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1、普通立式铣床的经济型数控改造设计摘 要本次设计主要是普通立式铣床的经济型数控改造设计，在本设计中，采用AT89C51、2764、6264、8155等芯片扩展成简单的开环单片机控制系统，通过铣削参数的计算确定步进电机。软件采用模块式，主要包括主程序模块、键盘显示模块、串行通信模块、凸轮程序处理模块、报警中断模块等。有键盘输入用户加工程序，存入外部程序存储器（2764），根据加工程序内容控制步进电机驱动工作台的径向（X向）和周向（Y向）联动，从而加工出相应的凸轮轮廓。同时，设计中也考虑到系统的精确性和稳定性，采用双片齿轮错齿法调整滚珠丝杠的轴向间隙，选用光电隔离电路去除强电干扰，选择大功率场效应晶
2、体管斩波驱动电路实现脉冲的放大。本设计造价低、适应能力强、应用范围广。采用本机床加工可大幅度降低工人劳动强度，有效提高加工生产率和提高工件精度。关键词：数控技术，数控改造，单片机，机床改造，凸轮加工ABSTRACTThe design is General economic vertical milling machine design of NC, in this design, use of AT89C51, 2764,6264,8155, and other chip expansion into simple open-loop control system microcontroll
3、er, through the milling parameters Calculation determine stepper motor. Use of modular software, including the main program modules, keyboard modules, serial communication module, Cam process of the module, the police interrupted module. A keyboard input users processing procedures, into the externa
4、l program memory (2764), in accordance with procedures for processing the content control of the stepper motor-driven table radial (X to) and the Zhou (Y to) linked to processing the corresponding cam Contour. At the same time, also taking into account the design of the system accuracy and stability
5、 of a dual-gear tooth wrong ball screw adjustment of the axial gap, the choice of optoelectronic circuits to remove segregation-interference, select high-power field-effect transistor chopper Driver circuit pulse amplification. The design of low cost, strong adaptability and wide application. Using
6、this machine tool workers can be significantly reduced labor intensity, effectively enhance the productivity and improve processing accuracy of the workpiece. Keywords: NC, NC transformation, SCM, machine transformation, processing Cam目 录第1章 绪论11.1 课题背景21.2 现实意义21.3 设计任务21.4 总体设计方案分析2 1.5 总体设计方案确定21
7、.5.1 伺服系统21.5.2 控制信号21.5.3 辅助功能2第2章 步进电机的确定12.1 步进电机的选用22.1.1 铣削用量22.1.2切削层参数22.1.3 铣削力和功率22.1.4计算2第3章 消隙方法与预紧23.1 消隙方法2 3.1.1 偏心轴套调整法2 3.1.2 锥度齿轮调整法23.1.3 双片齿轮错齿调整法23.2 预紧2第4章 步进电机接口电路及驱动1第5章 数控系统设计15.1 确定机床控制系统方案25.2 主要芯片配置25.2.1 主要芯片选择25.2.2 主要管脚功能25.2.3 EPROM的选用25.2.4 RAM的选用25.2.5 8031存储器及I/O的扩展
8、25.2.6 8155工作方式查询25.2.7 状态查询25.2.8 8155定时功能25.2.9 芯片地址分配25.3 键盘设计25.3.1 键盘定义及功能25.3.2 键盘程序设计25.4 显示器设计25.4.1 LED的显示原理25.4.2 LED显示器与8155的连接25.4.3 显示缓冲区25.5 光电隔离电路25.6 越界报警电路25.6.1 主要电子器件25.7 总体程序控制25.7.1 数据处理程序25.7.2 串行通信的软件设计25.7.3 加工程序的设计25.7.4 流程图25.7.5 总程序2结论1参考文献1致谢1第1章 绪论1.1 课题背景在美国、日本和德国等发达国家，
9、它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生(Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg.Bullavd(得宝)服务集团、US设备公司等。在日本，机床改造业称为机床改装(Retrofitting)业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田
10、工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、
11、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。1.2 现实意义机床改造可以减少投资额、交货期短，同购置新机床相比，一般可以节省6080的费用，改造费用低。机械性能稳定可靠，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。熟悉了解设备、便于操作维修，改造可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。可充分利用现有的条件, 可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。可以采用最新的控制技术,可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的
12、自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。1.3 设计任务本次设计要求把普通立式铣床改造成加工凸轮的数控铣床，包括在机械本体上加装数控工作台和数控系统的设计。数控工作台包括径向和回转方向的联动。本设计主要针对数控系统的硬件和软件部分进行设计。在硬件部分的设计中，从经济性考虑，整个系统采用单片机进行控制，工作台两个方向的驱动分别采用两台步进电机实现。软件部分包括凸轮数据处理程序、加工程序等控制程序。本设计具体为将一台X502型普通立式铣床改造成加工凸轮的数控铣床，改造目的主要是利用数控方法加工凸轮。要求原铣床的改动尽可能少，希望保留原来操作机构，以便数控部分发生故障时仍能
13、手工半主动操作。X502型立式铣床其主电动机1转速为1450r/min，功率为2.2kW，通过带传动经变速传动齿轮链将运动传给主轴X。主轴有8级不同的转速，即47.5r/min、67r/min、95r/min、132r/min、190r/min、265r/min、375r/min、530r/min。主轴上传动功率为1.45kW。该主轴不能进行升降运动。工作台的升降只能通过轴7手动操作，纵向的机动时通过万向接头2将运动传给VIII轴实现。而横向和纵向那个手动操作时手柄5和手轮4进行的。 1.4 总体设计方案分析本课题的主要任务是通过对普通立式铣床改造，实现凸轮的数控加工。在数控系统中对任意直线、
14、圆弧或其他复杂曲线轮廓的加工都是通过插补实现的，一般的插补如直线插补和圆弧插补都是基于直角坐标系，在凸轮的铣削加工中，由于凸轮零件的型面的特殊性，如图1.1，一般插补算法很难实现加工。因此这里采用了基于极坐标的脉冲计数法，也称极坐标插补法。通过对工件回转方向和径向进给方向的联动实现凸轮型面的加工。图1.1 凸轮示意图由于原有机床的主运动机构仍然能够满足铣削加工的要求，在改造中可以不予改变。为了实现工作台的两轴联动，必须进行数控工作台的设计。数控工作台的设计工作包括机械本体的设计和控制部分的设计。在机械部分，回转运动方向步进电机经过齿轮降速，通过涡轮蜗杆传动驱动转台的转动；径向方向步进电机通过滚
15、珠丝杠传动拖动工作台沿径向导轨做径向进给运动。在控制部分，主要是对控制信号、伺服系统以及系统的辅助功能进行软硬件的设计。1.5 总体设计方案确定1.5.1 伺服系统伺服系统是数控装置和机床主体联系的纽带,是数控机床的重要组成部分,是将数控指令转变为进给运动的执行机构。数控机床的精度、响应速度、稳定性、有无爬行、调速范围等技术指标以及加工质量和生产率都主要取决于伺服系统。该机床伺服驱动的特点是低速、小扭矩。在进行总体方案设计时,首先要作工艺方案的可行性分析和必要的工艺试验。结构设计时,既要考虑整机和各模块的精度要求、伺服轴的零位设置要求以及工艺性要求等,而且还要特别注意提高工艺系统的静、动刚度,
16、伺服驱动传动链要尽可能短,并采取有效的减振消振措施。进行惯量匹配时,应综合考虑机械传动部件的惯量、阻尼和刚度对系统的影响,以获取良好的动特性。从而提高机床的工作稳定性、可靠性和精度保持性。在本文中，我们采用步进电机做伺服电机，步进电机是一种离散运动的执行装置，它和现在数字控制系统有着内在的联系，因此很容易和其他数字器件进行接口。另外，步进电机进给量和步进脉冲成严格的比例关系，没有累积误差，在停止时具有天生的自锁能力，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统。基于步进电机的以上几个优点，在我们的伺服系统中，采用了开环控制系统。如图1.2所示。图1.2 步进电机的开环控制1.5.2 控制
17、信号在步进电机控制系统中，控制信号经过控制器处理，通过功率放大器放大驱动步进电机的运转。在数字控制系统中，控制信号的产生有两种方案：第一种，采用PLC控制。PLC控制是对开关量的控制，无法实现对轨迹控制，所以不予考虑。第二种，采用微型计算机。微型计算机功能强大，用途广泛，但是成本太高，从经济性考虑，所以也不能予采用。第三种，采用单片机控制。此种控制方案开发周期长，但成本低，能实现凸轮加工数控功能，应用单片机来实现是比较现实和经济的。 在本次设计中，采用第三种控制，即单片机控制。1.5.3辅助功能在数控系统中，除了要实现 主要功能以外，还需要一些辅助功能，例如，数据的采集、系统复位，工作台回原位
18、、报警及处理等。这些功能的实现将在后面章节里进行详尽的描述。参考经济型铣床改造的有关技术资料，对比单片机控制和PLC控制后，确定总体方案如下：采用AT89C51主控芯片对数据进行计算处理，其具有价格低、功能强、使用灵活等优点,利用AT89C51扩展成单片机系统，即用AT89C51外接2764（EPROM）、6264（RAM）、及8155（扩展I/O）口等芯片扩展成一个较简单的微型控制系统。系统中有时钟电路模块，复位及复位电路，数码显示接口电路，光电耦合器等。驱动电源采用双电源电路，将整个控制系统放在控制柜中，由电缆把控制系统和步进电动机联系起来。 由I/O接口输出控制信号给驱动器，来驱动步进电
19、机，经齿轮机构减速后，带动滚珠丝杠转动，实现径向进给和回转进给。其原理示意图1.3。图1.3 系统总体原理图第2章 步进电机及其传动机构的确定2.1 步进电机的选用2.1.1 铣削用量铣刀铣削时，铣刀的旋转是主运动，而工件的运动是进给运动，铣刀加工时的铣削用量有下列四个要素。2.1.1.1 铣削速度铣削速度就是铣刀旋转运动的线速度。以刀刃上半径最大点的线速度进行计算，即 （2.1）式中 铣刀最大直径（mm）； n铣刀转数；2.1.1.2 进给量通常铣削使用的进给量有三种表示方式：（1） 每齿进给量 铣刀每转一个刀齿，铣刀相对于工件再进给运动方向的移动量，单位为。（2） 每转进给量铣刀每转一转，
20、铣刀相对于工件在进给运动方向的移动量，单位为。2.1.1.3进给速度铣刀工作一分钟，铣刀相对于工件在进给运动方向上的移动量，单位为。如果铣刀齿数为Z，铣刀转数为n ,那么上面三种进给量有如下的关系： （2.2）一般铣床标号上只有，所以选择进给速度时，先选，然后根据铣刀齿数和转数，计算出 ，用以调整铣床。 2.1.1.4铣削深度铣削深度是平行于铣刀轴线测量的，铣刀与工件接触的切削层尺寸，单位为mm。2.1.1.5铣削弧深细小弧深是垂直于铣刀轴线、又垂直进给运动方向测量的，铣刀与工件接触的切削层尺寸。愈大，刀齿实际的切削路程愈长，铣刀同时工作的齿数愈多。2.1.2切削层参数2.1.2.1切削宽度切
21、削宽度是指沿刀刃测量的，刀刃与工件的接触长度，对于立铣刀，切削宽度等于切削深度（=）。2.1.2.2切削面积 （2.3）为了计算方便，对于直齿或螺旋齿圆柱铣刀都可以用下式计算切削总面积的平均值： （2.4）式中 切削深度（mm）； 每齿进给量（mm/Z）； 切削弧深度（mm）； Z切削齿数； 铣刀外径；（mm）。2.1.3铣削力和功率2.1.3.1切削力的分解在铣削凸轮的过程中，铣削力可以分解为三个正交力：（1）切向力 它是作用在铣削速度方向上的分力，是分力中最大的一个分力，消耗铣床功率最多，所以又称为主切削力。（2）径向力 它是作用在铣刀半径方向上的力，此力不消耗机床功率，但是作用在刀杆最弱
22、的方向上，易使刀杆产生弯曲，影响铣削的平稳性和加工质量。（3）轴向力 它是作用在与铣刀轴线平行方向上的分力。对于直齿圆柱铣刀，没有轴向分力；对于圆柱铣刀，随螺旋角增大而增大。圆柱铣刀在铣削过程中，随着刀齿的切削位置变化，切削面积也在变化，因而，使上述的分力大小和方向都将发生变化，这对于测量是极为困难的。为了便于研究，常将铣刀齿作用在工件上的力分解为固定方向的力。如图2.1所示。图2.1 切削力的分解（1）垂直分力 它是与铣床工作台垂直的分力，这个分力可以使工件上抬（逆铣），或使工件压向工作台（顺铣）。（2）水平分力 它是与进给运动方向平行的分力，作用在纵向进给机构上。（3）轴向分力 它是作用在
23、与铣刀轴线平行的方向上，大小与相等，方向相反。对于直齿铣刀，没有轴向分力。2.1.3.2切削力的计算铣削力一般只计算切向分力，对于其他分力可根据与、和的比值求的（见表2.1），计算切向分力的公式很多，这里选用一种比较实用的方法。即根据塑性理论分析，得到被加工材料的硬度HB与单位切削力p之间，不仅因次相同，而且数值也相等，因此铣削力由下式计算： （2.5）式中 多刃刀具的切削平均面积，单刀刀具的切削面积（mm）；HB被加工材料的硬度值。表2.1 各铣削分力的经验比值铣削条件比值对称面铣不对称铣削逆铣顺铣面铣刀/030040060090015030/085095045070090100/05005
24、5050055050058立铣、圆柱铣、盘铣、和成型铣/100120080090/020030075080/0350400350402.1.3.3铣削功率与其他铣削加工一样，铣削功率根据下式计算： （kW） （2.6）式中 切向铣削力（N） 切削速度（m/min）考虑到机床效率，机床电动机功率应满足 （2.7）式中 机床效率，=0.750.85。新机床取大值，旧机床取小值。2.1.4计算在精铣凸轮时，选择立铣刀，查切削手册，选择铣削弧深度为=1mm，工件厚度（即切削深度）为32mm。工件材料为球墨铸铁，硬度HB（140190），按照最不利的情况，取为HB=190。、在用高速钢铣刀时，查切削手册
25、，铣刀的每齿进给量应为=0.2mm，铣刀直径=20mm，齿数为Z=5，切削速度为=Zn=30（mm/min）在顺铣情况下，计算切削力：2.1.4.1 平均切削面积根据公式2.4=2.1.4.2计算切削力由公式2.5可知：切向力 根据表2.1进行切削力的分解：径向分力轴向分力=2.1.4.3 计算功率由公式2.5可以知：=（kW）2.1.4.4 计算负载：（1） 关于转台的计算转台的尺寸为：直径为=400mm，厚度=40mm。转台的材料密度为=。所以转台的重量为：（2） 关于工件的计算粗略估计凸轮的最大直径mm，厚度为=32mm。密度为=。所以工件的重量为1) 总重量2) 计算转矩 （2.8）由
26、公式2.8可知凸轮和转台与底座产生的摩擦转矩为：其中 G凸轮和转台的总重量 切削力的轴向分力 转台与底座间的摩擦系数，取为0.08 转台的最大半径由转矩的计算公式2.8可知切削过程中的切削力矩为：所以，总的转矩为2.1.4.5 选择步进电机考虑到系统本身不是很复杂，一般可以选择三相六拍式步进电机，步距角为。（1）计算传动比把转矩折算到电机轴上根据容量匹配原则 （2.9）所以选择步进电机M56853S，最大静转矩大小为。驱动电压60V，启动矩频特性 1500/步，正常工作矩频特性8000步/秒。第3章 消隙方法与预紧3.1消隙方法数控机床的机械进给装置中常采用齿轮传动副来达到一定的降速比和转矩的
27、要求。由于齿轮在制造中总是存在着一定的误差，不可能达到理想齿面的要求，因此一对啮合的齿轮，总有一定的齿侧间隙才能正常地工作。齿侧间隙会造成进给系统的反向动作落后于数控系统指令要求，形成跟随误差甚至是轮廓误差。对闭环系统来说，齿侧间隙也会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用各种消除侧隙的措施，以尽量减小齿轮侧隙。数控机床上常用的调整齿侧间隙的方法针对不同类型的齿轮传动副有不同的方法。3.1.1偏心轴套调整法如图3.1，齿轮1装在电动机轴上，调整偏心轴套2可以改变齿轮1和3之间的中心距，从而消除齿侧间隙。图3.1 偏心轴套调整法3.1.2锥度齿轮调整法如图3.2所示将一对齿轮1和2的轮齿沿齿宽
28、方向制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴向稍有变化。调整时改变垫片3的厚度就能改变齿轮1和2的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。 图3.2 锥度齿轮调整法3.1.3双片齿轮错齿调整法图3.3是另一种双片齿轮周向弹簧错齿消隙结构，两片薄齿轮1和2套装一起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端面上装有短柱3，用来安装弹簧4。装配时使弹簧4具有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮的左右面贴紧，以消除齿侧间隙。对比三种方案：第一种需要经常的调整，对于本身就以提高效率为目标的数控机床而言肯定不合适。第二种是很不错的方案，但在切割机上并不实用。第三种方案相比较而言在数控切割机上适用，而且不需要人为经常调整
29、，很适合数控机床的需要。本设计方案选用第三种方法。 图3.3 双片齿轮错齿调整法3.2预紧滚珠丝杠副在工作台上的支承方式有两种。一种是单支承形式；另一种是两端支承形式，本设计选用两端支承形式中的“双支点各单向固定”的支承方式。该形式夹紧一对圆锥滚子轴承的外圈而预紧，提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚性，减小机器工作时轴承的振动。预紧量由厂家提供。第4章 步进电机接口电路及驱动4.1步进电机接口电路及驱动本设计选用五相步进电机M56853S，工作方式为2细分工作方式，并选择2CK输入工作方式。步进电机由驱动器RD.0534M驱动。而单片机控制驱动器启动和停止及正反转。驱动步进电机的脉冲按顺序供
30、给电机各相，脉冲发生由驱动器内部自动产生，并且具有各种系统保护。RD.0534M驱动器的主要控制端有：顺时方向控制端CW；逆时方向控制端CCW；运行方式控制端4PIN，所需联接控制信号由AT89C51P1口控制。X、Y向步进电机各用一个驱动器控制，电机以五相方式工作。由于RD.0534M驱动器具有良好的工作性能，并且又具有较强的保护功能，所以系统工作比较稳定。图4.1 硬件连接图单片机实现步进电机控制主要在于脉冲分配，实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法。这里采用硬件法，选用环形分配器TLP521.4来实现六相十二拍的控制。采用环形分配器，能稳定、高效的发出各相控制信
31、号。第5章 数控系统设计5.1 确定机床控制系统方案根据机械系统方案的要求，可以看出：对机械部分的控制只有进给系统的步进电机的控制和工作台回转的步进电机控制。步进电机是一种离散运动的执行装置，它和现在数字控制系统有着内在的联系，因此容易和其他数字器件进行接口。另外，步进电机进给量和步进脉冲成严格的比例关系，没有累计误差，在停止时具有天生的自锁能力，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统。 控制系统有微机的、有PLC的、也有单片机的，这里采用的是开环控制系统，可以选择经济型的单片机控制系统。另外，既然要控制，就得有输入和输出设备才能对相应的运动进行控制。其控制系统框图如图5.1所示：
32、图5.1 控制系统框图5.2主要芯片配置5.2.1主要芯片选择由于AT89C51芯片在性价比上比同类单片机高，加上8031、8051市场上已经停产，所以选择ATAT89C51作为主芯片。ATAT89C51是一个硬件资源丰富、软件功能齐全、稳定性好、抗干扰能力强、处理速度快的单片机。软件支持较为丰富，特别强调用高级语言，并具有先进的实时调试功能的开发系统，所以选择ATAT89C51作为主芯片。5.2.2主要管脚功能ATAT89C51的结构框图及引脚排列见图5.2。图5.2 AT89C51引脚图ATAT89C51是40脚双列直插式芯片。主要管脚功能: 控制线片外存储器选择端，虽然ATAT89C51
33、内有4K的FLASH，但为了方便接线和各程序的存放，故不使用内部程序存储器，这样接地，从外部程序存储器读取指令。 外部程序存储器选通端,以区别读外部数据存储器。 ALE地址锁存控制端,系统扩展时，ALE控制P0口输出的低八位地址送锁存器储存，以实现数据和地址隔离。此外ALE以l/6晶振的固定频率输出正脉冲,可作为外部时钟或定时脉冲。RESET复位端,当输入的复位信号延续二个周期以上高电平，完成复位初始化操作。ATAT89C51中I/O口的介绍P0口外接存储器时，此口为扩展电路低八位地址和数据总线复用口；Pl口用户使用的I/O口；P2口外接存储器时,作扩展电路高八位的地址总线；P3口双重功能口；
34、P0P3口均为八位双向口。P0口可驱动8个TTL门电路，PlP3口只能驱动四个TTL门电路。时钟XTAL1和XTAL2，使用内部时钟时，二端接石英和微调电路；使用外部时钟时，接外部时钟脉冲信号。ATAT89C51三总线结构：地址总线AB地址总线为16位，外部存储器直接寻址范围为64KB，地址总线由P0口经地址锁存器，提供八位A0.A7，高八位A8A15由P2口直接提供。数据总线DB数据总线为8位，自P0口直接提供。,控制总线CB由P3口第二功能控制线、ALE、RESET组成。5.2.3 EPROM的选用为简化电路，此处选用2764EPROM (8K8位)。本设计采用一片2764EPROM，分别
35、存放监控程序,各功能模块程序,常用零件加工程序。以便于更换各功能模块程序和零件加工程序时，只需更换各自芯片即可，方便升级。2764芯片主要引脚功能:A0A12 13位地址线D0D7 数据输出线 数据输出允许信号 编程控制信号，用于引入编程脉冲 片选信号2764主要工作方式:读方式及为低电平，Vpp5V时处于读出方式写方式为低电平, 亦为低电平，VPP21V, 为高电平时，2764芯片处于禁止状态。将数据线上数据固化到指定地址单元。编程禁止方式一般为向多片2764写入不同程序而设置的，当VPP=+21V时，为高电平时，2764芯片处于编程禁止状态。5.2.4 RAM的选用数据存储器RAM通常采用
36、MOS型，MOS型RAM分静态、动态两种。动态RAM集成度高，功耗小，成本低，但控制逻辑复杂，需要定期刷新,尤其是容易受到干扰，对环境、结构、电摞等都有较高的要求。对实时控制系统而言,可靠是第一位的,此处选用大容量静态RAM6264(8K8位)一片。6264主要引脚功能：A0A12 13位地址线IO1IO7 数据输入输出线 数据输出允许信号 写选通信号 片选信号6264主要工作方式:读方式及为低电平，为高电平时，6264将数据输出到指定地址。写方式为低电平，亦为低电平时,允许数据输入。封锁方式为高电平时，该芯片没被选通，不工作。5.2.5 AT89C51存储器及I/O的扩展可编程接口芯片是指其
37、工作方式可由与之对应的软件命令来加以改变的接口芯片。这类芯片一般具有多种功能，使用灵活方便，使用前必须由CPU对其编程设定工作方式，然后按设定的方式进行操作。8155可编程并行I/O接口具有功能强，价格便宜，且具有与MCS.51单片机配置简单、方便等优点。是单片机应用系统最常用的外部功能扩展器件之一。(1)存储器与单片机联接，主要是通过三总线联接。应考虑总线的驱动能力是否足够。存储器2764、6264存储量均为8K，需13位地址进行存储单元选择，将A0A7脚与地址锁存器八位地址输出对应联接，将A8A13脚与AT89C51的P2口P2.0.P2.4相联接，其余地址线经P2.5P2.7经译码产生片
38、选信号。数据线联接将存储器数据输出端D0Dl与AT89C51P0口联接。控制线AT89C51 与2764相联，AT89C51从外部EPROM取指令。、 分别与6264、相联，AT89C51对外部RAM进行读/写。 (2)8155许多信号与AT89C51兼容，可直接联接，因8155内部已有锁存器，因此8155数据地址复合线AD0一AD7与AT89C51P0口直接相联。地址锁存信号ALE与AT89C51ALE相联。片选信号经译码后产生，以高位地址P2.0直接作为IO/信号，此时对8155需要使用16位地址进行编址。8155的结构框图及引脚排列见图5.3。图5.3 8155引脚及内部结构5.2.6
39、8155工作方式查询8155I/O工作方式选择通过对8155内部命令寄存器（命令口）设定命令控制字实现。命令寄存器格式及对应的工作方式见下图5.4。 8155I/O有四种工作方式，即ALT1，ALT2，ALT3，ALT4。其中各符号说明如下：AINTR：A口中断，请求输入信号，高电平有效。BINTR：B口中断，请求输入信号，高电平有效。ABF（BBF）：A口（B口）缓冲器满状态标志输出线，（缓冲器有数据时BF为高电平）。ASTB（BSTB）：A口（B口）设备选通信号输入线，低电平有效。在ALT1ALT4的不同方式下，A口、B口及C口的各位工作方式如下：ALT1：A口，B口为基本输入/输出，C口
40、为输入方式。ALT2：A口，B口为基本输入/输出，C口为输出方式。ALT3：A口为选通输入/输出，B口为基本输入/输出。PC0为AINTR，PC1为ABF，PC2为，PC3PC5为输出。ALT4：A口、B口为选通输入/输出。PC0为AINTR，PC1为ABF，PC2为，PC3为BINTR，PC4为BBF，PC5为。图5.4 命令寄存器格式5.2.7 状态查询8155还有一个状态寄存器，用于锁存I/O口和定时器的当前状态，供CPU查询用。其格式如图5.5：状态寄存器和命令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，作为状态寄存器，
41、读出的是当前I/O口和定时器的状态，而写该地址时，则作为命令寄存器对I/O口工作方式的选择。图5.5 状态寄存器格式5.2.8 8155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。外部有两个定时器引脚TINEIN 和TIMEOUT。TINEIN为定时器时钟输入，有外部输入时钟脉冲，TIMEOUT为定时器输出，输出各种信号脉冲波形。定时器的格式、输出波形见图5.5。由上图可见，定时器的低8位和高6位计数器定时是出方式由04H、05H寄存器确定。对定时器编程时，首先将计数器及定时器方式送入定时器口，（定时器的低8位和高6位，定时器方式M）04H，05H。计数常数在002
42、H3FFF之间。计数器的起动和停止由命令寄存器的最高两位TM2和TM1决定。但何时读都可以置定时器的长度和工作方式，然后必须将起动命令写入命令寄存器。既使计数器已经计数，在写入起动命令后，仍可改变定时器的工作方式。 M2 M1方 式定时器输出波形0 0单方波0 1连续方波1 0单脉冲1 1连续脉冲图5.6 8155定时器方式及输出波形5.2.9芯片地址分配AT89C51支持的存储芯片，程序存储器与数据存储器单独编址，EPROM与RAM地址分配较为自由,不必考虑会发生冲突,因AT89C51复位后,从0000H开始，内部程序存储器空间为0000H.0FFFH，外部2764芯片地址为0C000H.0
43、DFFFH。AT89C51内部数据存储器空间为00H.0FFH，外部6264芯片地址：6000H.7FFFH8155芯片地址(假定未用地址用0表示)/IO0时，8155(1)内部RAM地址范围 E000H.E0FFH/IO1时，端口地址：控制口：E100H；PA口：E101H；PB口：E102H；PC口：E103H；定时器低八位：E104H；定时器高八位：E105H5.3键盘设计5.3.1键盘定义及功能该系统以8155并行扩展口构成键盘接口电路，键盘为矩阵，由 PA PA口接键盘扫描列线，由PCPC口接键盘扫描行线，如图5.6所示。 图5.7 键盘接口电路键盘的键码与键的定义如图5.7所示。图
44、5.8 键盘示意图5.3.2键盘程序设计键盘的操作程序安排在主程序中，系统一开机即进入键盘操作，整个系统工作均受键盘控制，此时称为用户程序状态。当按下“加工”键后，系统转入用户执行用户程序，此时脱离键盘控制，所有键盘都不起作用，只有中断控制键可以干涉改变工作台的运行。图5.9 键盘扫描程序流程图 待添加的隐藏文字内容3图5.10 求键值子程序键盘扫描子程序ORG 0500HSCAN:MOV A,#00HMOV DPTR, #E101HMOVX DPTR, AMOV A #3FHMOV DDPTR, #E103HMOVX #DPTR, AMOV DPTR, #E102HMOVX A, DPTRANL A,
