩； -空载起动时折算到电机上的加速力矩； -折算到电机轴上的摩擦力矩； -由于丝杠欲紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩其中 式中 -传动系统折算到电机轴上的总的等校转动惯量； -电机的最大转速； -运动部件动停止起动加速到最快进给速度所需时间;代入上式 =544.54N*cm折算到电机轴上的摩擦力矩： 式中 -导轨的摩擦力；=0.004*(60

21、0+600)=3.6N-垂直方向的切削力；-运动部件的总重量；-导轨的摩擦系数；-齿轮降速比，这里无齿轮既； -传动链总效率，这里取0.8；代入求解 附加摩擦力：式中 -滚珠丝杠预加负荷，一般取，为进给牵引力；-滚珠丝杠导程；-滚珠丝杠未预紧时的传动效率；=0.9代入算得 根据上面的计算结果可得 =28.11N*cm717N*cm比初选的电机的最大转矩小符合设计要求。(2)、快速进给时所需力矩： =2.788N*cm2.39N*m比初选电机的额定转矩小，符合要求。(3)、最大切削时所需力矩： 式中 -折算到电机轴上的切削负载力矩；的求解公式如下： 式中 -进给方向上的最大切削力；代入数据计算得

22、 综合以上数据可算得 =0.28+2.501+31.847=34.635N*cm其与电机的额定转矩比较，小于额定转矩200N*cm，故合乎设计要求。通过以上的演算可知，初选的电机合乎设计要求。Y向电机力矩的计算(1)、快速空载起动时所需力矩 式中 -快速空载起动力矩； -空载起动时折算到电机上的加速力矩； -折算到电机轴上的摩擦力矩； -由于丝杠欲紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩其中 式中 -传动系统折算到电机轴上的总的等校转动惯量； -电机的最大转速； -运动部件动停止起动加速到最快进给速度所需时间;代入上式 =544.54N*cm折算到电机轴上的摩擦力矩： 式中 -导轨的摩擦力；=0.00

23、4*(600+600)=3.6N-垂直方向的切削力；-运动部件的总重量；-导轨的摩擦系数；-齿轮降速比，这里无齿轮既； -传动链总效率，这里取0.8；代入求解 附加摩擦力：式中 -滚珠丝杠预加负荷，一般取，为进给牵引力；-滚珠丝杠导程；-滚珠丝杠未预紧时的传动效率；=0.9代入算得 根据上面的计算结果可得 =28.30N*cm717N*cm比初选的电机的最大转矩小符合设计要求。(2)、快速进给时所需力矩： =3.207N*cm2.39N*m比初选电机的额定转矩小，符合要求。(3)、最大切削时所需力矩： 式中 -折算到电机轴上的切削负载力矩；的求解公式如下： 式中 -进给方向上的最大切削力；代入

24、数据计算得 综合以上数据可算得 =43.02N*cm其与电机的额定转矩比较，小于额定转矩239N*cm，故合乎设计要求。通过以上的演算可知，初选的电机合乎设计要求。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。系统的功能和系统中所用的微机直接相关。数控系统对微机的要求是多方面的，但主要指标是字长和速度。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

25、，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。RAMROMCPUI/O接口外 设键盘、显示器及其它驱动器步进电机图 3-1 机

26、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

27、口芯片的选用，步进电机控制电路，键盘显示电路以及其他辅助电路的设计（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

28、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1CE2：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：

29、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

30、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

31、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

32、 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（74LS138）。输入端占用3根最高地址线，剩余的1

33、3根低位地址线可作为片内的地址线。74LS138译码器的8根输出线分别对应8个8K字节的地址空间。3.5 I/O接口电路的设计8031单片机共有4个8位并行I/O口，但可供用户使用的只有P1口和部分P3口，因此在大部分应用系统中都需要扩展I/O口芯片，本扩展系统采用8155和8255芯片。3.5.1 8155通用可编程接口芯片8155是可编程的RAM/IO扩展接口电路。（256个RAM单元，2个8位口，1个6位口，1个14位的定时/计数器）(1）、8155的工作方式8155 I/O口工作方式选择通过对8155内部命令寄存器设定命令控制字实现。(2）、状态查询8155有一个状态寄存器，用于锁存I

34、/O口和定时器的当前状态，供CPU查询用。C/S寄存器共用一个地址。命令寄存器只能写入不能读出；而状态寄存器只能读出不能写入，所以可以认为。CPU读该地址时，作为S寄存器，相反则作为C寄存器。(3）、8155的定时功能8155芯片内有一个14位减法计数器，可对输入脉冲进行减法计数。外部有定时引脚TIMERIN和TIMEROUT。(4）、8031和8155的接口8155芯片可以直接和MCS-512系列单片机连接，不需要任何外加逻辑电路。通常用P2口的高位地址线作为8155芯片的片选信号及IO/M的选择信号。8031的P2.0于IO/M连接。由于8155内部有地址锁存器，所以8031的ALE端可以

35、和8155的ALE端直连，利用8031的ALE的信号的下降沿锁存8031P0送出的低8位地址信息。相应的读写信号也直接相连。 3.5.2 8255可编程接口芯片8255是INTER公司开发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，分别为PA、PB、PC口，其中PC口又分为高4位和低4位，他们都可以通过软件编程来改变I/O口的工作方式，8255可与8031直接连接。（1）、8255的三种工作方式方式0：基本输入输出方式方式1：应答式输入输出工作方式方式2：应答式双向输入输出工作方式（仅A0口可选此种方式，此时C口的PC7PC3五位作为其应答信号使用。（2）、8031和8255的接口

36、连接无需任何外加逻辑电路，直接连接即可。138的Y2接CS，373的Q1，Q2分别接A0，A1。3.5.3 键盘显示接口电路（1）、显示器工作原理数控系统中使用的显示器主要有LED和LCD也有采用CRT的。这里采用LED显示器，一般分为共阳极显示和共阴极显示，共阳极显示的段码与共阴极显示的段码是逻辑非的关系。通常显示器采用动态显示，调整电流和时间参数，可实现高亮度较高较稳的显示。这里采用的是7位共阴极的显示器和8155的接口。8155的B口作为扫描口。经反向驱动器74LS04接显示器的公共极，A口作为段选数据口，经同相驱动器7407接显示器的各个极。 （2）、键盘接口原理当键盘上没有键闭合时，

37、所有的行线和列线都断开，行线都呈高电平，当键盘上某一键闭和时，则该键所对应的行线列线短路。如果把行线接到微机的输入口，列线接到微机的输出口，则在微机的控制下，先使第一列线为低电平，其余列先都为高电平，然后微机通过输入口读行线的状态，如果行线都为高点平，则第一列上没有键闭合，如果读出的行线不全为高电平，则输入为低电平的行线合第一列相交的键处于闭合状态；如果第一列上没有键闭合，接着使列线的第二列为低电平，其余列线为高电平，用同样的方法检查第二列上有无键闭合，依次类推，这种逐行逐列地检查键盘状态的过称为对键盘的一次扫描。 （3）、利用8155芯片实现键盘显示器接口在单片机应用系统中，同时需要使用键盘

38、和显示器，常常把键盘和显示器做在一起，以节省I/O线键盘的列线及LED显示器的字位控制共用8155的B口，是输出口。键盘的行线由8155C口担任，是输入口，显示器的段选由8155的A口担任，是输出口。原理图中74LS04位反向驱动器，7404为同向驱动器。3.6 8031的时钟电路单片机的时钟可以由两种方式产生。即内部方式和外部方式。内部方式利用芯片内部振荡电路在XTAL1，XTAL2引脚上外接定时元件。采用外部方式时把XTAL1接地，XTAL2接外部时钟电源。3.7 复位电路 单片机的复位都是用外部电路实现的，在时钟电路工作后，REST引脚上出现10ms以上高电平，单片机便实现状态复位。从0000H单元开始执行程序。单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种。原理图中为上电与按钮复位电路组合。在上电瞬间，RC电路充电。RST引脚出现正脉冲，只要在RST端保持10ms以上高电平就能使单片机有效的复位。