母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì),母線槽,參數(shù),檢測(cè),機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng),控制電路,設(shè)計(jì) 南京工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 自動(dòng)化 學(xué)院 自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)） 專業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 控制電路設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 翁 霞 班 級(jí) 數(shù)控043 起 止 日 期 2月25日至6月13日 指 導(dǎo) 教 師 華 茂 發(fā) 教研室主任 葛 紅 宇 發(fā)任務(wù)書(shū)日期 2008年2月25日 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)： 檢測(cè)對(duì)象為單層母線槽和雙層母線槽，每層分為3、4、5排三種，母 線槽長(zhǎng)度范圍3～4m。控制軸數(shù)為X、Y、U、V共四軸。 2.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求(包括技術(shù)要求、圖表要求以及工作要求等)： 采用8031作為CPU，外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。I/O用8255 擴(kuò)展，鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)用8155擴(kuò)展，步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)經(jīng)鎖存器輸出。 6位LED靜態(tài)顯示：其中一位十六段的“米“字形的LED用于顯示 字母，其余的五位皆是七段LED，其中的第一位LED用于顯示坐標(biāo)負(fù) 號(hào)，其后三位用于顯示檢測(cè)機(jī)構(gòu)位移量的整數(shù)部分，最后一位LED用于 顯示檢測(cè)機(jī)構(gòu)位移量的小數(shù)部分。 3.畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的技術(shù)文件： （1）畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 1份 （2）控制系統(tǒng)原理圖 1份 （3）PCB圖 1份 （4）英文翻譯資料 1篇 （5）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1篇 4.主要參考文獻(xiàn)： （1）《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》,李朝青，北航出版社，1993 （2）《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》,何立民，北航出版社，1990 （3）《單片機(jī)原理及應(yīng)用》,趙德安，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)： 起 止 日 期 工 作 內(nèi) 容 備 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 第九周 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 熟悉課題 收集畢業(yè)設(shè)計(jì)課題有關(guān)資料 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 擬定設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)CPU擴(kuò)展電路 設(shè)計(jì)顯示電路 設(shè)計(jì)I/O接口電路 設(shè)計(jì)鍵盤(pán)擴(kuò)展電路 用PROTEL繪制CPU擴(kuò)展電路原理圖 用PROTEL繪制其余電路原理圖 繪制PCB圖 設(shè)計(jì)程序流程圖 英文資料翻譯 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 修改畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 畢業(yè)答辯 教研室審查意見(jiàn)： 室主任 年 月 日 院審查意見(jiàn)： 院領(lǐng)導(dǎo) 年 月 日 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)） 班 級(jí)： 數(shù)控043 學(xué) 號(hào)： 203040806 學(xué)生姓名： 翁 霞 指導(dǎo)教師： 華茂發(fā) 副教授 起迄日期： 2008.3～2008.6 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 工程實(shí)踐中心 Graduation Design (Thesis) Design of Control System for Bus Duct parameter Detection Machine By WENGXia Supervised by Associate Prof. HUA Maofa School of Automation Nanjing Institute of Technology June, 2008 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 本文根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)母線槽導(dǎo)電片電阻及導(dǎo)電片之間的絕緣強(qiáng)度等技術(shù)參數(shù)的要求，設(shè)計(jì)了母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)（下位機(jī)）。本設(shè)計(jì)采用8031作為CPU，外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;I/O口用8255擴(kuò)展，用來(lái)控制位置檢測(cè)、壓力繼電器等信號(hào)的輸入和異步電機(jī)起停、測(cè)量頭切換等信號(hào)的輸出;鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)用8155擴(kuò)展，步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)鎖存器輸出；6位LED靜態(tài)顯示：其中一位16段的“米”字形的LED用于顯示字母，其余五位七段LED用于顯示數(shù)字。 母線槽主要技術(shù)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)時(shí)，下位機(jī)接受上位機(jī)發(fā)送的啟動(dòng)信號(hào)開(kāi)始工作，控制檢測(cè)臺(tái)的傳送裝置和氣壓傳動(dòng)定位機(jī)構(gòu)傳送和定位母線槽。接著下位機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制檢測(cè)系統(tǒng)導(dǎo)電片的電阻與導(dǎo)電片之間的絕緣強(qiáng)度，并顯示控制軸的位移量。該控制系統(tǒng)硬件電路經(jīng)進(jìn)一步完善，結(jié)合控制軟件，能夠自動(dòng)控制檢測(cè)頭的移動(dòng)及檢測(cè)，而整個(gè)控制系統(tǒng)還能自動(dòng)控制母線槽的傳送、定位、貼標(biāo)、升降以及包裝。整個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，避免了手動(dòng)檢測(cè)效率低、安全性差等缺點(diǎn)，在母線槽技術(shù)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)方面有一定的參考應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：母線槽；檢測(cè)機(jī)構(gòu)；控制系統(tǒng)；硬件電路 ABSTRACT According to the requirements of automatically detecting the resistance of conducting plates and the insulation strength between them, this paper advances a design scheme for the control system of bus duct parameter detection machine (subordinate machine), and introduces the design process for the hardware circuit of control system in detail. This hardware circuit selects the singlechip 8031 of MCS-51 series as the CPU. It expands the program memory of 32K and data memory of 4K to storage the monitor program and correlational data, and designs a 6 bit LED static display circuit. Some I/O ports are expanded to control the input of position detection signal, pressure relay signal, etc; and they also control the output of start-up singal and stop signal for the asynchronous motor, switch signal for the detector, etc. At one time, the interface chip 8155 is selected to expand compilation keyboard and the kind option switch of bus duct. Otherwise, the flip-latch 74LS273 is selected to control the output pulse signal of pros and cons to turn for the 4 step motors. If this hardware circuit of control system is consummated, and is combined with control software, it can automatically control the movement and detection of detector. Moreover, the whole control system can automatically control the transmission, orientation, pasting mark, and package of the bus duct. So, the automation degree of the whole control system is high, and the disadvantages of low efficiency and bad security are avoided. There is some referenced and applied value in automatically detecting the bus duct parameter. Key words: bus duct; parameter detection machine; control system; hardware circuit 57 目 錄 第一章 緒 論 1 1.1引言 1 1.2母線槽簡(jiǎn)介 1 1.3 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)的檢測(cè)內(nèi)容 2 1.4 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)的組成及工作流程 4 1.4.1 母線槽參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的組成 4 1.4.2 母線槽參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程 4 第二章 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) 8 2.1 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)硬件系統(tǒng)組成方案的擬定 8 2.2 CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) 9 2.2.1 CPU 的選擇 9 2.2.2 ROM 的選擇 10 2.2.3 RAM 的選擇 12 2.2.4 鎖存器的選擇 14 2.2.5 CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) 14 2.3鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì) 15 2.3.1 鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)接口芯片的選擇 15 2.3.2 鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)電路 18 2.4顯示電路的設(shè)計(jì) 19 2.4.1 鎖存器的選擇 19 2.4.2 七段LED 19 2.4.3 十六段“米”字形LED 20 2.4.4 顯示電路 21 2.5 I/O接口電路的設(shè)計(jì) 23 2.5.1 I/O接口芯片的選擇 23 2.5.2 I/O接口電路 24 2.6 步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出電路的設(shè)計(jì) 26 2.7 譯碼電路的設(shè)計(jì) 26 2.7.1 譯碼器的選擇 26 2.7.2 譯碼電路的組成 29 2.7.3 地址分配 30 2.8 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)（下位機(jī)）硬件電路 32 第三章 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)控制程序流程圖設(shè)計(jì) 33 3.1 主程序流程圖的設(shè)計(jì) 33 3.2 鍵盤(pán)掃描程序流程圖的設(shè)計(jì) 34 3.2.1 手動(dòng)鍵盤(pán)掃描程序流程圖的設(shè)計(jì) 34 3.2.2 編輯鍵盤(pán)掃描程序流程圖的設(shè)計(jì) 38 第四章 硬件電路原理圖及PCB圖的繪制 43 4.1 Protel DXP的基礎(chǔ)知識(shí) 43 4.1.1 Protel DXP的基本操作 43 4.1.2 電路原理圖的設(shè)計(jì)步驟 45 4.1.3 PCB圖的設(shè)計(jì)步驟 46 4.2電路原理圖的繪制 47 4.2.1 繪制原理圖中的問(wèn)題與解決 47 4.2.2 各元器件的封裝 47 4.3 PCB圖的繪制 49 第五章 結(jié) 論 51 5.1 論文總結(jié) 51 5.2 感想 52 致 謝 53 參考文獻(xiàn) 54 附錄A：英文資料 55 附錄B：英文資料翻譯 61 附錄C：硬件設(shè)計(jì)原理圖與PCB圖 66 附件: 畢業(yè)論文光盤(pán)資料 第一章 緒 論 1.1 引言 隨著中國(guó)科技的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電力資源的要求越來(lái)越高，而這無(wú)疑對(duì)電力傳輸提出了更高的要求。目前，在遠(yuǎn)距離電力傳輸方面，電纜的生產(chǎn)和應(yīng)用已相當(dāng)成熟，完全滿足傳輸需求；而在近距離傳輸方面，電纜無(wú)法達(dá)到理想的傳輸效果，母線槽的出現(xiàn)恰巧能彌補(bǔ)這一漏洞。 有關(guān)資料顯示，2005年中國(guó)市場(chǎng)的母線槽產(chǎn)品總需求量已近100億元，從2000～2005年，每年的市場(chǎng)增長(zhǎng)率約為20%。據(jù)專家預(yù)測(cè)：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)蓬勃發(fā)展，國(guó)內(nèi)母線槽市場(chǎng)預(yù)計(jì)在今后數(shù)年內(nèi)將保持20%的持續(xù)增長(zhǎng)。如此數(shù)量的市場(chǎng)需求，使母線槽產(chǎn)品得以迅速發(fā)展并在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。 隨著母線槽產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，母線槽技術(shù)參數(shù)的檢測(cè)問(wèn)題也就隨之產(chǎn)生。母線槽的主要技術(shù)參數(shù)是導(dǎo)線電阻和絕緣強(qiáng)度，對(duì)這兩個(gè)參數(shù)的檢測(cè)在國(guó)內(nèi)還是由人工完成的，其自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)還是個(gè)空白。檢測(cè)人員手動(dòng)控制檢測(cè)頭去檢測(cè)母線槽的導(dǎo)線電阻和絕緣強(qiáng)度，手動(dòng)定位很容易帶來(lái)由于定位不準(zhǔn)而產(chǎn)生的操作誤差，這與我們對(duì)母線槽技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確性的要求是相沖突的。另外，在檢測(cè)母線槽的絕緣強(qiáng)度時(shí)，需要對(duì)母線槽通以高壓，這無(wú)疑會(huì)威脅到檢測(cè)人員的人身安全。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人工檢測(cè)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)對(duì)生產(chǎn)率的要求，開(kāi)發(fā)母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)，可以完成對(duì)母線槽主要技術(shù)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)，這可以有效地提高檢測(cè)的自動(dòng)化程度，提高檢測(cè)精度，保證檢測(cè)人員的安全。 1.2 母線槽簡(jiǎn)介 母線是一種可與幾條電路分別連接的低阻抗導(dǎo)體，母線槽（Bus bar可稱作匯流排）由絕緣材料包裹的幾條并排母線加上金屬外殼封裝而成。母線槽系統(tǒng)是由各種母線槽單元首位鏈接并加上端接部分和附件組成的封閉式的輸配電系統(tǒng)，它是一種新型的電力傳輸設(shè)備，傳輸?shù)娜萘糠秶鷱?5安培到7500安培，其功能類似于電纜，其構(gòu)架及安裝類似于空間管道系統(tǒng)，適用于各種高層建筑和工礦企業(yè)的輸配電系統(tǒng)。 組成母線槽系統(tǒng)的單元按照功能的不同可分為標(biāo)準(zhǔn)母線槽單元、特殊結(jié)構(gòu)母線槽單元、特殊功能母線槽單元、端接部分和附件。標(biāo)準(zhǔn)母線槽是在母線槽系統(tǒng)中最常用的單元，承擔(dān)主要的輸配電任務(wù)，其中直線型母線槽根據(jù)需要可帶有插孔，電流由此引出至用電設(shè)備；特殊結(jié)構(gòu)的母線槽單元在走線現(xiàn)場(chǎng)遇到特殊情況下使用，主要繞過(guò)走線時(shí)所碰到的障礙物；特殊功能的母線槽單元包括伸縮節(jié)、膨脹節(jié)、變?nèi)莨?jié)和分岔母線，對(duì)于母線槽系統(tǒng)有特殊的作用；附件用于母線槽系統(tǒng)的安裝，固定作用，安裝在開(kāi)關(guān)柜上，終端套則是在各條母線槽分支的終端必須安裝的單元，防止異物進(jìn)入。 特殊功能的母線單元在母線槽系統(tǒng)中的作用非常重要。變?nèi)莨?jié)中的母排是有不同界面的母排焊接而成，電流經(jīng)過(guò)變?nèi)莨?jié)后，自動(dòng)下降，不用再通過(guò)其他的變?nèi)菔侄?，?dāng)需要變化電流等級(jí)時(shí)，直接用變?nèi)莨?jié)來(lái)改變母線槽的電流等級(jí)即可；膨脹節(jié)內(nèi)用軟電纜代替母線，整個(gè)母線槽系統(tǒng)因電熱的影響，木牌會(huì)產(chǎn)生伸縮現(xiàn)象，此時(shí)通過(guò)膨脹節(jié)中的軟電纜的調(diào)節(jié)就能使系統(tǒng)避免遭破壞木牌如果哦連續(xù)50米以上不改變方向或沒(méi)有分支，需要安裝膨脹節(jié)；由于母線槽系統(tǒng)的測(cè)量和制造上存在誤差，當(dāng)系統(tǒng)較長(zhǎng)是，會(huì)產(chǎn)生較大的積累誤差，此時(shí)可以安裝可調(diào)節(jié)母線槽，這種母線槽的長(zhǎng)度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)來(lái)消除誤差。特殊母線槽通常在大型工程中使用較多，以保證系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)可靠地運(yùn)行。 圖1.1是母線槽系統(tǒng)的安裝示意圖，將始端箱接在開(kāi)關(guān)柜上，電流由此引入，嚴(yán)格個(gè)輸配電母線槽單元將電能輸送到系統(tǒng)的各個(gè)部分，將連接有用電設(shè)備的插接箱插入母線槽上的插孔即可使用，各個(gè)母線槽單元之間的連接有對(duì)接式和插接式兩種，通常用螺釘或鏈接銅排連接非常方便。母線槽的安裝通常用托架、吊臂和彈簧支架作為支撐，為了便于 安裝，母線槽系統(tǒng)通常沿墻、柱子和屋頂走線，同時(shí)也占用較少的空間。 圖1.1 母線槽系統(tǒng)的安裝示意圖 母線槽系統(tǒng)的單元分類和功能見(jiàn)表1.1 1.3 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)的檢測(cè)內(nèi)容 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)的主要檢測(cè)內(nèi)容為：①母線槽內(nèi)各個(gè)導(dǎo)電片的電阻；②母線槽內(nèi)導(dǎo)電片之間的絕緣強(qiáng)度。導(dǎo)電片電阻和導(dǎo)電片之間的絕緣強(qiáng)度是母線槽的主要技術(shù)參數(shù)。導(dǎo)電片電阻是影響母線槽導(dǎo)電能力的主要因素。我們都知道，導(dǎo)線電阻的增大，會(huì)增加電能在傳輸過(guò)程中的電損耗，而母線槽也是如此。另外， 表1.1母線槽系統(tǒng)的單元分類和功能 類別 實(shí)例 功能 標(biāo)準(zhǔn)母線槽 始端母線槽、直母線槽（可帶插孔）、L型母線槽、T型母線槽、十字型母線槽 輸配電 特殊結(jié)構(gòu) Z型母線槽、LL型母線槽、ZL型母線槽、TL型母線槽、任意角度母線槽 輸配電，特殊情況下使用 特殊功能的母線槽 伸縮節(jié)、膨脹節(jié)、變?nèi)莨?jié)、分岔母線 完成溫度調(diào)節(jié)、規(guī)格轉(zhuǎn)換、誤差補(bǔ)償?shù)忍厥夤δ? 附件 插接箱 連接用電設(shè)備 托臂、吊架、彈簧支架、螺釘 系統(tǒng)的安裝 端接部分 始端箱、終端套 保護(hù)，結(jié)構(gòu)上必須 導(dǎo)電片之間的絕緣強(qiáng)度則是影響母線槽安全性能的主要因素。因此，檢測(cè)母線槽這兩個(gè)技術(shù)參數(shù)是十分重要的，這能幫助我們更加準(zhǔn)確有效地把不同種類及型號(hào)的母線槽應(yīng)用到最適合它們的場(chǎng)合。導(dǎo)電片電阻和絕緣強(qiáng)度兩個(gè)參數(shù)的檢測(cè)如圖1.2所示，其中圖(a)檢測(cè)的是導(dǎo)電片電阻，圖(b)檢測(cè)的是導(dǎo)電片之間的絕緣強(qiáng)度。 (b) 微歐計(jì) 絕緣強(qiáng)度檢測(cè)儀 (a) 1 2 3 1、檢測(cè)頭 2、氣缸 3、母線槽 (a) 檢測(cè)導(dǎo)線電阻 (b) 檢測(cè)絕緣強(qiáng)度 圖1.2 母線槽參數(shù)檢測(cè)示意圖 1.4 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)的組成及工作流程 1.4.1 母線槽參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的組成 母線槽參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)主要由上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)（下位機(jī)）、貼標(biāo)機(jī)、打印機(jī)、包裝機(jī)構(gòu)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、氣壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成，其中母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)的控制系統(tǒng)主要由控制電路和氣壓傳動(dòng)兩部分組成。圖1.3為母線槽參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)圖。 上位機(jī) 貼標(biāo)機(jī) 打印機(jī) 測(cè)試系統(tǒng) 功率放大系統(tǒng) 輔助動(dòng)作 控制電路 運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 輔助動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包裝機(jī)構(gòu) 母線槽 定位機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)（下位機(jī)） 檢測(cè)臺(tái) 母線槽 圖1.3 母線槽參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的組成 1.4.2 母線槽參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)的下位機(jī)部分控制的信號(hào)有：檢測(cè)臺(tái)上的傳送電機(jī)，一個(gè)縱向定位氣缸，兩個(gè)橫向氣缸和這兩個(gè)氣缸上的壓力繼電器；包裝臺(tái)上的傳送電機(jī)，一個(gè)定位氣缸，兩個(gè)上升氣缸；兩個(gè)檢測(cè)頭的氣缸；X、Y、U、V四軸的正反轉(zhuǎn)； X、Y、U、V四個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給，X、Y、U、V的超程。檢測(cè)臺(tái)和包裝臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1.4所示。 1.檢測(cè)平臺(tái) 2.母線槽 3.檢測(cè)縱向定位氣缸 4.檢測(cè)平臺(tái)移送電機(jī) 5.包裝平臺(tái) 6.包裝臺(tái)縱向定位氣缸 7、9.母線槽包裝臺(tái)升降氣缸 8.包裝臺(tái)移送電機(jī) 10、27.縱向到位檢測(cè)傳感器 11、26.左右端橫向定位滑臺(tái) 12、25.右端測(cè)量頭驅(qū)動(dòng)氣缸 13、24.X軸及U軸滑臺(tái) 14、23.X軸及U軸步進(jìn)電機(jī) 15、22.左右端橫向定位氣缸 16、21.左右端垂直升降臺(tái) 17、19.Y軸及V軸步進(jìn)電機(jī) 18、20.左右端移動(dòng)立柱 圖1.4 檢測(cè)臺(tái)和包裝臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖 母線槽參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)工作過(guò)程如下：上位機(jī)（PC機(jī)）發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)給下位機(jī)，然后，下位機(jī)開(kāi)始工作。下位機(jī)控制檢測(cè)臺(tái)傳送裝置和氣壓傳動(dòng)定位機(jī)構(gòu)傳送及定位母線槽。之后，下位機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)導(dǎo)電片的電阻以及導(dǎo)電片之間的絕緣強(qiáng)度，并把結(jié)果傳送給上位機(jī)。上位機(jī)接受到檢測(cè)完畢的信號(hào)后，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷母線槽是否合格，若合格，則發(fā)送信號(hào)給打印機(jī)，打印機(jī)打印出所測(cè)母線槽的條碼。然后，上位機(jī)發(fā)送信號(hào)給貼標(biāo)機(jī)，并控制貼標(biāo)機(jī)把條碼貼到母線槽上。貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)完畢后發(fā)送信號(hào)給上位機(jī)，上位機(jī)接著發(fā)送信號(hào)給下位機(jī)，由下位機(jī)控制完成對(duì)母線槽的包裝。 下面將按照前文敘述的工作過(guò)程給出母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)（下位機(jī)）控制系統(tǒng)的工作流程圖（圖1.5）。 檢測(cè)臺(tái)母線槽傳送電機(jī)啟動(dòng) 檢測(cè)臺(tái)縱向定位缸升起 檢測(cè)臺(tái)母線槽傳送電機(jī)停止 檢測(cè)臺(tái)左端側(cè)向定位缸啟動(dòng) 檢測(cè)臺(tái)右端側(cè)向定位缸啟動(dòng) 連接絕緣強(qiáng)度檢測(cè)儀 兩檢測(cè)頭移動(dòng)、定位、檢測(cè)并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給上位機(jī) 檢測(cè)頭檢測(cè)完后回檢測(cè)起點(diǎn) 連接檢測(cè)電阻的微歐計(jì) 兩檢測(cè)頭移動(dòng)、定位、檢測(cè)并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給上位機(jī) 開(kāi)始 Y N N 母線槽縱向到位？ 左、右端側(cè)向定位缸到位？ Ⅰ 檢測(cè)頭檢測(cè)完后回檢測(cè)原點(diǎn) 檢測(cè)臺(tái)左、右端側(cè)向定位缸退回 檢測(cè)臺(tái)縱向定位缸退回 檢測(cè)臺(tái)母線槽傳送電機(jī)啟動(dòng) 包裝臺(tái)母線槽傳送電機(jī)啟動(dòng) 包裝臺(tái)縱向定位缸升起 母線槽離開(kāi)檢測(cè)臺(tái)后檢測(cè)臺(tái)電機(jī)停轉(zhuǎn) 母線槽到達(dá)包裝臺(tái)后包裝臺(tái)電機(jī)停轉(zhuǎn) 發(fā)送信號(hào)給上位機(jī)，啟動(dòng)貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo) 貼標(biāo)結(jié)束后，包裝氣缸升起 延時(shí)，包裝 定位氣缸退回 包裝氣缸退回 結(jié) 束 Ⅰ 圖1.5 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)（下位機(jī)）的工作流程 第二章 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) 2.1 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)硬件系統(tǒng)組成方案的擬定 母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)的控制電路主要有以下四部分組成：CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、顯示電路、信號(hào)輸入/輸出電路、鍵盤(pán)擴(kuò)展電路。控制電路的大致設(shè)計(jì)思路如下：采用8031作為、外擴(kuò)ROM（27256（32k×8））和RAM（6264（8k×8））、I/O口用8255擴(kuò)展、步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)經(jīng)過(guò)74LS273鎖存器后輸出、鍵盤(pán)和選擇開(kāi)關(guān)用8155擴(kuò)展、顯示電路用6位LED靜態(tài)顯示：其中一位十六段的“米”字形的LED用于顯示字母，其余的五位皆是七段LED。具體的電路設(shè)計(jì)將在后面作詳細(xì)的介紹。母線槽參數(shù)檢測(cè)機(jī)硬件系統(tǒng)組成方案如圖2.1所示。 8031 CPU 外擴(kuò)ROM （27256） 外擴(kuò)RAM （6264） 6位LED 顯示電路 8155 手動(dòng)控制電路 鍵 盤(pán) 母導(dǎo)線的種類選擇開(kāi)關(guān) 輸出信號(hào)光 電耦合電路 8255 輸入信號(hào)光 電耦合電路 控制X、Y、U、V軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)的光電耦合電路 圖2.1硬件系統(tǒng)組成框圖 2.2 CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)硬件電路的CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路部分：CPU采用8031、外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器（ROM）采用27256（32k×8）、外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）采用6264（8k×8）、鎖存器采用74LS373。本節(jié)主要對(duì)它們的引腳圖、引腳功能及相關(guān)知識(shí)作了簡(jiǎn)單介紹。同時(shí)，給出了CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路。 2.2.1 CPU 的選擇 單片機(jī)的種類繁多，常見(jiàn)的MCS-51系列單片機(jī)有8031和8051。雖然8051有內(nèi)部ROM，但其容量只有4KB，存儲(chǔ)空間較小，滿足不了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。另外，8031目前使用比較廣泛，且8051與8031相比價(jià)格偏高，所以在本次設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)硬件電路的CPU選擇用8031。8031是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，采用40引腳的雙列直插封裝（DIP方式），其引腳圖如圖2.2所示。按其引腳功能，這些引腳可分為四類： （1）電源引腳VCC和GND（共2根） 1）VCC（40腳）：接+5V電壓。 2）GND（20腳）：接地。 （2）外接晶振引腳X1和X2（共2根） X1（19腳）和X2（18腳）引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接連接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 （3）控制和復(fù)位引腳ALE、、和RST（共4根） 1）ALE（30腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 2）（29腳）：輸出外部程序存儲(chǔ)器（ROM）的讀選通信號(hào)。 圖2.2 8031引腳圖 3）（31腳）：當(dāng)端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部ROM，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)片內(nèi)ROM的容量時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部ROM。當(dāng)保持低電平時(shí)，則訪問(wèn)外部ROM，不管是否有內(nèi)部ROM。對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，采用CPU是8031，其內(nèi)部無(wú)ROM，所以腳必須常接地，這樣才能選擇外部ROM。單片機(jī)只在復(fù)位期間采樣腳的電平，復(fù)位結(jié)束以后腳的電平對(duì)ROM的訪問(wèn)無(wú)影響。 4）RESET（9腳）：復(fù)位引腳。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)8031復(fù)位。 （4）輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根） 1）P0口（32腳～39腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口。在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。 2）P1口（1腳～8腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，所以不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL負(fù)載。 3）P2口（21腳～28腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，可作為高8位地址總線送出高8位地址。P2口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL負(fù)載。 4）P3口（10腳～17腳）：是8位準(zhǔn)雙向I/O口。這8個(gè)引腳除用于普通輸入、輸出外，還可以用于專門(mén)功能，它是一個(gè)復(fù)用雙功能口。P3口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL負(fù)載。P3口作為第一功能使用時(shí)，即作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同；作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表2.1所示。值得強(qiáng)調(diào)的是P3口每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 表2.1 P3口第2功能表 引腳 第 2 功 能 P3.0 RXD（串行口輸入端） P3.1 TXD（串行口輸出端） P3.2 （外部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效） P3.3 （外部中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效） P3.4 T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端） P3.5 T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端） P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸入端，低電平有效） P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸入端，低電平有效） 2.2.2 ROM 的選擇 CPU外擴(kuò)ROM一般用EPROM，它是紫外線可擦除電可編程的只讀存儲(chǔ)器，芯片置于紫外線燈下照20min以后，內(nèi)部?jī)?nèi)容變?yōu)槿?”，通過(guò)編程器將程序代碼寫(xiě)入后信息不會(huì)丟失，可靠性很高。常用的EPROM電路有2732（4KB）、2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）、27512（64KB），由于它們價(jià)格相近，且大容量的EPROM讀取速度快，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)所需要的存儲(chǔ)空間，故控制系統(tǒng)的硬件電路采用27256（32k×8）作為外擴(kuò)ROM。 外擴(kuò)ROM27256（32k×8）采用28引腳雙列直插封裝（DIP方式），其引腳圖如圖2.3所示。 1. 27256的引腳功能 27256各引腳的意義如下： 1）A0～A14：地址輸入線。 2）D0～D7：三態(tài)數(shù)據(jù)總線，讀或編程檢驗(yàn)時(shí)為數(shù)據(jù)輸出線，編程時(shí)為數(shù)據(jù)輸入線。維持或編程禁止時(shí)，D0～D7呈高阻抗。 3）：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。 4）：讀選通信號(hào)輸入線，低電平有效。 5）Vpp：編程電源輸入線，Vpp的值因芯片型號(hào)和制造廠商而異。 6）Vcc：主電源輸入線，Vcc一般為+5V。 圖2.3 27256引腳圖 7）GND：線路接地。 2. EPROM的操作方式 對(duì)EPROM的主要操作方式有： 1）編程方式：把程序代碼（機(jī)器指令、常數(shù)）固化到EPROM中。 2）編程校驗(yàn)方式：讀出EPROM中的內(nèi)容，檢驗(yàn)編程操作的正確性。 3）讀出方式：CPU從EPROM中讀取指令或常數(shù)，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的工作方式。 4）維持方式：不對(duì)EPROM操作，數(shù)據(jù)端呈高阻。 5）編程禁止方式：適用于多片EPROM并行編程不同數(shù)據(jù)。 表2.2給出了27256不同操作方式下控制引腳的電平。 表2.2 27256不同操作方式下控制引腳的電平 引 腳 方 式 (20) (22) Vpp (1) Vcc (28) D0～D7 (11～13)(15～19) 讀 VIL VIL Vcc 5V 數(shù)據(jù)輸出 禁止輸出 VIL VIH Vcc 5V 高阻 維持 VIH 任意 Vcc 5V 高阻 編程 VIL VIH Vpp 5V 數(shù)據(jù)輸入 編程校驗(yàn) VIH VIL Vpp 5V 數(shù)據(jù)輸出 編程禁止 VIH VIH Vpp 5V 高阻 3.程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法 內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，EA接高電平。CPU取指令時(shí)，PC值在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器范圍內(nèi)時(shí)從內(nèi)部取指令，PC值大于內(nèi)部程序存儲(chǔ)器范圍內(nèi)時(shí)從外部EPROM中取指令。本次設(shè)計(jì)所用的8031CPU，其內(nèi)部沒(méi)有用戶程序存儲(chǔ)器，EA接地，外接EPROM，CPU總是從外部EPROM中取指令。一般來(lái)說(shuō)，外部程序存儲(chǔ)器由一片EPROM組成，EPROM片選信號(hào)可以直接接地。當(dāng)EA接地時(shí)，外部EPROM的地址從令開(kāi)始；當(dāng)EA接高電平時(shí)，外部EPROM的地址緊跟在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的地址后開(kāi)始。圖2.4給出了8031單片機(jī)和EPROM27256的接口方法。 圖2.4 8031和27256的接口方法 2.2.3 RAM 的選擇 控制系統(tǒng)硬件電路中的RAM主要用于存放控制檢測(cè)頭運(yùn)動(dòng)位移量的檢測(cè)程序。目前，單片機(jī)系統(tǒng)常用的RAM電路有6216（2KB）、6264（8KB）、62256（32KB）?？紤]到控制系統(tǒng)存放的程序和數(shù)據(jù)不是很多， 8k的RAM比較常用，市場(chǎng)上容易買(mǎi)到且價(jià)格比較便宜，因此，選擇6264（8k×8）作為外擴(kuò)RAM。由于只用到4k的容量，故空掉了A12一根地址線（接地），即只用到了A0～A11共12根地址線。 6264同樣采用28引腳的雙列直插封裝（DIP方式），其引腳圖如圖2.5所示。 1.6264各引腳的意義如下： 1）A0～A12：地址輸入線。 2）D0～D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。 3）VCC：工作電源+5V。 4）GND：線路接地。 5）NC：懸空腳。 6）：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。 7）：讀選通信號(hào)輸入線，低電平有效。 8）：寫(xiě)選通信號(hào)輸入線，低電平有效。 9）CS：第二片選信號(hào)，高電平有效。CS=1，=0選中。 值得注意的是，6264芯片是易失性的，一旦掉電，內(nèi)部的所有信息都會(huì)丟失。因此，需設(shè)計(jì)一個(gè)掉 圖2.5 6264引腳圖 電保護(hù)電路，在無(wú)外部電源給6264供電時(shí)，電路的備用干電池給6264供電，以保證6264內(nèi)的數(shù)據(jù)不丟失。 表2.3給出了6264不同操作方式下控制引腳的電平。 表2.3 6264不同操作方式下控制引腳的電平 引 腳 方 式 (20) CS (26) (22) (27) D0～D7 (11～13)(15～19) 未選中（掉電） VIH 任意 任意 任意 高阻 未選中（掉電） 任意 VIL 任意 任意 高阻 輸出禁止 VIL VIH VIH VIH 高阻 讀 VIL VIH VIL VIH 數(shù)據(jù)輸出 寫(xiě) VIL VIH VIH VIL 數(shù)據(jù)輸入 寫(xiě) VIL VIH VIL VIL 數(shù)據(jù)輸入 2.RAM的擴(kuò)展方法 對(duì)于MCS-51的擴(kuò)展系統(tǒng)，經(jīng)常需要擴(kuò)展RAM和I/O口，由于RAM和I/O口均使用、信號(hào)作為選通信號(hào)，故RAM和I/O共占64KB的地址空間，因此RAM,I/O口的片選信號(hào)一般由高位地址譯碼產(chǎn)生，或者用線選法，即用某一位高位地址作為片選信號(hào)。圖2.6給出了用線選法外接6264的接口方法，6264的地址范圍為6000H-7FFFH。MCS-51訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)保持高電平，對(duì)外部RAM或I/O讀、寫(xiě)時(shí)，外部EPROM的數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài)。 圖2.6 8031與6264的接口方法 2.2.4 鎖存器的選擇 由于8031的P0口是地址和數(shù)據(jù)復(fù)用的，這就需要使用鎖存器把低8位地址進(jìn)行鎖存，所以，CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路中選擇了較常用的74LS373鎖存器，其引腳圖如圖2.7所示。 74LS373各引腳的意義如下： 1）D0～D7：三態(tài)門(mén)輸入端。 2）Q0～Q7：三態(tài)門(mén)輸出端。 3）GND：接地。 4）VCC：電源端。 5）：三態(tài)門(mén)使能端。=0，三態(tài)門(mén)導(dǎo)通，允許Q端輸出；=1，三態(tài)門(mén)斷開(kāi)，對(duì)外電阻呈高阻狀態(tài)。 圖2.7 74LS373引腳圖 6）G：鎖存器控制端。G=1,鎖存器處于透明工作狀態(tài)，即鎖存器的輸出狀態(tài)隨輸入端的變化而變化，即Qi=Di (i=0,1,2……7)；G由1變0時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存起來(lái)，此時(shí)輸出端Qi不再隨輸入端的變化而變化，而一直保持鎖存前的值不變。G端可直接與單片機(jī)的地址鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE的下降沿進(jìn)行地址鎖存。 2.2.5 CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) 本節(jié)將給出完整的CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路（如圖2.8所示），在此之前先對(duì)該擴(kuò)展電路做以下幾點(diǎn)說(shuō)明： 1）由于采用了三極管，在掉電后可以把6264與其他電路隔開(kāi)，這樣，干電池就只需給6264供電，可以更有效的延長(zhǎng)其壽命。另外，由于6264的工作電壓在3V～4V之間，因此，在設(shè)計(jì)的CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路中，用了兩個(gè)電阻對(duì)提供的5V電壓進(jìn)行了分壓。 2）8031的P0口的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，因此要經(jīng)鎖存器74LS373鎖存低八位地址，高七位地址則由8031的P2口提供，這樣就構(gòu)成了控制系統(tǒng)硬件電路所需的十五位地址。 3）由8031的P1口擴(kuò)展的+X、-X、+Y、-Y、+U、-U、+V、-V四個(gè)坐標(biāo)方向的進(jìn)給按鈕也在此給出。 4）CPU擴(kuò)展電路部分以及后面的顯示電路部分還需要用到譯碼器，本次設(shè)計(jì)在這兩部分電路中都選用74LS138譯碼器，對(duì)于這部分的知識(shí)將在后面的章節(jié)中作詳細(xì)的介紹。 2.3鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì) 2.3.1 鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)接口芯片的選擇 控制系統(tǒng)的硬件電路中鍵盤(pán)接口芯片選用8155。8155芯片內(nèi)具有256B RAM、2個(gè)8位和1個(gè)6位的可編程I/O口、1個(gè)14位減法計(jì)數(shù)器，與MCS-51單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 1．8155的引腳功能 8155的引腳圖和邏輯框圖分別如圖2.9、圖2.10所示，引腳功能如下： 1）RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。復(fù)位后，3個(gè)I/O口均為輸入方式。 2）AD0～AD7：三態(tài)的地址/數(shù)據(jù)總線。與單片機(jī)的低8位地址/數(shù)據(jù)總線（P0口）相連。單片機(jī)與8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令與狀態(tài)信息都是通過(guò)這個(gè)總線口傳送的。 3）：讀選通信號(hào)，控制對(duì)8155的讀操作，低電平 4）：寫(xiě)選通信號(hào)，控制對(duì)8155的寫(xiě)操作，低電平有效。 5）：片選信號(hào)線，低電平有效。 6）IO/：8155的RAM存儲(chǔ)器或I/O口選擇線。當(dāng)IO/＝0時(shí)，則選擇8155的片內(nèi)RAM，AD0～AD7上地址為8155中RAM單元的地址（00H～FFH）；當(dāng)IO/＝1時(shí)，選擇8155的I/O口，AD0～AD7上的地址為8155 I/O口的地址。 7）ALE：地址鎖存信號(hào)。8155內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，在ALE的下降沿將單片機(jī)P0口輸出的低8位地址信息及，IO/的狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部鎖存器。因此，P0口輸出的低8位地址信號(hào)不需外接鎖存器。 圖2.8 CPU存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 8）PA0～PA7：8位通用I/O口，其輸入、輸出的流向可由程序控制。 9）PB0～PB7：8位通用I/O口，功能同A口。 10）PC0～PC5：有兩個(gè)作用，既可作為通用的I/O口，也可作為PA口和PB口的控制信號(hào)線，這些可通過(guò)程序控制。 11）TIMER IN：定時(shí)/計(jì)數(shù)器脈沖輸入端。 12）TIMER OUT：定時(shí)/計(jì)數(shù)器輸出端。 13）VCC：＋5V電源。 2．8031和8155的連接 因8155的AD0～AD7為三態(tài)雙向的地址/數(shù)據(jù)總線口，內(nèi)部有地址鎖存器，故8155能直接和8031的P0口相連。圖2.11是8155和8031 的接口邏輯。 圖2.9 8155引腳圖 256*8 靜態(tài)RAM 定時(shí)器 A B C A口 B口 C口 PA0~PA7 PB0~PB7 PC0~PC7 IO/M AD0~AD7 \CE ALE \RD \WR RESET T1 TO Vss Vcc(+5V) 圖2.10 8155邏輯圖 P0口 P2.0 ALE (P3.6) (P3.7) 8031 AD0～AD7 PA PB ALE PC VCC GND RESET TI 8155 復(fù) 位 電 路 +5V 接地 74LS138的Y0 圖2.11 8031和8155的接口邏輯 8031 INT1 2.3.2 鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)電路 根據(jù)控制要求，用8155的PA0～PA5和PC0～PC5擴(kuò)展一矩陣式鍵盤(pán)，擴(kuò)展的按鍵主要有：0～9十個(gè)數(shù)字鍵，X、Y、U、V四個(gè)軸的選擇按鍵，以及dp（小數(shù)點(diǎn)鍵）、Delete（刪除鍵）、Space（空格鍵）、Enter（回車鍵）、M（準(zhǔn)備功能鍵）、N（程序段號(hào)鍵）、F（進(jìn)給功能鍵）共二十一個(gè)按鍵。母線槽種類選擇開(kāi)關(guān)由PB0～PB5擴(kuò)展，共有一層三列、一層四列、一層五列、二層三列、 二層四列、二層五列六種選擇。詳細(xì)的鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)擴(kuò)展電路如圖2.12所示。 圖2.12 鍵盤(pán)及選擇開(kāi)關(guān)擴(kuò)展電路 這里對(duì)PB6、PB7的功能做如下說(shuō)明：當(dāng)開(kāi)關(guān)撥至最左端，即PB6=0、PB7=1時(shí)，處于手動(dòng)鍵盤(pán)狀態(tài)（8031的P1口擴(kuò)展）；當(dāng)開(kāi)關(guān)撥至中間，即PB6=1、PB7=0時(shí)，處于編輯鍵盤(pán)狀態(tài)（8155擴(kuò)展）；當(dāng)開(kāi)關(guān)撥至最右端，即PB6=1、PB7=1時(shí)，處于等待自動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)。 2.4顯示電路的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)硬件電路的顯示電路部分采用六位LED靜態(tài)顯示：其中一位十六段的“米”字型的LED用于顯示字母，其余的五位皆是七段LED，其中的第一位LED用于顯示坐標(biāo)負(fù)號(hào)，其后三位用于顯示檢測(cè)機(jī)構(gòu)位移量的整數(shù)部分。最后一位LED用于顯示檢測(cè)機(jī)構(gòu)位移量的小數(shù)部分。顯示電路中鎖存器采用了74LS273。本節(jié)主要介紹了十六段“米”字形LED、七段LED、74LS273的引腳圖和引腳功能，以及顯示電路。 2.4.1 鎖存器的選擇 靜態(tài)顯示常用鎖存器74LS273，它是單片集成正沿觸發(fā)的觸發(fā)器，用直接清零輸入執(zhí)行D型觸發(fā)器的邏輯功能。符合建立時(shí)間要求的D輸入端上的信息，在時(shí)鐘脈沖的正躍變沿上傳到Q端輸出端。時(shí)鐘的觸發(fā)產(chǎn)生于特定的電壓電平上，且不直接同正躍變的躍變時(shí)間有關(guān)，當(dāng)時(shí)鐘輸入處于高電平或者處于低電平時(shí)，D端輸入的信號(hào)在輸出端沒(méi)有影響。它的主要特點(diǎn)是： 1）含有單向輸出的8個(gè)觸發(fā)器。 2）緩沖的時(shí)鐘輸入和直接的清零輸入。 3）每個(gè)觸發(fā)器有單獨(dú)的數(shù)據(jù)輸入。 74LS273的引腳圖如圖2.13所示。其中74LS273的引腳功能是： 1）1D~8D: 信號(hào)輸入端。 2）1Q~8Q: 信號(hào)輸出端。 3）CLK: 時(shí)鐘信號(hào)輸入端。 4）CLR: 清零端。 圖2.13 74LS273引腳 2.4.2 七段LED 七段LED引腳圖如圖2.14所示。在單片機(jī)中通常使用7段LED構(gòu)成字型“8”，另外還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管以顯示數(shù)字、符號(hào)及小數(shù)點(diǎn)，這種顯示器有共陰和共陽(yáng)兩種。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的（公共端Ka）稱為共陽(yáng)極顯示器，陰極連在一起的（公共端Ka）稱為共陰極顯示器。一位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段）a、b、c、d、e、f、g，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp 發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。例如：若要顯示數(shù)字1，那么b、c筆畫(huà)的二極管就亮，其它六位則是暗的。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需在公共地端加限流電阻。 圖2.14七段LED引腳圖共陰極七段LED顯示字形編碼表見(jiàn)表2.4。 表2.4　共陰極七段LED顯示字形編碼表 顯示字符 各段發(fā)光二極管的電平 共陰極段選碼 dp g f e d c b a 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 2.4.3 十六段“米”字形LED 十六段“米”字形LED引腳圖如圖2.15所示。 顯示電路采用共陰極的LED顯示方式，當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆畫(huà)的二極管就亮，不加電壓時(shí)則是暗的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到二極管的耐壓能力，為保護(hù)其不受損壞，在共地端接了限流電阻。十六段 “米”字形LED不僅可以顯示0～9十個(gè)數(shù)字，還可以顯示英文字母?？刂葡到y(tǒng)中只需要顯示X、Y、U、V、M、N、F七個(gè)字母，共陰極十六段LED 圖2.15 十六段LED引腳圖 顯示字形編碼見(jiàn)表2.5。 表2.5　共陰極十六段LED顯示字形編碼表 顯示 字符 各段發(fā)光二極管的電平 共陰極 段選碼 m l k j i h g2 g1 f e d2 d1 c b a2 a1 X 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B400H Y 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5400H U 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 00FCH V 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1400H M 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 14CCH N 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 24CCH F 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 4A02H 2.4.4 顯示電路 控制系統(tǒng)中，硬件電路的顯示部分采用六位LED靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示是所有的共陰極或共陽(yáng)極點(diǎn)連接在一起接地或接+5V，每位的段選線分別與一個(gè)八位鎖存器的輸出口相連，顯示器中的各位相互獨(dú)立，因此在同一個(gè)時(shí)間里，每一位顯示的字符可以各不相同，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存的輸出將維持不變，因此靜態(tài)顯示器的亮度較高，并且在顯示過(guò)程中，所需要顯示的字符的各字段連續(xù)通電，所顯示的字段連續(xù)發(fā)光。這種顯示方式編程容易，管理也比較簡(jiǎn)單。 詳細(xì)的顯示電路如圖2.16所示，由圖可知： 1）這次設(shè)計(jì)的六個(gè)LED的陰極先經(jīng)過(guò)上拉電阻再接地，即采用共陰極接法，這里的上拉電阻在電路中主要起限流作用。八段LED的八個(gè)引腳a、b、c、d、e、f、g、dp分別與74LS273的Q1～Q8相連，即由74LS273鎖存輸出信號(hào)給六位LED，用來(lái)控制八個(gè)段位的亮暗，以顯示負(fù)號(hào)和數(shù)字。這里要注意的是，十六段LED有十六個(gè)段位，所以要經(jīng)兩個(gè)74LS273鎖存輸出，以提供這些段位的亮暗信號(hào)來(lái)顯示所需要的字母。綜上，在顯示電路部分需要用到七個(gè)74LS273鎖存器，顯然，這就需要用到譯碼器的七個(gè)位選信號(hào)，根據(jù)譯碼器提供的片選信號(hào)，就可以確定七個(gè)74LS273鎖存器的地址分配，具體如何分配將會(huì)在后面的“譯碼電路的設(shè)計(jì)”一節(jié)詳細(xì)介紹。 2）74LS273的1D～8D分別接8031的P0口的D0～D7，清零端（CLR）接+5V電壓，時(shí)鐘信號(hào)輸入端（CLK）由譯碼器位選信號(hào)端與8031的相或后提供信號(hào)。 3）每個(gè)74LS273鎖存器的VCC和GND之間都接有去耦電容，可抗干擾。 圖2.16 顯示電路 2.5 I/O接口電路的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)硬件電路的I/O接口用8255擴(kuò)展。X、Y、U、V四個(gè)坐標(biāo)方向的手動(dòng)進(jìn)給按鈕由8031（U11）的P1口擴(kuò)展，電路圖如圖2.8所示。 2.5.1 I/O接口芯片的選擇 控制系統(tǒng)硬件電路的I/O接口芯片選用8255。8255是一種通用的可編程并行接口電路，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中被廣泛用作可編程外部I/O擴(kuò)展接口。其引腳圖如圖2.17所示。 8255可編程并行I/O芯片由以下四個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)組成： （1）數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器 這是雙向三態(tài)的8位驅(qū)動(dòng)器，用于和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和8255芯片的數(shù)據(jù)傳送。 （2）并行I/O端口 A口、B口和C口這三個(gè)8位I/O端口功能完全由編程決定，但每個(gè)口都有自己的特點(diǎn)。 1）A口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和 圖2.17 8255引腳圖 一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。它是最靈活的輸入輸出寄存器，可編程作為8位輸入輸出或雙向寄存器。 2）B口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（不鎖存）?？删幊套鳛?位輸入或輸出寄存器，但不能雙向輸入輸出。 3）C口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（不鎖存）。這個(gè)口在方式控制下，可分為兩個(gè)4位口使用。C口除作輸入、輸出口使用外，還可以作為A口、B口選通方式操作時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)。 （3）讀/寫(xiě)控制邏輯 它用于管理所有的數(shù)據(jù)、控制字或狀態(tài)字的傳送，接收單片機(jī)的地址信號(hào)和控制信號(hào)來(lái)控制各個(gè)口的工作狀態(tài)。 1）: 8255的片選引腳端。 2）: 讀控制端。當(dāng)=0時(shí)，允許單片機(jī)從8255讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)字。 3）:寫(xiě)控制端。當(dāng)=0時(shí)，允許單片機(jī)將數(shù)據(jù)或控制字寫(xiě)如8255。 4）RESET：復(fù)位控制端。當(dāng)RESET=1時(shí)，8255復(fù)位。復(fù)位狀態(tài)是：控制寄存器被清除，所有接口（A、B、C）被置入輸入方式。 A0、A1：口地址選擇。通過(guò)A0、A1可選中8255的4個(gè)寄存器。口地址選擇如下： A1 A0 寄存器 0 0 輸出寄存器A（A口） 0 1 輸出寄存器B（B口） 1 0 輸出寄存器C（C口） 1 1 控制寄存器（控制口） （4）A組B組控制塊 每個(gè)控制塊接收來(lái)自讀/寫(xiě)控制邏輯的命令和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的控制字，并向?qū)?yīng)口發(fā)出適當(dāng)?shù)拿睢組控制塊控制A口及C口的高4位；B組控制塊控制B口及C口的低4位。表2.6列出了CPU對(duì)8255端口的尋址和操作控制。 2.5.2 I/O接口電路 控制系統(tǒng)的硬件電路中，開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口電路由8255擴(kuò)展。開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)由8255（U31）的PA口擴(kuò)展，這些信號(hào)包括： 1）兩個(gè)位置檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)母線槽置于檢測(cè)臺(tái)還是包裝臺(tái)； 2）兩個(gè)壓力繼電器輸入信號(hào)，發(fā)送測(cè)量頭橫向定位氣缸到位信號(hào)； 3）四個(gè)步進(jìn)電機(jī)正負(fù)超程信號(hào)，控制X、Y、U、V四個(gè)軸的超程。 開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)由8255（U31）的PB、PC口擴(kuò)展，這些信號(hào)包括： 1）兩個(gè)傳送臺(tái)（檢測(cè)臺(tái)、包裝臺(tái)）異步電機(jī)的起停信號(hào)； 2）八個(gè)電磁換向閥控制信號(hào)，控制八個(gè)氣缸的動(dòng)作； 3）絕緣強(qiáng)度檢測(cè)儀和微歐計(jì)測(cè)量頭切換信號(hào)。 表2.6 CPU對(duì)8255端口的尋址和操作控制 A1 A0 操 作 0 1 0 00 D0～D7→PA口 0 1 0 01 D0～D7→PB口 0 1 0 10 D0～D7→PC口 0 1 0 11 D0～D7→控制口 0 0 1 00 PA口→D0～D7 0 0 1 01 PB口→D0～D7 0 0 1 10 PC口→D0～D7 1 × × ×× D0～D7呈高阻 0 1 1 ×× D0～D7呈高阻 0 0 0 ×× 非法操作 0 0 1 11 非法操作 詳細(xì)的I/O接口電路如圖2.18所示。 圖2.18 I/O接口電路 在I/O接口電路中，全部采用了光電耦合器（其結(jié)