通用二维平台说明书.doc

1、学校代码： 10128学 号：200720102013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 ： 机 械 学 院 班 级 ： 机 电 指 导 教 师 ： 刘 江 2011 年 1 月 4 日内蒙古工业大学本科课程设计说明书2内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称： 专业综合设计2 _ 学院： 机械学院 班级： 学生姓名： _ 学号： 指导教师： 一、题目通用两维运动平台设计二、目的与意义专业综合设计 2课程设计是机械设计制造及其自动化专业实践性非常强的教学环节之一，是机械类高年级学生综合应用基础课、技术基础课、专业课等知识体系，将机械、

2、驱动、传感及计算机控制有机地集成融合在一起，独立设计一种具有特定功能的机电装备。通过本次课程设计，培养学生运用所学机电装备设计课程的知识，对典型机电装备的工作原理、组成要素及核心技术问题的分析能力；培养学生用机电装备设计的知识及相关知识体系，掌握如何将机械和电气驱动、检测技术和计算机控制融合在一起，如何构成一种性能优良、工作可靠及结构简单的机电装备的一般设计方法和规律，提高设计能力；通过设计实践，熟悉设计过程，学会正确使用资料、正确使用图书特别是电子图书资源、网络资源，查阅技术文献、设计计算、分析设计结果及绘制机械、电气图样，在机电一体化技术的运用上得到训练；通过课程设计的全过程，为学生提供一

3、个较为充分的设计空间，使其在巩同所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机电装备设计的内涵。三、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：200160； 2、平台移动行程：XY125100； 3、夹具和工件总重： 400N； 4、最高运行速度：步进电机运行方式： 空载：2m/min; 切削：0.8m/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

4、：X 向 200N；Y 向 300N；Z 向 400N设计要求1、实现 X-Y 两坐标联动；2、用步进电机或交流伺服电机作驱动元件；3、设置工作台的越位报警和紧急事故的急停开关，并响应中断；4、任意平面曲线的加工，具有自动换象限的功能；5、平台具有快速驱动功能；6、平台具有断电手动调整功能。图纸量和工作量要求1、机械总装配图在CAXA环境下绘制二维运动平台的结构图，并进行详细设计，最后用A1 号图纸打印输出。内蒙古工业大学本科课程设计说明书32、硬件电路图控制芯片可采用 8031、80C31 或基于 PLC 的运动控制技术，在 Protel 99 环境下，进行控制电路图的设计，电路图幅为 A2

5、A1 为宜。3、设计说明书要严格按照内蒙古工业大学课程设计（论文）说明书书写规范认真撰写，说明书不少于6000字。四、工作内容、进度安排 1、总体设计分析、确定方案、设计计算- -0.5 周2、机械部分结构设计、装配图绘制-1.0 周3、硬件电路设计-0.5 周4、撰写说明书-5 天5、答辩-2天五、主要参考文献1 林述温等. 机电装备设计M.北京：机械工业出版社， 2002.2 机床设计手册组.机床设计手册（三分册）M. 北京： 机械工业出版社，1986.3 王爱玲.现代数控机床结构与设计M. 北京：兵器工业出版社， 1999.4 尹志强等.机电一体化系统设计课程设计指导书M. 北京： 机械

6、工业出版社，200975 滚珠丝杠、线性滑轨OL. 汉意精工http:/www.taiwan-6 滚珠丝杠、线性滑轨OL.天津海特传动机械有限公司.http:/www.hit-7 步进电机及驱动器OL. 北京斯达微步控制技术有限公司.http:/8 步进电机及驱动器、交流伺服电机及系统OL.步进机电有限公司.http:/www.step-9 伺服电机相关技术、直线运动产品、光电传感器OL.深圳市湘聚事业有限公司，http:/10 RORZE 高精度步进电机及驱动器OL. 北京伟恒升级团.http:/11 步进联轴器，编码器联轴器，微型电机联轴器OL.广州菱科自动化设备有限公司：http:/12

7、 日本富士、美国 Copley 等交流伺服电机OL. 重庆钧智自动化仪器控制有限公司http:/13 山东博特精工股份有限公司：http:/ 台达交流伺服电机等. OL. 台湾电子工业股份有限公司:http:/.tw/审核意见系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间 2011 年 1 月 4 日指导教师签字：_内蒙古工业大学本科课程设计说明书4通用二维运动平台设计内蒙古工业大学机械学院通用二维平台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的 X-Y 工作台、激光设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。根据设计要求的工作载荷，通过计算和校核，进行导轨副、滚珠

8、丝杠螺母副和伺服电动机等的选型，在满足性能的要求下，以成本最低为原则，满足工作要求的需要，能稳定完成生产任务。本次机械装配图采用国产软件 CAXA 进行绘制，通过提取图符操作调用标准零件，因而能够较快的绘制机械装配图。电气原理图采用 Protel99Se 绘制。关键词：运动平台；滚珠丝杠；计算；绘图内蒙古工业大学本科课程设计说明书5目 录第一章 二维运动平台总体方案设计 .1第二章 二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算 .22.1 确定系统脉冲当量 .22.2 确定系统切削力 .22.3 直线滚动导轨副的计算与选型 .32.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 32.5 计算减速比 i.62.6

9、 步进电动机的计算和选型 .6第三章 微机数控硬件电路设计 103.1 MCS51 系列单片机简介 113.1.1 MCS51 系列指令系统简介 113.1.2 定时器/计数器 .123.1.3 中断系统 133.2 存储器扩展电路设计 .133.2.1 程序存储器的扩展 133.2.2 数据存储器的扩展 143.2.3 译码电路设计 143.3 I/O 接口电路及辅助电路设计 163.3.1 8155 通用可编程接口芯片 .173.3.2 8255 通用可编程接口芯片 .183.3.3 键盘显示接口电路 203.3.4 电机接口及驱动电路 213.3.5 辅助电路 21参考文献 .23内蒙古

10、工业大学本科课程设计说明书1第一章 二维运动平台总体方案设计1.1 系统的运动方式与伺服系统的选择为了满足二维运动平台实现 X.Y 两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。考虑到工作台的加工范围，只对毛坯料进行初加工，不考虑误差补偿，故采用开环控制系统，由于任务书规定的脉冲当量尚未达到 0.001mm,定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有2000 ，因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或/min直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机电机进行驱动，以降低成本，提高性价比。1.2 机械传动方式伺服电动机的旋转运动

11、需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足 0.01mm 的脉冲当量和 0.10mm 的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠螺母副才能达到。同时，为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盘操作实现，显示

12、器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。内蒙古工业大学本科课程设计说明书2数控机床总体方案设计，X.Y 数控工作台总体方案设计分别见图 1.1 和图 1.2微机环形分配器 环形分配器 光电耦合光电耦合功率放大功率放大X 交流伺服电机Y 交流伺服电机X 工作台执行元件Y 工作台执行元件图 1.1 X.Y 数控工作台总体方案设计第二章 二维运动平台进给伺服系统机械部分设计计算伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的脉冲当量、区定系统的负载、，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图等。现分述如下：2.1 确定系统脉冲当量一个

13、进给脉冲，使运动部件产生的位移量，称为脉冲当量。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数 。根据设计要求，二维运动平台采用的脉冲当量是 0.01mm/step。2.2 确定系统切削力根据设计要求，机床的切削负载为：X 向 300N；Y 向 200N；Z 向 400N；G 为800N。内蒙古工业大学本科课程设计说明书32.3 直线滚动导轨副的计算与选型1、滑块承受工作载荷 的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响直线滚maxF动导轨使用寿命的重要因素。本课题中的 X-Y 工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受

14、的最大垂直方向载荷为：max4G其中，移动部件重量 G=800N，外加载荷 =400N，代入上式，得最大工作载荷=600N。maxF查机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-41，根据工作载荷=600N，初选直线滚动导轨副的型号为 KL 系列的 JSA-LG25 型，其额定动载荷ax=7.94 ，额定静载荷 =9.5 。CkN0aCkN任务书规定工作台平面尺寸为 200 160 ，考虑工作行程应留有一定余m量，查机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-35，按标准系列，选取导轨的长度为 340 。m2 距离额定寿命 L 的计算 上述选取的 KL 系列 JSA-LG 型导轨副的滚道硬度为60HR

15、C,工作温度不超过 100 ,每根导轨上配有两只滑块，精度为 4 级，工作速度较C低，载荷不大，查机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-36表 3-40，分别取硬度系数 =1.0、温度系数 =1.00、接触系数 =0.81、精度系数 =0.9、载HfTfCf Rf荷系数 =1.5，代入式 ，得距离寿命：WfL350HCRaWfL =13301KN3HTCRaff远大于期望值 100km,故距离额定寿命满足要求.2.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型1、计算最大工作载荷 mF查机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-29，取颠覆力矩影响系数 K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数 =0.005，已知 G

16、=800N， =300N ， =200N, =400N 。求 内蒙古工业大学本科课程设计说明书4得滚珠丝杠副的最大工作载荷：= +( + +G)=1.1 300+0.005(200+400+800)=337N 2、计算最大动负载 QF式中 滚珠丝杠导程，初选 =4mm；hPhP最大切削力下的进给速度此处sv=0.8m/min；s使用寿命，按 15000h；T运转系数，按一般运转取 =1.21.5；wf wf 寿命、以 转为 1 单位L60n= = =2001000VSPh 10000.84 rminL= = =18060nT106 6020015000106C= = =2283N3L fWFm

17、31801.23373、滚珠丝杠螺母副的选型根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-31，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的 G 系列 2005-3 型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为 16，导程为 4m,循环滚珠为 3 圈1 列，精度等级取 5 级，额定动载荷为 4612KN 满足要求。4、传动效率计算将公称直径 ，导程 =4mm，代入 得丝杠螺旋升角d0=16mm hP0arctn/(),hPd= ,将摩擦角 ，代入下式得；4033 1=tantan(+)=0.9645、刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图 3

18、所示。最大牵引力为 337N 母装配总长度为 37mm,丝杠螺纹长度取 340mm,预计支承长度为 303mm，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。3601wmshLfnTvP内蒙古工业大学本科课程设计说明书5GJ ML1J图 2.1 纵向进给系统计算简图(1)、丝杠的拉伸或压缩变形量 1查机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-31 得，滚珠直径 ,Dw=2.381mm丝杠底径 ，丝杠横截面积 S= =134.71 ,已知 =337N。将各个d2=13.1mm 2/4d2mmF数据代入下式得=(337321.5)/(210000134.71)=0.0038mm1mFaE

19、S。（2） 、滚珠与螺纹滚道间接触变形 2根据公式 ,求得单圈滚珠数 Z=18；该型号丝杠为单螺母滚珠的圈数0(/)3WZdD列数为 31，代入公式： 圈数列数，得滚珠总数量 =54。丝杠预紧ZZ时，取轴向预紧力FYJ=Fm3=112.3N,代入下式得=0.0013Fm103DwFYJZ2/10=0.001025mm因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的 13，所以变形量可减小一半，取=0.000513 。2（3）将以上算出的 和 代入 = ，求得丝杠总变形量12总 12=0.00380.000513=0.00401总 m本课题中，丝杠的有效行程为 303 ，由机电一体化系统设计课程设计指导书表

20、3-37 可知，五级精度滚珠丝杠有效行程在 315400 时，行程偏差允许达内蒙古工业大学本科课程设计说明书6到 40 ,可见丝杠刚度足够，且 小于 13 的开环系统定位精度值 0.025 ，m总 m满足要求。6、稳定性校核查机电一体化系统设计课程设计指导书表 3-34 得，取支承系数 =1；由kf丝杠底径 ，求得截面惯性矩 I=1444.89 ；压杆稳定安全系数 K 取 3；滚d2=13.1mm mm4动螺母至轴向固定处的距离 a 取最大值 303 。代入式得 9647.8NmFK= =337 不会失稳。mF综上所述。初选的滚珠丝杠副满足使用要求。2.5 计算减速比 i已知工作台的脉冲当量

21、，滚珠丝杠的导程 =4mm，初选步进0.1/mstephP电动机的步矩角 a=0.9 得=1(/36)hiP2.6 步进电动机的计算和选型1、计算加在步进步进电动机转轴上的总转动惯量 已知滚珠丝杠eqJ的公称直径 ,总长 L=340 =4mm,料密度 ；移动部件总d0=16mm hP337.8510/kgcm重力 G=800N, 得滚珠丝杠的转动惯量 ；由公式2/8jJmD=0.1716.2得拖板折算到丝杠上的转动惯2()hiPJ=0.32462初选步进电动机型号为 90BYG2602,为两相混合式，由常州宝马集团公生产，二相八拍驱动时步矩角为 a=0.9，查机电一体化系统设计课程设计指导书表

22、 4-5得该型号电动机转子的转动惯量 。24mJkgcA则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：=+2 =4.5 22、计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 epT分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩由公式 可1max0eqfT知, 包括三部分：一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩eqT；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩 ；还有一部分是max f滚珠丝杠与今后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩 。因为滚珠丝杠副传动效率0T内蒙古工业大学本科课程设计说明书7很高，根据公式 可知， 相对于 和 很小，可以忽略

23、不计。200(1)YJhFPTi0TmaxfT则有： = 1eqaxf根据公式 ，考虑传动链的总效率 =0.94 空载起动时折算到电1max260eqmaJnTt动机转轴上的最大加速转矩：1max260eqmaJnt式中 - 对应空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为 ；mn /minr- 步进电动机由静止到加速至 转速所需的时间，单位为 s。at mn其中： max360n式中 - 空载最快移动速度，任务书指定为 2000 ；max /in- 步进电动机步矩角，预选电动机为 0.9- 脉冲当量，任务书指定为 （开环系统）。0.1/step将以上各值代入式 中，得 =500in。max3

24、60nmn设步进电动机由静止到加速至 转速所需时间 =0.23 传动链总效率 =0.94 由at 公式 求得1max2eqmaJTt0.1253 mmaxTA由式 = 可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为f2hFPi摩=f()2ZhFGPi式中 - 导轨的摩擦因数，滚动导轨取 0.005；- 垂直方向的铣削力，空载时取 0zF- 传动链总效率，取 0.94则由式 = 求得 0.0027fT()2ZhGPifTNmA最后由式 = ，求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩：1eqmaxf= =0.1281eqmaxf2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 由式2eq

25、T可知， 包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负0eqtfT2eqT内蒙古工业大学本科课程设计说明书8载转矩 ；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩 ；还有一部tT fT分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩 ， 相对于 和 很小，0tf可以忽略不计。则有： 2eqtfT其中，这算到电动机转轴上的最大工作负载转矩 由式 计算。本课题tTt2fhFPi中对滚珠丝杠进行计算的时候，已知沿着丝杠轴线方向的最大进给负载 =300N 则x有： = 0.2033N.MtT2fhFPi再由式 = 计算垂直方向承受最大工作负载（ ）情况下，f()ZhG 150zN移动部件

26、运动时这算到电动机转轴上的摩擦转矩：= =0.0047N.Mf()2Zhi最后由 ，求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩为：2eqtfT=0.20472eqtfTNmA经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为Teq=0.2047N.M3、步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据 来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本课题中取安全系eqT数 K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：4Teq=0.8296N.MmaxjT上述初选的步进电动机型号为

27、90BYG2602, 由机电一体化系统设计课程设计指导书表 4-5 查得该型号电动机的最大静转矩 = 。可见，满足上式要求。maxjT6NA4、步进电动机的性能校核1）最快工进速度时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度，脉冲当量 ，由式 求出电动机对应的max80/in0.1/stepmax60ff运行频率 。从 90BYG2602 电动机的运行矩频特性ax/(6.)3f Hz曲线图（下图所示）可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩 5.1 ,远大maxfTA于最大工作负载 Teq=0.2047N.M，满足要求。内蒙古工业大学本科课程设计说明书92）最快空载移动时电动机输出转矩校核

28、 任务书给定工作台最快空载移动速度 ，仿照式 求出电动机对应的运行频率max0/inmax60ff。从上图中可以查得，在此频率下，电动机的ax2/(6.1)3f Hz输出转矩 Tmas=3.2N.M 负载转矩 Teq1=0.128N.M3）最快空载移动时电动机运行频率校核 与最快空载移动速度对应的电动机运行频率为 。查机电一体化系统max20/in max3fHz设计课程设计指导书表 4-5 可知 90BYG2602 电动机的空载运行频率可达 20000Hz,可见没有超出上限。4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量 Jeq=4.5 转动惯量，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率 （

29、查机电2mJkgcA 180qfz一体化系统设计课程设计指导书表 4-5）。则由 可以求出步进/LemfJ电动机克服惯性负载的起动频率：=1018HZ/1/LqeqmfJ此式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率小于内蒙古工业大学本科课程设计说明书10940Hz。实际上，在采用软件升降时，起动频率选得更低，通常只有 100Hz(即100step/s)。综上所述，本课题中工作台的进给传动选用 90BYG2602 步进电动机，完全满足设计要求。第三章 微机数控硬件电路设计A根据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路的总体方案，绘制系统电气控制的结构框图。1、数控系统由硬件和软

30、件两部分组成。硬件是组成系统的基础，机床硬件电路由以下五部分组成：、主控制器，即中央控制单元 CPU；、总线，包括数据总线、地址总线和控制总线；、存储器，包括程序存储器和数据存储器；、接口，即 I/O 输入/输出接口电路；、外围设备，如键盘、显示器及光电输入机等。见图 31。图 31 机床数控系统硬件框图（开环系统）2、选择中央处理单元 CPU 的类型考虑到系统应用场合、控制对象对各种参数的要求，及经济价格比等经济性的要求。因此，在经济数控铣床中，推荐使用 MCS51 系列单片机作主控制器。3、存储器扩展电路设计存储器扩展电路设计应该包括程序存储器和数据存储器的扩展。步进电机内蒙古工业大学本科

31、课程设计说明书11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等问题。在存储器扩展电路的设计中还应包括地址锁存器和译码电路的设计。4 、I/O 口即输入/输出接口电路设计包括接口芯片的选用，步进电机控制电路，键盘显示电路及其他辅助电路的设计。3.1 MCS51 系列单片机简介3.1.1 MCS51 系列指令系统简介MCS51 系列指令系统共有 111 条基本指令，其中单字节指令有 49 条，双字节指令有 45 条，单字节指令有 17 条。1、MCS51 系列指令系统的七种寻址方式简介：（1） 、立即寻址 跟在操作码后的一个字节

32、就是实际操作数。（2） 、直接寻址 指令中直接给出参加运算或传送的数的地址。可以访问三种地址：特殊功能寄存器 SFR、内部 RAM128 字节个单元、221 个地址空间。 （3） 、寄存器寻址 指定某一可寻址的寄存器的内容为操作数。寻址空间是 R0R7、A、B、DPTR。（4） 、寄存器间接寻址 由指令指定某一寄存器的内容作为操作数地址，选定 R0、R1、SP、DPTR（16 位）来存放地址，使用时前加。（5） 、变址寻址 由争论指定的偏移量寄存器或称变址寄存器和基址寄存器DPTR 或 PC 相加所得结果作为操作数地址。（6） 、相对寻址 在指令中给定的地址偏移量与本指令所在单元地址（即PC

33、内容）相加，即得到真正有效的单元地址。（7） 、位寻址 对内部 RAM 的 128 位和 SFR 块内的 93 位进行位操作。2、MCS51 系列指令系统主要指令简介：MCS51 系列指令系统 111 条指令可分为五类：内蒙古工业大学本科课程设计说明书12（1） 、数据传送类 29 条 （2） 、算术操作类 24 条（3） 、逻辑操作类 24 条 （4） 、控制程序转移类 17 条（5） 、布尔变量操作类 17 条3.1.2 定时器/计数器MCS51 系列单片机提供两个十六位可编程的定时器/计数器，即 T0 和T1。他们具有两种工作方式和四种模式。其工作原理如图 3.2 所示。定时器/计数器的

34、核心是加一计数器，加一计数器脉冲有两个来源，一个是外部脉冲源，另一个是系统的时钟振荡器。有两个模拟开关，前一个开关就是特殊寄存器 TMOD 的相应位，后一个模拟开关就是特殊寄存器 TCON 的相应位。TMOD 和 TCON 是专门用于定时器/计数器的控制寄存器。用户可以用图 3.2 定时器/计数器的结构框图指令对其各位进行写入或更改操作，从而选择不同的工作状态或启动时间，并可设置相应的控制条件。这两个控制寄存器各位的功能：1、TMOD 控制寄存器GATE门控位或叫选通位。C/T计数器方式或定时器方式的选择位。M1 和 M0工作模式控制位。00 模式 0：TLX 中的低 5 位和 THX 的高

35、8 位构成 13 位计数器。01 模式 1：TLX 与 THX 构成 16 位计数器。内蒙古工业大学本科课程设计说明书1310 模式 2：可自动再装入的 8 位计数器。11 模式 3：把定时器 0 分成两个 8 位计数器，关闭定时器 1。2、TCON 控制寄存器TF0、TF1定时器 T0、T1 溢出标志位，为 1 时申请中断。TR0、TR1定时器 T0、T1 运行控制位，有软件设定，来控制定时器/计数器开启或关闭。IE0、IE1外部中断源的标志，为 1 时表示外部中断源向 CPU 申请中断。IT0、IT1外部中断源触发控制位。3.1.3 中断系统MCS51 系列单片机提供五个中断源，配备两个中

36、断优先级，INT0、INT1 输入外部中断请求，两个片内定时器/计数器 T0 和 T1 溢出中断请求 TF0 和 TF1，一个片内串行口中断请求 TI 和 RI。各中断源所对应的中断服务程序的入口地址和优先级如下：中断源 人口地址 优先级INT0 0003H 0T0 000BH 1INT1 0013H 2T1 001BH 3串行口中断 0023H 43.2 存储器扩展电路设计3.2.1 程序存储器的扩展1、常用的 ROM 芯片及引脚：（1）常用的半导体 ROM 芯片有：2716（2K*8） 、2732A（4K*8） 、2764、 （8K*8） 、27128（16K*8） 、27256（32K*

37、8） 、27512（64K*8） 。2764、27128、27256、27512 芯内蒙古工业大学本科课程设计说明书14片均有 28 脚双列直插式平封装芯片。引脚向下兼容。图 3.3 是 2764 引脚排列。（2）地址锁存器常用的地址锁存器芯片是 74LS373。74LS373 是带三态缓冲输出的 8D 触发器。其真值表见图 3.3 2764 引脚排列表 3.1 真值表 74LS373E G D QL H H HL H L LL L X Q03.2.2 数据存储器的扩展常用数据存储器及引脚常用的静态 RAM 芯片有 6116（2K*8） 、6264（8K*8） 、62256（32K*8）等，6

38、264、62256 均采用 CMOS 工艺、28 脚双列直插式平封装。6264 引脚及逻辑符号见图 3.4。图 3.4 6264 引脚图内蒙古工业大学本科课程设计说明书153.2.3 译码电路设计1、MCS51 系列单片机应用系统中的地址译码规则（1）程序存储器和数据存储器独立编址。程序存储器地址和数据存储器地址可以重叠使用。都是从 0000HFFFFH。（2）外围 I/O 芯片与扩展数据存储器统一编址外围 I/O 芯片占用数据存储器地址单元，且使用数据存储器的读/写控制信号与读/写指令。（3）CPU 在访问外部存储器时地址编码CPU 的 P2 口提供高 8 位地址，P0 口经外部地址锁存器后

39、提供低 8 位地址。2、地址译码方法（1）线选法利用单片机地址总线高位中的一根线作为选择某一片存储器芯片的片选信号。此法用于规模较小的系统。其优点是不需要地址译码器，可节省硬件，降低成本。缺点是可寻址的芯片数目受到很大的限制，且地址空间不连续，不能充分利用。（2）全地址译码法对容量较大的系统，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，就需要用这种全地址译码法。常采用的译码器是 74LS138。表 13 是其逻辑功能表。图 18 是全地址译码图。表 3.2 是其地址译码表。表 3.2 74LS138 逻辑功能表G1 G2A G2B C B A Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2

40、 Y1 Y0内蒙古工业大学本科课程设计说明书16表 3.3 74LS138 地址译码表图 3.6 数控铣床全地址译码图1 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 0其 他 状 态0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1X X X1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1器 件 地 址 选 择 线

41、片内地址单元（字节）地 址 编 码2764 000X XXXX XXXX XXXX 8K 0000H1FFFH6264 001X XXXX XXXX XXXX 8K 2000H3FFFHRAM 0101 1110 XXXX XXXX 256 5E00H5EFFH8155I/O 0101 1111 1111 1XXX 6 5FF8H5FFFH8255 0111 1111 1111 11XX 4 6FFCH6FFFH87C51内蒙古工业大学本科课程设计说明书173.3 I/O 接口电路及辅助电路设计常用外围接口芯片有：8155：可编程的 RAM/IO 扩展接口电路（256 个 RAM、两个 8 位

42、口、一个 6 位口、一个 14 位的定时器/计数器）8255：可编程的通用并行接口电路（3 个 8 位口）8279：可编程的键盘、显示接口电路3.3.1 8155 通用可编程接口芯片1、8155 引脚及其功能8155 的结构框图及引脚排列见图 3.7。8155 具有 40 条引脚，采用双列直插式风装，各引脚功能见表 3.4。 表 3.4 8155 引脚功能引脚 含义 引脚 含义 引脚 含义AD0AD7PA0PA7PB0PB7PC0PC5TIMER IN地址、数据线A 口B 口C 口定时输入TIMER OUTIO/MALERDWR定时输出IO/RAM 口选择地址锁存读写CERESETVSSVCC

43、片选复位地电源内蒙古工业大学本科课程设计说明书18图 3.7 可编程的 RAM/IO 扩展接口电路图 3.8 命令寄存器 格式及工作方式2、8155 的工作方式设定8155 命令寄存器格式及工作方式见图 3.83、8155 初始化程序格式如下：MOV DPTR ， 控制口地址MOV A ， 命令字MOVX DPTR ，AMOV DPTR ， 计数初值入口地址MOV A， 计数初值 MOVX DPTR ，AINC DPTR MOV A ， 计数初值高位MOVX DPTR ，A 3.3.2 8255 通用可编程接口芯片1、8255 引脚及其功能 8255 引脚及内部结构见图 3.9，其引脚功能见

44、3.5：2、8255 工作方式的设定 定义 A 口输入/输出方式定义 B 口输入/输出方式00：ALT1 01：ALT2 10：ALT3 11ALT400：空操作01：停止定时器操作10：定时器减为一时停止计数11：置定时器方式后，开始计数0：禁止 A 口中断1：允许 A 口中断0：禁止 B 口中断1：允许 B 口中断内蒙古工业大学本科课程设计说明书198255 有三种工作方式：方式 0、方式 1、方式 2。方式 0基本的输入输出方式方式 1应答式输入输出方式方式 2应答式双向输入输出方式图 3.9 8255 引脚及内部结构表 3.5 8255 引脚功能8255 IO 的工作方式选择通过对其内

45、部命令寄存器设定方式选择控制字来实现。、其格式及工作方式见图 3.10。C 口置/复位控制字格式如图 3.11 所示。3、8255 初始化程序格式如下：引 脚 含 义D0D7PA0PA7PB0PB7PC0PC7A0、A1RDWRCERESETGNDVCC数据线A 口B 口C 口地址线读写片选复位地电源内蒙古工业大学本科课程设计说明书20MOV AL ， 控制字；定义工作方式OUT 控制口地址，ALIN AL ， 初值OUT 输出口地址，AL图 3.10 命令寄存器方式选择控制字格式及工作方式图 3.11 C 口置/复位控制字格式3.3.3 键盘显示接口电路1、显示器工作原理B 组下 C 口：0

46、输出 1输入B 口： 0输出 1输入模式选择：0模式 0 1模式 1A 组上 C 口：0输出 1输入A 口： 0输出 1输入模式选择：00模式 0 01模式 1 X1模式 2 控制选择 1=模式选择置位0=复位 1=置位位选择D3 D2 D1 C 口0 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT00 0 0 BIT0控制选择0=位操作内蒙古工业大学本科课程设计说明书21数控系统中使用的显示器主要有 LED 和 LCD 接口显示方式。LED 显示器有 8 个发光二极管组成，控制不同组合的二极管导通，显示不同字符。七段显示器的结构如图 3.12。2、键盘接口原理 键盘工作原理如图 3.13 所示。3、8255 初始化程序格式如下：MO