母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)設計

母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)設計,導線,參數(shù),檢測,控制系統(tǒng),設計 南京工程學院 畢業(yè)設計任務書 自動化 系 自動化（數(shù)控技術應用） 專業(yè) 設 計 題 目 母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng) 設計（下位機） 學 生 姓 名 楊 華 勇 班 級 數(shù)控032 起 止 日 期 3月1日至6月15日 指 導 教 師 華 茂 發(fā) 教研室主任 葛 紅 宇 發(fā)任務書日期 2007年3月1日 1.畢業(yè)設計的原始數(shù)據(jù)： 檢測對象為單層母線槽和雙層母線槽，每層分為3、4、5排三種，母 線槽長度范圍3～4m?？刂戚S數(shù)為X、Y、U、V共四軸。 2.畢業(yè)設計(論文)的內容和要求(包括技術要求、圖表要求以及工作要求等)： 采用8031作為CPU，外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。I/O用8255 擴展，鍵盤及選擇開關用8155擴展，步進電機脈沖信號經鎖存器輸出。 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用于顯示坐標負 號，其后三位用于顯示檢測機構位移量的整數(shù)部分，最后一位LED用于 顯示檢測機構位移量的小數(shù)部分。 3.畢業(yè)設計應完成的技術文件： （1）畢業(yè)設計開題報告 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)設計論文 1篇 4.主要參考文獻： （1）《單片機原理及接口技術》,李朝青，北航出版社，1993 （2）《單片機應用系統(tǒng)設計》,何立民，北航出版社，1990 （3）《單片機原理及應用》,趙德安，機械工業(yè)出版社，2004年 5.畢業(yè)設計(論文)進度計劃(以周為單位)： 起 止 日 期 工 作 內 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)設計課題有關資料 撰寫畢業(yè)設計開題報告 擬定設計方案 設計CPU擴展電路 設計顯示電路 設計I/O接口電路 設計鍵盤擴展電路 用PROTEL繪制CPU擴展電路原理圖 用PROTEL繪制其余電路原理圖 繪制PCB圖 設計程序流程圖 英文資料翻譯 撰寫畢業(yè)設計論文 修改畢業(yè)設計論文 畢業(yè)答辯 教研室審查意見： 室主任 年 月 日 系部審查意見： 系主任 年 月 日 南京工程學院 自動化學院 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目： 母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)設計（下位機） 專 業(yè)： 自動化（數(shù)控技術應用） 班 級： 數(shù)控032 學 號： 203030438 學生姓名： 楊華勇 指導教師： 華茂發(fā) 副教授 2007年3月 本科畢業(yè)設計(論文)開題報告 學生姓名 楊華勇 學 號 203030438 專 業(yè) 自動化（數(shù)控技術應用） 指導教師 華茂發(fā) 職 稱 副教授 所在院系 自動化學院 課題來源 自擬課題 課題性質 工程設計 課題名稱 母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)設計（下位機） 畢業(yè)設計的內容和意義? 采用單片機的基本原理、接口技術及系統(tǒng)應用等知識，根據(jù)自動檢測母導線導電片電阻及導電片之間的絕緣強度等技術參數(shù)的要求，進行母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)（下位機）的設計。 1、畢業(yè)設計的具體內容：采用8031作為CPU，外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。I/O用8255擴展，鍵盤及選擇開關用8155擴展，步進電機脈沖信號經鎖存器輸出。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用于顯示坐標負號，其后三位用于顯示檢測機構位移量的整數(shù)部分，最后一位LED用于顯示檢測機構位移量的小數(shù)部分。 2、畢業(yè)設計應完成的技術文件：畢業(yè)設計開題報告、控制系統(tǒng)原理圖、PCB圖、英文翻譯資料、畢業(yè)設計論文。 本課題設計的意義： 本課題對母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)（下位機）的應用進行設計，以達到能夠自動檢測母導線絕緣強度和導線電阻這兩個技術參數(shù)的目的，其設計意義如下： 1、母導線與我們的生活密切相關。母導線主要用于近距離的電力傳輸，尤其在現(xiàn)代高層建筑及電纜橋架領域，幾乎都是用它進行電力傳輸。 2、目前在國內，母導線技術參數(shù)的檢測還是由人工完成，其自動檢測技術還是個空白。該設計可在這方面提供一定的參考應用價值。 3、減小操作誤差，降低檢測人員的人身安全。手動定位檢測頭檢測母導線的導電片電阻和導電片間的絕緣強度，很容易由于定位不準而產生操作誤差。另外，在檢測母導線的絕緣強度時，需要對母導線通以高電壓，這無疑會威脅到檢測員的人身安全。采用本控制系統(tǒng)可對檢測頭進行自動定位及檢測，能提高檢測效率及操作的安全性。 4、適應市場需求。隨著社會的發(fā)展，人工檢測遠遠不能滿足社會對生產率的要求，采用自動檢測技術將會大大提高企業(yè)的生產率，減少人員的投入，給企業(yè)帶來廣闊的市場前景和顯著的社會效益。 文 獻 綜 述 母導線主要技術參數(shù)自動檢測時，下位機接收上位機發(fā)送的啟動信號開始工作，控制檢測臺的傳送裝置和氣壓傳動定位機構傳送和定位母導線。接著，下位機通過運動機構控制檢測系統(tǒng)導電片的電阻與導電片間的絕緣強度，并顯示控制軸的位移量。文獻[1][2][3][4][5][6]對控制傳動和定位的控制系統(tǒng)的硬件設計提供了大量內容作為參考，主要是單片機的基本原理、接口技術以及系統(tǒng)設計方面的知識。其中文獻[3][4][5]對CPU（8031）的引腳、復位電路等方面的知識作了介紹；文獻[3][6]對外擴程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的引腳等知識作出了詳細的闡述；文獻[1][2][3][5]對8255和 8155的擴展等知識給出了詳盡的描述；文獻[3][5][6]對控制軸位移量顯示部分提供了大量理論依據(jù)，主要是8031的LED靜態(tài)顯示方面的敘述。文獻[7][8]對控制系統(tǒng)硬件電路的繪制的基礎知識作了介紹，主要是電路原理圖的設計、生成報表文件、元件的封裝、PCB板的布局和布線等方面知識。 參考文獻： 1、《單片機原理與接口技術》，喻萍、郭文川，化學工業(yè)出版社，2006 2、《單片機應用系統(tǒng)設計》，何立民，北航出版社，1990 3、《單片機原理及應用》，趙德安，機械工業(yè)出版社，2004 4、《單片機原理及其接口技術》，胡漢才，清華大學出版社，2003 5、《單片機原理及接口技術》，李朝青，北航出版社，1993 6、《微機原理與接口技術》，龔義建、嚴運國，科學出版社，2005 7、《Protel 99 SE電子電路設計》，文艷、譚鴻，機械工業(yè)出版社，2006 8、《Protel99SE 電路設計與仿真技術》，王正謀，福建科學技術出版社，2006 研 究 內 容 1、在本課題控制系統(tǒng)（下位機）控制系統(tǒng)硬件電路的設計中，CPU采用了8031單片機。外擴了32K的程序存儲器，用來存放預先編制好的控制程序；外擴了4K的數(shù)據(jù)存儲器，用來存放控制檢測頭運動位移量的檢測程序。 2、采用6位LED靜態(tài)顯示。其中一位十六段 “米”字形LED用于顯示字母，其余的五位皆是七段LED，其中第一位用于顯示坐標負號，其后三位用于顯示檢測機構位移量的整數(shù)部分，最后一位用于顯示檢測機構位移量的小數(shù)部分。 3、用8155芯片擴展編輯按鍵和母導線種類選擇開關。編輯按鍵有：0~9、dp、X、Y、U、V、M、N、F、Enter、Delete、Space等；母線槽種類選擇開關有六種選擇：一層三列、一層四列、一層五列、兩層三列、兩層四列、兩層五列。 4、用8255擴展了若干個I/O口，用來控制位置檢測信號、壓力繼電器信號、步進電機正負超程信號的輸入和異步電機起停信號、電磁換向閥換向信號、絕緣強度檢測儀與微歐計測量頭切換信號的輸出。 5、選擇鎖存器74LS273，用來鎖存輸出控制四個步進電機的正反轉脈沖信號。 研 究 計 劃 3.1 --- 3.2 熟悉課題 3.5 --- 3.9 收集畢業(yè)設計課題有關資料 3.12 --- 3.16 撰寫畢業(yè)設計開題報告 3.19 --- 3.23 擬定設計方案 3.26 --- 3.30 設計CPU擴展電路 4.2 --- 4.6 設計顯示電路 4.9 --- 4.13 設計I/O接口電路 4.16 --- 4.20 設計鍵盤擴展電路 4.23 --- 4.27 用PROTEL繪制CPU擴展電路原理圖 4.30 --- 5.4 用PROTEL繪制其余電路原理圖 5.7 --- 5.11 繪制PCB圖 5.14 --- 5.18 設計程序流程圖 5.21 --- 5.25 英文資料翻譯 5.28 --- 6.1 撰寫畢業(yè)設計論文 6.4 --- 6.8 修改畢業(yè)設計論文 6.11 --- 6.15 畢業(yè)答辯 特 色 與 創(chuàng) 新 本論文特色與創(chuàng)新如下： 1、本課題所設計的硬件電路經進一步完善，結合控制軟件，可自動控制檢測頭的移動和檢測，代替了傳統(tǒng)的手工檢測，提高了檢測效率和精度，降低了操作人員的危險性。 2、采用單片機作為控制系統(tǒng)硬件電路的控制核心，自動檢測一層三列、一層四列、一層五列、兩層三列、兩層四列、兩層五列六個種類的母導線的技術參數(shù)，自動化程度高，檢測范圍寬，控制電路簡單實用。 指導教師 意 見 指導教師簽名： 年 月 日 教研室意見 主任簽名： 年 月 日 系部意見 教學主任簽名： 年 月 日 南京工程學院 自動化學院 本科畢業(yè)設計（論文） 題目： 母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)設計（下位機） 專 業(yè)： 自動化（數(shù)控技術應用） 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起迄日期： 設計地點： _ Graduation Design (Thesis) Design of Control System for Bus Bar Parameter Tester (Slave Computer) By YANG Huayong Supervised by Associate Prof. HUA Maofa Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology June, 2007 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 本文根據(jù)自動檢測母導線導電片電阻和導電片之間絕緣強度的要求，提出了母導線參數(shù)檢測機（下位機）控制系統(tǒng)的設計方案，并詳細介紹了控制系統(tǒng)硬件電路的設計過程。該硬件電路選擇MCS-51系列的單片機8031作為CPU。擴展了32K的程序存儲器和4K的數(shù)據(jù)存儲器，用于存放系統(tǒng)的監(jiān)控程序和相關數(shù)據(jù)；設計了6位LED靜態(tài)顯示電路；選擇8255芯片擴展了若干個 I/O口，用來控制位置檢測、壓力繼電器等信號的輸入和異步電機起停、測量頭切換等信號的輸出；同時，還選擇接口芯片8155擴展了編輯鍵盤和母導線種類選擇開關；另外，還選擇了鎖存器74LS273，用來鎖存輸出控制四個步進電機的正反轉脈沖信號。 該控制系統(tǒng)硬件電路經進一步完善，結合控制軟件，能夠自動控制檢測頭的移動及檢測，而整個控制系統(tǒng)還能自動控制母導線的傳送、定位、貼標、升降以及包裝。整個控制系統(tǒng)的自動化程度高，避免了手動檢測效率低、安全性差等缺點，在母導線技術參數(shù)自動檢測方面有一定的參考應用價值。 關鍵詞：母導線；參數(shù)檢測機；控制系統(tǒng)；硬件電路 I 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） ABSTRACT According to the requirements of resistance and insulation strength between conducting plates, this paper advances a design scheme for the control system of bus bar parameter tester (slave computer), and introduces the design process for the hardware circuit of control system in detail. This hardware circuit selects an 8031, MCS-51 series micro controller, as the CPU. a 32K program memory and a 4K data memory were used to storage the monitor program and relative data, and a 6 bit LED static display circuit is also designed. I/O ports are realized with 8255 to input or output position detection signal, pressure relay signal, start-up/stop signal for the asynchronous motor, switch signal for the detector, etc. At the same time, the parallel interface, 8155, is used to achieve the edit keyboard function and the type selection of bus bar. Further more, the D latch, 74LS273, is used to lock the pulse signal of the movement of the 4 step motors. Hardware improved, combined with adequate software, the movement and detection of detector can be operated automatically under the control of the system developed. Moreover, the whole control system can automatically control the transmission, orientation, pasting mark, and package of the bus bar. Thus, the automation degree of the whole control system is high, and the disadvantages of low efficiency and low security are avoided. There is some application value in automatically detecting the bus duct parameter. Key words：Bus bar; parameter tester; control system; hardware 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 母導線簡介 1 1.3 選題背景與意義 2 1.4 本文的結構 2 第二章 母導線參數(shù)檢測機簡介 3 2.1 母導線參數(shù)檢測機的檢測內容 3 2.2 母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)的組成及工作流程 4 2.2.1 母導線參數(shù)檢測系統(tǒng)的組成 4 2.2.2 母導線參數(shù)檢測系統(tǒng)的工作流程 4 第三章 母導線參數(shù)檢測機（下位機）硬件電路設計 8 3.1 母導線參數(shù)檢測機（下位機）硬件系統(tǒng)組成方案的擬定 8 3.2 CPU存儲器擴展電路的設計 9 3.2.1 CPU 的選擇 9 3.2.2 ROM 的選擇 10 3.2.3 RAM 的選擇 11 3.2.4 鎖存器的選擇 12 3.2.5 CPU存儲器擴展電路 13 3.3 顯示電路的設計 15 3.3.1 鎖存器的選擇 15 3.3.2 十六段“米”字形LED 15 3.3.3 七段LED 16 3.3.4 顯示電路 17 3.4 I/O接口電路的設計 19 3.4.1 I/O接口芯片的選擇 19 3.4.2 I/O接口電路 20 3.5 鍵盤及選擇開關電路的設計 22 3.5.1 鍵盤及選擇開關接口芯片的選擇 22 3.5.2 鍵盤及選擇開關電路 24 3.6 步進電機控制信號輸出電路的設計 25 3.7 譯碼電路的設計 26 3.7.1 譯碼器的選擇 26 3.7.2 譯碼電路的組成 27 3.7.3 地址分配 28 3.8 母導線參數(shù)檢測機（下位機）硬件電路 30 第四章 母導線參數(shù)檢測機（下位機）控制程序流程圖設計 31 4.1 主程序流程圖的設計 31 4.2 鍵盤掃描程序流程圖的設計 32 4.2.1 手動鍵盤掃描程序流程圖的設計 32 4.2.2 編輯鍵盤掃描程序流程圖的設計 36 第五章 硬件電路原理圖及PCB圖的繪制 41 5.1 Protel 99SE的基礎知識 41 5.1.1 Protel 99SE的基本操作 41 5.1.2 電路原理圖的設計步驟 41 5.1.3 PCB圖的設計步驟 42 5.2 電路原理圖的繪制 43 5.2.1 繪制過程中的問題與解決 43 5.2.2 元器件的封裝 44 5.3 PCB圖的繪制 45 第六章 結論 47 致謝 49 參考文獻 50 附錄A：英文資料 51 附錄B：英文資料翻譯 58 附錄C：硬件設計原理圖與PCB圖 63 附件： 畢業(yè)論文光盤資料 54 第一章 緒 論 1.1 引言 隨著中國科技的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對電力資源的要求越來越高，而這無疑對電力傳輸提出了更高的要求。目前，在遠距離電力傳輸方面，電纜的生產和應用已相當成熟，完全滿足傳輸需求；而在近距離傳輸方面，電纜無法達到理想的傳輸效果，母導線的出現(xiàn)恰巧能彌補這一漏洞。 有關資料顯示，2005年中國市場的母導線產品總需求量已近100億元，從2000～2005年，每年的市場增長率約為20%。據(jù)專家預測：隨著中國經濟的可持續(xù)蓬勃發(fā)展，國內母導線市場預計在今后數(shù)年內將保持20%的持續(xù)增長。如此數(shù)量的市場需求，使母導線產品得以迅速發(fā)展并在電力系統(tǒng)中廣泛應用。 隨著母導線產品的廣泛應用，母導線技術參數(shù)的檢測問題也就隨之產生。母導線的主要技術參數(shù)是導線電阻和絕緣強度，對這兩個參數(shù)的檢測在國內還是由人工完成的，其自動檢測技術在國內還是個空白。檢測人員手動控制檢測頭去檢測母導線的導線電阻和絕緣強度，手動定位很容易帶來由于定位不準而產生的操作誤差，這與我們對母導線技術參數(shù)準確性的要求是相沖突的。另外，在檢測母導線的絕緣強度時，需要對母導線通以高壓，這無疑會威脅到檢測人員的人身安全。隨著社會的不斷發(fā)展，人工檢測技術遠遠不能滿足社會對生產率的要求，開發(fā)母導線參數(shù)檢測機，可以完成對母導線主要技術參數(shù)的自動檢測，這可以有效地提高檢測的自動化程度，提高檢測精度，保證檢測人員的安全。 1.2 母導線簡介 1. 母導線的基本結構及特點 母導線是低壓供電系統(tǒng)中負責傳輸及分配電能的設備，是替代傳統(tǒng)電纜和電纜橋架輸配電系統(tǒng)的新型產品，而在大電流輸送方面更是處于主導地位。它具有載流能力強、防護等級高、分配電能方便、傳輸安全可靠等優(yōu)點。 圖1.1母導線 母導線的結構如圖1.1所示，在母導線系統(tǒng)中一般由以下幾個單元組成：饋電式母線（不帶插口）或插接式母線（帶插口）直線段單元；與變壓器，配電柜等設備接口的進（出）線單元；換向單元有L形單元，T型單元，Z型單元；膨脹單元有膨脹節(jié)母線單元；插接單元有插接箱單元。所有單元通常均由母導線制造商進行標準設計，也可以根據(jù)工程需要進行現(xiàn)場測量后采取非標設計，以滿足用戶及安裝需要。 2. 母導線的種類 按其結構及用途分為密集絕緣、空氣絕緣、空氣附加絕緣、耐火、樹脂絕緣和滑觸式母導線；按其外殼材料分為鋼外殼、鋁合金外殼和鋼鋁混合外殼母導線；按其導體材料分有銅導體和鋁導體母導線。 1.3 選題背景與意義 由于母導線導電片的橫截面積大、電阻小，再加上檢測技術的落后。目前國內的母導線生產廠家基本都不對導電片的電阻進行檢測，而只是人工檢測導電片之間的絕緣強度。在檢測時，檢測人員手持絕緣檢測頭對母導線進行檢測，若母導線絕緣強度不夠，絕緣強度檢測儀就會報警，而且，檢測過程中，檢測頭是通以高壓的，對操作人員的人身安全也是個威脅。在國外，不僅能檢測導線電阻，而且檢測的自動化程度相當高，國內與之存在的差距十分巨大。 事實上，導電片電阻作為母導線的主要技術參數(shù)，是有必要檢測出來的。鎮(zhèn)江地區(qū)的一些母導線生產企業(yè)也看到了這一點。另外，國內的檢測水平也確實比較落后。因此，迫切希望設計一個控制系統(tǒng)對母導線技術參數(shù)進行自動檢測，這樣就可以提高企業(yè)的生產效率，減少人員的投入，給企業(yè)帶來廣闊的市場前景和顯著的社會效益。 1.4 本文的結構 本文以母導線為應用背景，對母導線參數(shù)檢測機（下位機）控制系統(tǒng)的硬件電路進行了設計。全文共分為六章，各章的主要內容如下： 第一章扼要地介紹了母導線的特點、種類和應用，母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)的研究背景與意義； 第二章介紹了母導線參數(shù)檢測機的檢測內容、組成以及工作流程； 第三章對母導線參數(shù)檢測機（下位機）控制系統(tǒng)硬件電路的組成進行了研究，給出了硬件電路的組成框圖，并詳細介紹了硬件電路的設計過程； 第四章介紹了母導線參數(shù)檢測機（下位機）主程序流程圖和鍵盤掃描程序流程圖的設計； 第五章介紹了Protel 99SE的基本知識，以及繪制硬件電路原理圖和PCB圖時遇到的困難和解決方法； 第六章總結了全文的研究工作，給出了存在的問題和進一步研究的方向。 第二章 母導線參數(shù)檢測機簡介 2.1 母導線參數(shù)檢測機的檢測內容 母導線參數(shù)檢測機的主要檢測內容為：①母導線內各個導電片的電阻；②母導線內導電片之間的絕緣強度。 導電片電阻和導電片之間的絕緣強度是母導線的主要技術參數(shù)。導電片電阻是影響母導線導電能力的主要因素。我們都知道，導線電阻的增大，會增加電能在傳輸過程中的電損耗，而母導線也是如此。另外，導電片之間的絕緣強度則是影響母導線安全性能的主要因素。因此，檢測母導線這兩個技術參數(shù)是十分重要的，這可以幫助我們更加準確有效地把不同種類及型號的母導線應用到最適合它們的場合。 導電片電阻和絕緣強度兩個參數(shù)的檢測如圖2.1所示，其中圖(a)檢測的是導電片電阻，圖(b)檢測的是導電片之間的絕緣強度。 微歐計 絕緣強度檢測儀 (a) (b) 1 2 3 1、檢測頭 2、氣缸 3、母導線 (a) 檢測導線電阻 (b) 檢測絕緣強度 圖2.1 母導線參數(shù)檢測示意圖 2.2 母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)的組成及工作流程 2.2.1 母導線參數(shù)檢測系統(tǒng)的組成 母導線參數(shù)檢測系統(tǒng)主要由上位機、運動機構控制系統(tǒng)（下位機）、貼標機、打印機、包裝機構、檢測機構、氣壓傳動機構等部分組成，其中母導線參數(shù)檢測機的控制系統(tǒng)主要由控制電路和氣壓傳動兩部分組成。圖2.2為母導線參數(shù)檢測系統(tǒng)的組成簡圖。 上位機 貼標機 打印機 測試系統(tǒng) 功率放大系統(tǒng) 輔助動作 控制電路 運動驅動機構 輔助動作執(zhí)行機構 （氣壓傳動） 包裝機構 母導線 定位機構 運動機構控制系統(tǒng)（下位機） 檢測臺 母導線 圖2.2 母導線參數(shù)檢測系統(tǒng)的組成 2.2.2 母導線參數(shù)檢測系統(tǒng)的工作流程 母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)的下位機部分控制的信號有：檢測臺上的傳送電機，一個縱向定位氣缸，兩個橫向氣缸和這兩個氣缸上的壓力繼電器；包裝臺上的傳送電機，一個定位氣缸，兩個上升氣缸；兩個檢測頭的氣缸；X、Y、U、V四軸的正反轉； X、Y、U、V四個坐標方向的進給，X、Y、U、V的超程。檢測臺和包裝臺的傳動機構如圖2.3所示。 1.檢測平臺 2.母導線 3.檢測縱向定位氣缸 4.檢測平臺移送電機 5.包裝平臺 6.包裝臺縱向定位氣缸 7、9.母導線包裝臺升降氣缸 8.包裝臺移送電機 10、27.縱向到位檢測傳感器 11、26.左右端橫向定位滑臺 12、25.右端測量頭驅動氣缸 13、24.X軸及U軸滑臺 14、23.X軸及U軸步進電機 15、22.左右端橫向定位氣缸 16、21.左右端垂直升降臺 17、19.Y軸及V軸步進電機 18、20.左右端移動立柱 圖2.3 檢測臺和包裝臺的傳動機構示意圖 母導線參數(shù)檢測系統(tǒng)工作過程如下：上位機（PC機）發(fā)送啟動信號給下位機，然后，下位機開始工作。下位機控制檢測臺傳送裝置和氣壓傳動定位機構傳送及定位母導線。之后，下位機通過運動機構控制檢測系統(tǒng)檢測導電片的電阻以及導電片之間的絕緣強度，并把結果傳送給上位機。上位機接受到檢測完畢的信號后，根據(jù)檢測結果判斷母導線是否合格，若合格，則發(fā)送信號給打印機，打印機打印出所測母導線的條碼。然后，上位機發(fā)送信號給貼標機，并控制貼標機把條碼貼到母導線上。貼標機貼標完畢后發(fā)送信號給上位機，上位機接著發(fā)送信號給下位機，由下位機控制完成對母導線的包裝。 下面將按照前文敘述的工作過程給出母導線參數(shù)檢測機（下位機）控制系統(tǒng)的工作流程圖（圖2.4）。 檢測臺母導線傳送電機啟動 檢測臺縱向定位缸升起 檢測臺母導線傳送電機停止 檢測臺左端側向定位缸啟動 檢測臺右端側向定位缸啟動 連接絕緣強度檢測儀 兩檢測頭移動、定位、檢測并將檢測結果發(fā)送給上位機 檢測頭檢測完后回檢測起點 連接檢測電阻的微歐計 兩檢測頭移動、定位、檢測并將檢測結果發(fā)送給上位機 開始 Y N Y N 母導線縱向到位？ 左、右端側向定位缸到位？ Ⅰ 檢測頭檢測完后回檢測原點 檢測臺左、右端側向定位缸退回 檢測臺縱向定位缸退回 檢測臺母導線傳送電機啟動 包裝臺母導線傳送電機啟動 包裝臺縱向定位缸升起 母導線離開檢測臺后檢測臺電機停轉 母導線到達包裝臺后包裝臺電機停轉 發(fā)送信號給上位機，啟動貼標機貼標 貼標結束后，包裝氣缸升起 延時，包裝 定位氣缸退回 包裝氣缸退回 結 束 Ⅰ 圖2.4 母導線參數(shù)檢測機控制系統(tǒng)（下位機）的工作流程 第三章 母導線參數(shù)檢測機（下位機）硬件電路設計 3.1 母導線參數(shù)檢測機（下位機）硬件系統(tǒng)組成方案的擬定 母導線參數(shù)檢測機的控制電路主要有以下四部分組成：CPU存儲器擴展電路、顯示電路、信號輸入/輸出電路、鍵盤擴展電路?？刂齐娐返拇笾略O計思路如下：CPU采用8031、外擴ROM采用27256（32k×8）、外擴RAM采用6264（8k×8）、I/O口用8255擴展、步進電機控制信號用74LS273鎖存器擴展、鍵盤和選擇開關用8155擴展、顯示電路用6位LED靜態(tài)顯示。具體的電路設計在下面章節(jié)會詳細介紹。 母導線參數(shù)檢測機（下位機）硬件系統(tǒng)組成方案如圖3.1所示。 8031 CPU 外擴ROM （27256） 外擴RAM （6264） 6位LED 顯示電路 8155 手動控制電路 鍵 盤 母導線的種類選擇開關 輸出信號光 電耦合電路 8255 輸入信號光 電耦合電路 控制X、Y、U、V軸電機正反轉的光電耦合電路 圖3.1硬件系統(tǒng)組成框圖 3.2 CPU存儲器擴展電路的設計 控制系統(tǒng)硬件電路的CPU存儲器擴展電路部分：CPU采用8031、外擴程序存儲器（ROM）采用27256（32k×8）、外擴數(shù)據(jù)存儲器（RAM）采用6264（8k×8）、鎖存器采用74LS373。本節(jié)主要對它們的引腳圖、引腳功能及相關知識做了介紹。同時，給出了CPU存儲器擴展電路。 3.2.1 CPU 的選擇 單片機的種類繁多，常見的MCS-51系列單片機有8031和8051。雖然8051有內部ROM，但存儲空間較小，滿足不了本次畢業(yè)設計的要求，另外， 8051與8031相比價格偏高，且8031目前使用較廣泛，故控制系統(tǒng)硬件電路的CPU選用8031。8031是MCS-51系列單片機的典型產品，采用40引腳的雙列直插封裝（DIP方式），其引腳圖如圖3.2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） 圖3.2 8031引腳圖 X1（19腳）和X2（18腳）引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接連接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 （3）控制和復位引腳ALE、、和RST（共4根） 1）ALE（30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的地位字節(jié)。 2）（29腳）：輸出外部程序存儲器（ROM）的讀選通信號。 3）（31腳）：當端保持高電平時，訪問內部ROM，但在PC（程序計數(shù)器）值超過片內ROM的容量時，將自動轉向執(zhí)行外部ROM。當保持低電平時，則訪問外部ROM，不管是否有內部ROM。對于本次畢業(yè)設計，采用CPU是8031，其內部無ROM，所以腳必須常接地，這樣才能選擇外部ROM。單片機只在復位期間采樣腳的電平，復位結束以后腳的電平對ROM的訪問無影響。 4）RESET（9腳）：復位引腳。當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機8031復位。 （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。在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復用。 2）P1口（1腳～8腳）：是8位準雙向I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，所以不是真正的雙向I/O口。 3）P2口（21腳～28腳）：是8位準雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，可作為高8位地址總線送出高8位地址。 4）P3口（10腳～17腳）：是8位準雙向I/O口。它是一個復用雙功能口，每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 P3口作為第一功能，即普通I/O口用時，功能和操作方法與P1口類似；P3口作為第二功能使用時，各引腳的定義見表3.1。 表3.1 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請求輸入端，低電平有效） P3.3 （外部中斷1請求輸入端，低電平有效） P3.4 T0（定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端） P3.5 T1（定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端） P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸入端，低電平有效） P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸入端，低電平有效） 3.2.2 ROM 的選擇 CPU外擴ROM一般用EPROM，它是紫外線可擦除電可編程的只讀存儲器，芯片置于紫外線燈下照20min以后，內部內容變?yōu)槿?”，通過編程器將程序代碼寫入后信息不會丟失，可靠性很高。常用的EPROM電路有2732（4KB）、2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）、27512（64KB），由于它們價格相近，且大容量的EPROM讀取速度快，故控制系統(tǒng)的硬件電路采用27256（32k×8）作為外擴ROM。 圖3.3 27256引腳圖 外擴ROM27256（32k×8）采用28引腳雙列直插封裝（DIP方式），其引腳圖如圖3.3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，讀或編程檢驗時為數(shù)據(jù)輸出線，編程時為數(shù)據(jù)輸入線。維持或編程禁止時，D0～D7呈高阻抗。 3）：片選信號輸入線，低電平有效。 4）：讀選通信號輸入線，低電平有效。 5）Vpp：編程電源輸入線，Vpp的值因芯片型號和制造廠商而異。 6）Vcc：主電源輸入線，Vcc一般為+5V。 7）GND：線路接地。 2. EPROM的操作方式 對EPROM的主要操作方式有： 1）編程方式：把程序代碼（機器指令、常數(shù)）固化到EPROM中。 2）編程校驗方式：讀出EPROM中的內容，檢驗編程操作的正確性。 3）讀出方式：CPU從EPROM中讀取指令或常數(shù)，是單片機應用系統(tǒng)中的工作方式。 4）維持方式：不對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3.2給出了27256不同操作方式下控制引腳的電平。 表3.2 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 VIH VIL Vpp 5V 數(shù)據(jù)輸出 編程禁止 VIH VIH Vpp 5V 高阻 3.2.3 RAM 的選擇 控制系統(tǒng)硬件電路中的RAM用于存放控制檢測頭運動位移量的檢測程序。目前，單片機系統(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，且市場上較容易買到8k的RAM，價格也便宜，再加上4k的RAM很難買到，因此，選擇6264（8k×8）作為外擴RAM。由于只用到4k的容量，故空掉了A12一根地址線。 6264同樣采用28引腳的雙列直插封裝（DIP方式），其引腳圖如圖3.4所示。 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）：片選信號輸入線，低電平有效。 圖3.4 6264引腳圖 7）：讀選通信號輸入線，低電平有效。 8）：寫選通信號輸入線，低電平有效。 9）CS：第二片選信號，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，內部的所有信息都會丟失。因此，需設計一個掉電保護電路，在無外部電源給6264供電時，電路的備用干電池給6264供電，以保證6264內的數(shù)據(jù)不丟失。 表3.3給出了6264不同操作方式下控制引腳的電平。 表3.3 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 VIL VIH VIH VIL 數(shù)據(jù)輸入 寫 VIL VIH VIL VIL 數(shù)據(jù)輸入 3.2.4 鎖存器的選擇 由于8031的P0口是地址和數(shù)據(jù)復用的，這就需要使用鎖存器把低8位地址進行鎖存，所以，CPU存儲器擴展電路中選擇了較常用的74LS373鎖存器，其引腳圖如圖3.5所示。 74LS373各引腳的意義如下： 1）D0～D7：三態(tài)門輸入端。 圖3.5 74LS373引腳圖 2）Q0～Q7：三態(tài)門輸出端。 3）GND：接地。 4）VCC：電源端。 5）：三態(tài)門使能端。=0，三態(tài)門導通，允許Q端輸出；=1，三態(tài)門斷開，對外電阻呈高阻狀態(tài)。 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，數(shù)據(jù)被鎖存起來，此時輸出端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端可直接與單片機的地址鎖存控制信號端ALE相連，在ALE的下降沿進行地址鎖存。 3.2.5 CPU存儲器擴展電路 本節(jié)將給出CPU存儲器擴展電路，在此之前先對該擴展電路做以下幾點說明： 1）由于外擴了RAM 6264，為了防止6264因緊急情況掉電而引起數(shù)據(jù)丟失，本電路原理圖中設計了掉電保護電路。當發(fā)生緊急情況，CPU停止供電時，掉電保護電路中的干電池就會給6264供電，保證其數(shù)據(jù)不丟失。同時，由于采用了三極管，在掉電后還可以把6264與其他電路隔開，這樣，干電池就只需給6264供電，可以更有效的延長其壽命。另外，由于6264的工作電壓在3V～4V之間，因此，在設計的CPU存儲器擴展電路中，用了兩個電阻對提供的5V電壓進行了分壓。 2）由于控制系統(tǒng)的6264存儲的內容并不多，主要用于存放控制檢測頭運動位移量的檢測程序，再加上地址線不夠用，因此，6264只用了4k的容量，它的引腳2（A12）被接地，即6264只用到了A0～A11共12根地址線。控制系統(tǒng)的27256用到了32k的容量，即用到了A0～A14共15根地址線，主要用于存放監(jiān)控程序。 3）8031的P0口的數(shù)據(jù)線和地址線是復用的，因此要經鎖存器74LS373鎖存低八位地址。而高八位地址則由8031的P2口提供。這樣就構成了控制系統(tǒng)硬件電路所需的十六位地址。 4）由8031的P1口擴展的+X、-X、+Y、-Y、+U、-U、+V、-V四個坐標方向的進給按鈕也在此給出。 6）CPU存儲器擴展電路部分以及后面的顯示電路部分還需用到譯碼器，本次畢業(yè)設計在這兩部分電路中都選用74LS138譯碼器，對這部分知識將在后面用一節(jié)作詳細的介紹。 完整的CPU存儲器擴展電路如圖3.6所示。 圖3.6 CPU存儲器擴展電路 3.3 顯示電路的設計 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用于顯示坐標負號，其后三位用于顯示檢測機構位移量的整數(shù)部分，最后一位LED用于顯示檢測機構位移量的小數(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。 3.3.1 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。符合建立時間要求的D輸入端上的信息，在時鐘脈沖的正躍變沿上傳到Q端輸出端。時鐘的觸發(fā)產生于特定的電壓電平上，且不直接同正躍變的躍變時間有關，當時鐘輸入處于高電平或者處于低電平時，D端輸入的信號在輸出端沒有影響。它的主要特點是： 1）含有單向輸出的8個觸發(fā)器。 2）緩沖的時鐘輸入和直接的清零輸入。 圖3.7 74LS273引腳圖 3）每個觸發(fā)器有單獨的數(shù)據(jù)輸入。 74LS273的引腳圖如圖3.7所示。其中74LS273的引腳功能是： 1）1D~8D: 信號輸入端。 2）1Q~8Q: 信號輸出端。 3）CLK: 時鐘信號輸入端。 4）CLR: 清零端。 3.3.2 十六段“米”字形LED 十六段“米”字形LED引腳圖如圖3.8所示。 顯示電路采用共陰極的LED顯示方式，當在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時，該段筆畫的二極管就亮，不加電壓時則是暗的。在設計過程中，考慮到二極管的耐壓能力，為保護其不受損壞，在共地端接了限流電阻。十六段 “米”字形 圖3.8 十六段LED引腳圖 LED不僅可以顯示0～9十個數(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七個字母，共陰極十六段LED顯示字形編碼見表3.4。 表3.4　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 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 03C3H 3.3.3 七段LED 七段LED引腳圖如圖3.9所示。七段LED顯示器是由8個發(fā)光二極管組成的，它們分別標記為a、b、c、d、e、f、g、dp。當在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時，該段筆畫的二極管就亮，不加電壓時則是暗的。例如：若要顯示數(shù)字1，那么b、c筆畫的二極管就亮，其它六位則是暗的。在設計過程中，考慮到二極管的耐壓能力，為保護其不受損壞，在共地端接了限流電阻。 圖3.9　七段LED引腳圖 共陰極七段LED顯示字形編碼表見表3.5。 表3.5　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 （續(xù)） 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 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 3.3.4 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極點連接在一起接地或接+5V，每位的段選線分別與一個八位鎖存器的輸出口相連，顯示器中的各位相互獨立，因此在同一個時間里，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確定，相應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，管理也比較簡單。 詳細的顯示電路如圖3.10所示，由圖可知： 1）這次設計的六個LED的陰極先經過上拉電阻再接地，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。七段LED的八個引腳a、b、c、d、e、f、g分別與74LS273的Q1～Q8相連，即由74LS273鎖存輸出信號給六位LED，用來控制八個段位的亮暗，以顯示負號和數(shù)字。這里要注意的是，十六段LED有十六個段位，所以要經兩個74LS273鎖存輸出，以提供這些段位的亮暗信號來顯示表3.4提及的七個字母。 2）74LS273的1D～8D分別接8031的P0口的D0～D7，清零端（CLR）接+5V電壓，時鐘信號輸入端（CLK）由譯碼器位選信號端與8031的相或后提供信號。 3）在顯示電路中，有六位LED，但由于十六段的LED需用到兩個74LS273鎖存器，即需要譯碼器提供兩個位選信號，所以一共需要七個74LS273鎖存器，顯然，這就需要用到譯碼器的七個位選信號，根據(jù)譯碼器提供的片選信號，就可以確定七個74LS273鎖存器的地址分配，具體如何分配將會在后面的“譯碼電路的設計”一節(jié)詳細介紹。 4）每個74LS273鎖存器的VCC和GND之間都接有去耦電容。 圖3.10 顯示電路 3.4 I/O接口電路的設計 控制系統(tǒng)硬件電路的I/O接口用8255擴展。X、Y、U、V四個坐標方向的進給按鈕由8031（U11）的P1口擴展，電路圖如圖3.6所示。 3.4.1 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，在單片機應用系統(tǒng)中被廣泛用作可編程外部I/O擴展接口。其引腳圖如圖3.11所示。 8255可編程并行I/O芯片由以下四個邏輯結構組成： （1）數(shù)據(jù)總線驅動器 這是雙向三態(tài)的8位驅動器，用于和單片機的數(shù)據(jù)總線相連，以實現(xiàn)單片機和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8位I/O端口功能完全由編程決定，但每個口都有自己的特點。 1）A口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。它是最靈活的 圖3.11 8255引腳圖 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8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個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8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（不鎖存）。這個口在方式控制下，可分為兩個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口選通方式操作時的狀態(tài)控制信號。 （3）讀/寫控制邏輯 它用于管理所有的數(shù)據(jù)、控制字或狀態(tài)字的傳送，接收單片機的地址信號和控制信號來控制各個口的工作狀態(tài)。 1）: 8255的片選引腳端。 2）: 讀控制端。當=0時，允許單片機從8255讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)字。 3）:寫控制端。當=0時，允許單片機將數(shù)據(jù)或控制字寫如8255。 4）RESET：復位控制端。當RESET=1時，8255復位。復位狀態(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A0、A1可選中8255的4個寄存器?？诘刂愤x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 每個控制塊接收來自讀/寫控制邏輯的命令和內部數(shù)據(jù)總線的控制字，并向對應口發(fā)出適當?shù)拿?。A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3.6列出了CPU對8255端口的尋址和操作控制。 表3.6 CPU對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 3.4.2 I/O接口電路 控制系統(tǒng)的硬件電路中，開關量輸入/輸出接口電路由8255擴展。 開關量輸入信號由8255（U31）的PA口擴展，這些信號包括： 1）兩個位置檢測信號，檢測母導線置于檢測臺還是包裝臺； 2）兩個壓力繼電器輸入信號，發(fā)送測量頭橫向定位氣缸到位信號； 3）四個步進電機正負超程信號，控制X、Y、U、V四個軸的超程。 開關量輸出信號由8255（U31）的PB、PC口擴展，這些信號包括： 1）兩個傳送臺（檢測臺、包裝臺）異步電機的起停信號； 2）八個電磁換向閥控制信號，控制八個氣缸的動作； 3）絕緣強度檢測儀和微歐計測量頭切換信號。 詳細的I/O接口電路如圖3.12所示。 圖3.12 I/O接口電路 在I/O接口電路中，全部采用了光電耦合器（其結構如圖3.13所示）。光電耦合器的后向通道往往所處環(huán)境惡劣，控制對象多為大功率伺服機構，電磁干擾較為嚴重。為防止干擾竄入和保證系統(tǒng)的安全，常常采用光電 圖3.13 光電耦合器 耦合器，用以實現(xiàn)信號的傳輸，同時又可將系統(tǒng)與現(xiàn)場隔開。 晶體管輸出型光電耦合器的受光器是光電晶體管，光電晶體管除了沒有使用基極外，跟普通晶體管一樣，取代基極電流的是以光作為晶體管的輸入。 光電耦合器也常用于較遠距離的信號隔離傳送。一方面，光電耦合器可以起到隔離兩個系統(tǒng)地線的作用，使兩個系統(tǒng)的電源相互獨立，消除地電位不同所產生的影響；另一方面，光電耦合器的發(fā)光二級管是電流驅動器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)電路是低阻抗電路，它對噪音的敏感度低，因此，提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力。 3.5鍵盤及選擇開關電路的設計 3.5.1 鍵盤及選擇開關接口芯片的選擇 控制系統(tǒng)的硬件電路中鍵盤接口芯片選用8155。8155芯片內具有256B RAM、2個8位和1個6位的可編程I/O口、1個14位減法計數(shù)器，與MCS-51單片機接口簡單，廣泛應用于單片機應用系統(tǒng)。 1．8155的引腳功能 8155的引腳圖如圖3.14所示，引腳功能如下： 1）AD0～AD7：雙向地址/數(shù)據(jù)總線，分時傳送單片機和8155之間的地址、數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信息。 2）ALE：地址鎖存信號輸入，在ALE下降沿將AD0～AD7上的低8位地址、RAM/IO口選擇信息鎖存。因此，MCS-51單片機的P0口輸出的低8位地址不需要再外接鎖存器。 3）：RAM/IO口選擇：=0，單片機 圖3.14 8155引腳圖 選擇8155中的RAM讀/寫，AD0～AD7上地址為RAM單元地址；=1，選擇8155的寄存器或端口，地址分配見表3.7。 4）：片選信號，低電平有效。 5）、：讀、寫控制輸入線，低電平有效。 6）RESET：輸入一個大于600ns正脈沖時，8155總清零，各I/O口定義為輸入方式。 7）PA0～PA7：A口I/O數(shù)據(jù)傳送。 8）PB0～PB7：B口I/O數(shù)據(jù)傳送。 9）PC0～PC5：C口I/O數(shù)據(jù)傳送或A、B口選通時傳送命令/狀態(tài)信息。 10）TMRIN：14位計數(shù)器輸入。 11）TMROUT：14位計數(shù)器輸出。 12）VCC 和GND：+5V電源和接地。 表3.7 8155端口地址分配 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 所選端口 0 1 X X X X X 0 0 0 命令/狀態(tài)寄存器 0 1 X X X X X 0 0 1 A口 0 1 X X X X X 0 1 0 B口 0 1 X X X X X 0 1 1 C口 0 1 X X X X X 1 0 0 計數(shù)器低8位 0 1 X X X X X 1 0 1 計數(shù)器高8位 0 0 X X X X X X X X RAM單元 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，內部有地址鎖存器，故8155能直接和8031的P0口相連。圖3.15是8155和8031的接口邏輯。 P0口 P2.0 ALE (P3.6) (P3.7) 8031 AD0～AD7 PA PB ALE PC VCC GND RESET TI 8155 復 位 電 路 +5V 接地 74LS138的Y0 圖3.15 8031和8155的接口邏輯 8031 INT1 3.5.2 鍵盤及選擇開關電路 根據(jù)控制要求，用8155的PA0～PA5和PC0～PC5擴展一矩陣式鍵盤，擴展的按鍵主要有：0～9十個數(shù)字鍵，X、Y、U、V四個軸的選擇按鍵，以及dp（小數(shù)點鍵）、Delete（刪除鍵）、Space（空格鍵）、Enter（回車鍵）、M（準備功能鍵）、N（程序段號鍵）、F（進給功能鍵）共二十一個按鍵。母導線種類選擇開關由PB0～PB5擴展，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。詳細的鍵盤及選擇開關擴展電路如圖3.16所示。 圖3.16 鍵盤及選擇開關擴展電路 這里對PB6、PB7的功能做如下說明：當開關撥至最左端，即PB6=0、PB7=1時，處于手動鍵盤狀態(tài)（8031的P1口擴展）；當開關撥至中間，即PB6=1、PB7=0時，處于編輯鍵盤狀態(tài)（8155擴展）；當開關撥至最右端，即PB6=1、PB7=1時，處于等待自動檢測狀態(tài)。 3.6 步進電機控制信號輸出電路的設計 控制系統(tǒng)的硬件電路中，控制X、Y、U、V四軸的四個步進電機的正反轉脈沖信號輸出接口電路由74LS273（U41）擴展，其CLK信號由8031（U11）的和74LS138（U15）的Y2相或后提供。需注意的是，光耦輸出端的電源由外部電路提供。詳細的四個步進電機正反轉脈沖信號輸出接口電路如圖3.17所示。 圖3.17步進電機控制信號輸出電路 3.7 譯碼電路的設計 本節(jié)主要介紹了這次控制電路設計中譯碼電路的譯碼方法，譯碼器的選擇，以及27256、6264、8155、8255、74LS273（包括顯示電路和步進電機控制信號輸出電路兩部分）的地址分配。 3.7.1 譯碼器的選擇 控制系統(tǒng)硬件電路的CPU存儲器擴展電路和顯示電路中的譯碼器都選用74LS138。 1. 74LS138的引腳描述 74LS138的引腳圖如圖3.18所示。74LS138引腳的描述如下： 1）只有G1接高電平、低電平時，74LS138 才處于工作狀態(tài)（注：=+）。在主控 圖3.18 74LS138引腳圖 電路和顯示電路中，和都選擇了接地，這樣，它們相或之后的電平始終為低，因此，只需考慮G1的電平就可判斷74LS138是否處于工作狀態(tài)。 如果一個設計電路中用到兩個或兩個以上的74LS138譯碼器時，必須要確保這多個譯碼器不會同時被選中而處于工作狀態(tài)。本設計解決方案如下：將兩個譯碼器的G1腳同接P2口中的引腳28（P2.7），其中顯示電路中