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，母线南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 槽在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 。 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。 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 2 3 1 1-母线槽 2-检测头 3-气缸 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。 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 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 5 页 贴标。 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？ A N Y N 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 7 页 图 1-5 下位机的工作过程 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 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 。 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。 8031 CPU ROM LED 显示 RAM 8155 键盘PA 母线槽种类选择开关 工作方式选择开关 8255 74LS273 X 、 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 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）、 EA (片外存储器选择 )、RESET(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/ PROG （ 30 脚） 地址锁存允许信号端。当 CPU 访问外部存储器的时 候， ALE（允许地址锁存）的输出信号作为锁存低 8 位地址的控制信号。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN u m b e r R e v is io nS iz eA1D a te : 1 1 -M a y -2 0 0 6 S h e e t o f F ile : E :朱静毕业设计 朱静毕业设计电路 B A 0 D 5 2 1 . D D BD r a w n B y :E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 0 .039P 0 .138P 0 .237P 0 .336P 0 .435P 0 .534P 0 .633P 0 .732P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10VCC40GND20U18 0 3 1 A H南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页 （ 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） EA /Vpp（ 31 脚） 外部程序存储器 地址 允许输入端 /固化编程电压输入端。 8031 没有内部程序存储器，所以 EA 脚必须常接地。 （ 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） P3.1 TXD （串行口输出端） 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 8K 8 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） CE 片选信号输入线，“ 0”（低电平）有效。 （ 4） PGM 编程脉冲输入线。 （ 5） OE 读选通信号输入线，“ 0”（低电平）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。 （ 7） Vcc 主电源输入线， Vcc 一般为 +5V。 引脚 第二功能 P3.2 0INT （外部中断 0 请求输入端，低电平 有效） P3.3 1INT （外部中断 1 请求输入端，低电平有效） P3.4 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 WR （外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效） P3.7 RD （外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e vis io nS izeA1D ate : 3 0 -M a y -2 0 0 6 S h ee t of F ile: E :朱静毕业设计 朱静毕业设计电路 B A 0 D 5 2 1 .D D Br aw n By :A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1021A 1123A 122CE20OE22P G M27V P P1D011D112D213D315D416D517D618D719V CC28G N D14U32 7 64南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页 （ 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 CE （ 20） OE （ 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 8K 8 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 CE 引脚为片选信号输入端，低电平有效。 CE 引脚接地表示选中该 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 OE 端由 8031 的 PSEN 引脚控制。在一个机器周期内 PSEN 信号两次有效。当 PSEN 信号由高电平变成低电平时，允许 2764 输出， 将 指定的 2764存储单元的内容送到 P0 口，在 PSEN 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：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 用后备南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页 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 RD 和 WR 信号控制。 6264 的管脚图如图 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） CE 片选信号输入线，低电平有效。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） WR 写允许信号输入端，低电平有效。 （ 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） 2CS （ 26） RD （ 22） WR （ 27） IO0IO7(1113) （ 1519） 未选中（掉电） V IH 任意 任意 任意 高阻 未选中（掉电） 任意 VIL 任意 任意 高阻 输出禁止 VIL V IH V IH V IH 高阻 读 VIL V IH VIL V IH DOUT写 VIL V IH V IH VIL DIN写 VIL V IH VIL VIL DIN3. 6264 芯片的特性 6264 芯片是 8K 8 位的静态随机存储器芯片， 28 线双列直插式封装。数1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e vis io nS iz eA1D a te : 1 4 -M a y -2 0 0 6 S h e e t of F ile : E :朱静毕业设计 朱静毕业设计电路 B A 0 D 5 2 1 .D D Br a w n B y :A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1021A 1123A 122C S 120C S 226WR27RD22D011D112D213D315D416D517D618D719V C C28G N D14U 196 2 64南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 14 页 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 RD 、 WD ，但是它需要考虑 与其它扩充 的统一编址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 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA1D a t e : 1 5- J u n - 2 0 06 S he e t o f F i l e : J : 朱静设计电路 B A 0 D 5 2 1 .D D B D r a w n B y:+5D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11V C C20GND10U2 7 4L S 3 73E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10VCC40GND20U18 03 1 A HC 1 4+5+5+5 C 1 3A1B2C3G2A4G2B5G16Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77VCC16GND8U 1 8A 1 5A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CS120CS226WR27RD22D011D112D213D315D416D517D618D719VCC28GND14U 1 96 26 4D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7R 1 3R 1 4+5Q2+5Q1+5R 1 2R 1 1D3D4C 1 5+5B T 1D0D1D2D3D4D5D6D7A8A9A 1 0A 1 1A 1 2A 1 3A 1 4A12A13A14A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122CE20OE22PGM27VPP1D011D112D213D315D416D517D618D719VCC28GND14U32 76 4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 选中的芯片号 赋能 选择 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 G1 *2G C B A 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 *2G =G A2 +G B2 由 74LS138 的功能表 ，我们可以发现只有在 G1 高电平而 *2G 低电平时， 74LS138 译码器才处于工作状态。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序存储器的是 8K 8 的 2764 芯片。因为 1KB=1024B，所以 8KB=2 3 210 B=2 13 B，即 2764 需要外接 13 根地址线。即 CPU8031 的 P0 口的 A0A7 和1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e visio nS izeA1D ate : 1 7 -M a y -2 0 0 6 S h ee t of F ile: E :朱静毕业设计 朱静毕业设计电路 B A 0 D 5 2 1 .D D Br aw n By :A1B2C3G2A4G2B5G16Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77VCC16GND8U 177 4 LS 1 3 8南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 16 页 P2 口的 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 程序存储器 2764 的地址范围 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 地址范围 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0001H . 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1FFEH 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1FFFH 由表中我们可以知道在本次设计中， 2764 可 以 提 供 的 选 址 范 围 是0000H1FFFH。 （ 2） 数据存储器地址范围的确定 由于在本次设计电路中只需要扩展4KB 的片外数据存储器，所以在设计电路时，我只选用了 6264 芯片 的 A0A11地址管脚 。另外，由于 6264 芯片的片选端 1CS 接在译码器 U18（如图 2-5） 的Y4 端口上， 因此对应 Y4 输出的译码信号 A12、 A13 及 A14 为 001。再有 译码器 U18 的 G1 端口接在 CPU 的 A15 口上，根据 74LS138 的工作特性可知只有当 CPU 的 A15 脚送给 G1 端口信号固定为高电平“ 1”时，此译码器才可以被选中工作。 由上可得 6264 的地址范围见表 2-6。 表 2-6 数据 存储器 6264 的地址范围 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 地址范围 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C000H 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 C001H . 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 CFFEH 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CFFFH 由表中我们可以知道在本次设计中， 6264 芯片可以提供的片外数据存储器选南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 17 页 址范围是 C000HCFFFH。 2.3 显示电路的设计 本次设计中，我选择 LED 设计显示电路。且应用的 LED 显示方式是静态显示。静态显示需要锁存器，我所选用的 锁存器是 74LS273，下面做分别介绍。 2.3.1 锁存器 74LS273 74LS273 是单片集成正沿触发的触发器，它用直接清零输入执行 D 型触发器的逻辑功能。符合建立时间要求的 D 输入端上的信息，在时钟脉冲的正跃变沿上传到 Q 端输出端。时钟的触发产生于特定的电压电平上，且不直接同正跃变的跃变时间有关，当时钟输入处于高电平或者处于低电平时， D 端输入的信号在输出端没有影响。它的主要特点是 ： 1）含有单向输出的 8 个触发器 。 2）缓冲的时钟输入和直接的清零输入 。 3）每个触发器有单独的数据输入 。 74LS273 的管 脚图如图 2-7 所示 。其中 74LS273的管 脚 功能是： 1） D1D8 信号输入端 。 2） Q1Q8 信号输出端 。 3） CLK 时钟信号输入端 。 图 2-7 74LS273 的管脚图 4） CLR 清零端 。 2.3.2 LED 显示电路设计 LED 显示有静态显示和动态显示两种形式。 动态显示是将所有位的段选码并联在一起 ，由一个 8 位 I/O 口控制，而共阴极或共阳极点分别由相应的 I/O 口线控制。这种显示方式只需要两个 8 位 I/O口。其中一个控制段选码，另外一个控制位选码。在这种显示方式的显示过程中，所需显示的字段断续通以电流，在需要多个字符同时显示时，可以轮流给每一个字符通以电流，逐次把所需显示的字符显示出来。动态显示的基本原理是：单片机依次发出段选控制字和对应哪一位 LED 显示器的位选控制信号，显示器逐个循环点亮。适当选择扫描速度，利用人眼“留光”效应，使得看上去好像这几位显示器在同时显示一样，而在动态扫描显示控制中，同一个时刻 ，1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e vis io nS izeA1D ate : 1 7 -M a y -2 0 0 6 S h ee t of F ile: E :朱静毕业设计 朱静毕业设计电路 B A 0 D 5 2 1 .D D Br aw n By :D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819C LK11C LR1V CC20GND10U 147 4 LS 2 7 3南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 18 页 实际上只有一位 LED 被点亮。这种显示方式可以简化电路，降低成本。 静态显示则是所有的共阴极或共阳极点连接在一起接地或接 +5V， 每位的段选线分别与一个 8 位锁存器的输出口相连，显示器中的各位相互独立，因此在同一个时间里，每一位显示的字符可以各不相同，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存的输出将维持不变，因此静态显示器的亮度较高，并且在显示过程中，所需要显示的字符的各字段连续通电，所显示的字段连续发光。这种显示方式编程容易，管理也比较简单，但是它占用的 I/O 口线资源比较多。 本次设计所选为静态显示，共六 个显示位 。其中一位十六段的“米”字形的 LED 用于显示 字母 ，其余的五位七段 LED，其中的第一 位 用于显示负号，表示四个电机的负方向进给，其后三位用于显示电机 位移量 的整数部分以及小数点，最后一位用于显示电机 位移量 的小数部分。下面将对这两种 LED 显示器 作分别的介绍。 1. 十六段“米”字 形 LED 十六段 LED 显示的管脚配置外形图如图 2-8 所示： 本设计采用共阴极的 LED 显示方式，当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画的二极管就亮，不加电压时则是暗的。在设计过程中，考虑 到二极管的耐压能力，为保护其不受损坏，在共地端接了限流电阻。十六段发光二极管构成“米”字形的 LED 显示，它不仅可以显示 09 十个数字，也可以显示英文字母。 而在本次设计中只需要显示 X、 Y、 U、 V、 N、 M、 T 共七 个字母，显示字形编码 见 表 2-7。 图 2-8 十六段 LED 管脚 表 2-7 共阴极十六段 LED 显示字形编码表 显示字符 各段发光二极管上的电平 共阴极段选码 N M L K J I H G F E D2 D1 C B A2 A1 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 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 M 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1484H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um b e r R e visio nSizeA1D ate : 1 7 -M a y -2 0 0 6 Sh ee t of File: E :朱静毕业设计 朱静毕业设计电路 B A0 D 5 2 1 .D DBr aw n By :a1jfmgd2eD PY18171615141312d2lemgji11fa2bchd1i kl n1098765431a1a2bkhG NDncd1L1南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 19 页 （续） N 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 5400H T 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 4803H 2. 七段 LED 显示 七段 LED 显示器是由 8 个发光二极管组成的，当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画的二极管就亮，不加电压时则是暗的。在设计过程中，考虑到二极管的耐压能力，为保护其不受损坏，在共地端接了限流电阻。共阴极七段 LED 显示字形编码表如表 2-8 所示 。 图 2-9 七段 LED 显示 管脚配置外形图 表 2-8 共阴极七段 LED 显示字形编码表 显示字符 各段发光二极管上的电平 共阴极段选码 dp g f e d c b a 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 0 0 1 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 由上面讲述的两种 LED 特性，设计的 LED 显示电路块如图 2-10 所示 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT itleN um be r Re visionSizeA1D ate : 18-M a y -2006 Shee t of File: E :朱静毕业设计 朱静毕业设计电路 BA0D 521.D DBraw n By :abfcgdeD PY3 gnd8 gnd dpf 9g 10dp 5e 1d 2c 4b 6a 7L3南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 20 页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD12111098765