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1、摘 要数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品,它的发展和运用,开创了制造业的新时代,改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式,使世界制造业的格局发生了巨大变化。数控机床也称数字程序控制机床，是一种以数字作为指令信息形式，通过电子计算机或专用电子计算机装置控制的机床。数控机床主要包括机械系统和数控系统两大部分。数控系统的自动化程度是区别数控机床和其他普通机床的主要参数。数字控制具有较大的灵活性，能够实现对复杂零件的高精度加工。本文针对单立柱数控钻铣床的数控系统进行改造，数控系统是数控机床的控制部分，数控系统主要包括CNC装置、主
2、轴及进给伺服驱动装置，以及主轴电动机、进给电动机和与其相关的检测反馈元件。在设计中以单片机作为控制部件，并附有限位控制、行列式键盘及七段显示器等一系列相关接口设计，以此来达到数字控制的效果。同时为了达到一定的精度要求，本次设计对进给伺服系统采用了开环控制。用直流伺服电机做执行部件。使用A/D转换器将数字信号转换成模拟信号，再通过PWM调速系统来控制电机；采用编码器作为主轴的速检测元件来构成精度较高的半闭环控制，主轴转速用变频器进行调节。 用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。因此，对钻铣床数控系统的改造，使数控机床能够解决普通机床难于胜任的问题。关键词：数控系统，
3、单片机，接口，伺服控制AbstractIt was representative electromechanical integration product, its extend and handle, initiate know clearly manufacturing epoch, transfer know clearly manufacturing churn, industrial structure, supervisor mode, dispose world manufacturing structure occur know clearly greatness chang
4、 to out into numerically-controlled machine multitude computer technology, electronics, auto control, transducer measure, machine manufacturing, internet work communication teachnology to oneness. NC machine, also called digital program control machine, is a form of digital information as a command
5、by a computer or dedicated computer-controlled machine tool equipment. NC machine includes the mechanical system and the numerical control system two parts. The degree of automation of NC system is main parameters between NC machine and other general machine tools. Digital control is more flexible,
6、able to achieve high-precision machining of complex parts. This paper aimed at reforming the CNC system of NC drilling and milling machine. Numerical control system includes CNC equipment, spindle, feed servo drives, spindle motor, feed motor and associated feedback devices detected. MCU was used as
7、 the control unit in the design process, along with a limited level control, keyboard and display and a series of related interface design, in order to achieve the effect of digital control. Meanwhile, in order to achieve a certain degree of accuracy, the present design of the feed servo system uses
8、 the open-loop control. DC servo motor to do with the implementation of parts. Using the A / D converter to digital signals into analog signals, then through the PWM speed control system to control the motor; used as the spindle speed encoder detection of high precision components to form the semi-c
9、losed loop control to adjust the spindle speed inverter . Using digital signal processing tools to control movement and to promote the development of machine tool automation. On the drilling and milling machine numerical control system, so that CNC machine tools capable to solve difficult problems o
10、f ordinary machine tools. Keywords: CNC system, microcontroller, interface, servo control目 录绪 论11 控制系统设计41.1 控制系统组成41.2 MCS-5系列单片机803141.2.1 8031单片机的基本组成41.2.2 CPU及部件的功能作用51.2.3 8031引脚图及引脚功能61.3 地址锁存器74LS37371.4 译码器74LS13891.5 外部存储器的扩展91.5.1 程序存储器的扩展91.5.2 数据存储器的扩展121.6 接口设计151.6.1 接口芯片8255151.6.2 8
11、155接口芯片241.7 显示器271.7.1 LED显示器结构原理271.7.2 显示器接口显示方式291.7.3 LED显示器的驱动301.8 键盘301.8.1 矩阵键盘工作原理311.8.2 键盘的基本原理311.8.3 矩阵式键盘工作方式322 直流电机PWM调速系统352.1 系统总体框图362.2 PWM的基本原理362.3 脉冲信号产生电路372.4 D/A转换器382.5 功率放大驱动电路设计392.5.1 IR2110芯片的性能及特点402.5.2 IR2110的引脚图及其功能402.6 主电路设计432.6.1 延时保护电路432.6.2 主电路433 RS232转RS4
12、85电路模块463.1 RS232和RS485介绍463.2 工作原理473.2.1 电源方案473.2.2 智能控制收发使能483.3 接线图484 复位电路及振荡电路504.1 时钟电路504.2 复位电路524.3 单片机复位后的状态535 电动机的选取555.1 直流伺服电动机的选取及其技术数据555.2 主轴电机的选取及其技术数据55总结56谢辞57参考文献58单立柱钻铣床NC系统设计绪 论数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，是用数字代码形式的信息(程序指令)控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床。它是信息技术与机械制造技术相结合的产物，代表了现代基础机械的
13、技术水平与发展趋势。 数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。 数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的
14、数控铣床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用
15、，但精度和速度的提高受到限制。半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马
16、达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。机床本体包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、工作台等。为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象. 由于采用了脉宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸，部分
17、数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。数控机床是一种新型的自动化机床，它具有广泛的通用性和很高的自动化程度。数控机床是实现柔性自动化的关键设备，是柔性自动化生产线上的基本单元。数控机床具有广泛的适应性和较大的灵活性，他能够加工普通车床难以完成，或者根本不能加工的、复杂型面的零件；数控机床是一种高度自动化、高效率的机床，他可以采用较大的切削用量，具有自动变速、自动换刀、自动交换工件，生产率得以极大提高，为普通机床的34倍，大大减轻了工人的劳动强度。这些都是数控机床相对于普通机床的优
18、势所在。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。1 控制系统设计1.1 控制系统组成a) CPU采用8031单片机b) 锁存器74LS373c) 译码器74LS183d) 程序存储器2764e) 数据存储器6264f)
19、 接口芯片8255、8155g) 88键盘h) 七段型显示器1.2 MCS-5系列单片机8031 中央处理器选用MCS-51系列单片机，本设计中应用其中的8031芯片，8031内部包含一个8位微控制器，128字节的RAM。1.2.1 8031单片机的基本组成 8031单片机由CPU和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本组成如下图所示： 图1.1 8031内部结构1.2.2 CPU及部件的功能作用介绍如下：中央处理器CPU：它是单片机的核心，主要完成运算和控制功能。内部数据存储器
20、：8031芯片中共有128B的RAM，其地址为00H7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元，简称内部RAM。特殊功能寄存器：是用来对片内各功能模块进行管理、控制、监视的控制寄存器，是一个特殊功能的RAM区，位于片内部RAM的上方，其地址为80HFFH。内部程序存储器：8031芯片内部没有内部程序存储器ROM。并行I/O口：8031芯片内部有4个8位的并行I/O口（P0，P1，P2，P3），以实现数据的输入输出。串行口：它是用来实现单片机和其他设备之间的串行数据通讯。定时器：8031片内有2个16位的定时器，用来实现定时或者计数功能，并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。中断控制
21、系统：MCS-51单片机共有5个中断源，即外部中断2个，定时器中断2个和串行口中断1个。振荡电路：它外接石英晶体和微调电容即可构成8031单片机产生时钟脉冲序列的时钟电路。系统允许的最高晶振频率为12MHz。1.2.3 8031引脚图及引脚功能引脚图如图1.2所示功能如下：（1）主电源引脚Vss和Vcc Vss接地；Vcc接+5V电压（2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1 振荡器的高增益放大器输入，接晶振或外部源。XTAL2 振荡器的放大输出和接收外振荡器信号。图1.2 8031引脚图（3）控制或其他电源复用引脚 RST/Vss 从低到高的跳变（约3V）使8031复位。若Vcc掉电
22、低于规定值，而Vpp在规定范围内（约5V），则Vpp将为RAM提供用电源，以保证数据不丢失。ALE/ 允许地址锁存脉冲。访问外部程序存储器时，锁存低8位地址字节。在EPROM编程期间，用于输入编程脉冲。 外部程序存储器读选通。访问外部程序存储器时，激发。/Vpp 外部程序存储器选择，低电平有效。在EPROM编程期间，用于施加编程电压。 （4）I/O通道引脚P0口 8位三态双向I/O口，是访问外存储器的地位地址和数据总线。在编程和校验时，用于数据的输入和输出。P1口 8位双向I/O口。在对EPROM编程和程序验证时，接受低8位地址。P2口 8位双向I/O口。在访问外部存储器时，作为高8位地址总线
23、送出高8位地址。在对EPROM编程和校验时，接受高8位地址。P3口 8位双向I/O口。实现第二功能时，必须在相应的输出锁存器里写入“1”。作为第二功能使用时，功能如下P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 （外部中断）P3.3 （外部中断）P3.4 T0 （定时器0外部输入）P3.5 T1 （定时器1外部输入）P3.6 （外部数据存储器写脉冲）P3.7 （外部数据存储器读脉冲）1.3 地址锁存器74LS37374LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器。其结构如图1.4所示： 图1.4 74LS373结构图当=0时，三态门处于导通状态，允许1Q-8Q输出到O
24、UT1-OUT8，当=1时，输出线呈高阻抗状态。G为锁存信号输入线，当74LS373用作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号为低电平，这时，当G端输入端为高电平时，锁存器输出（1Q-8Q）状态和输入端（1D-8D）状态相同；当G输入端负跳变到低电平（下降沿）时，输入端（1D-8D）的数据锁存到1Q-8Q的八位锁存器中。74LS373作为地址锁存器时，当8031访问外部程序存储器时，8031的P2口输出高8位地址；P0口分时传送低8位地址和指令字节。74LS373的G端口可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连，在ALE为高电平时,P0口输出的地址有效，并由ALE的下降沿锁存到地址锁存器中。图
25、1.5左图是74LS373的引脚图如下所示： 图1.5 74LS373和74LS138引脚图1.4 译码器74LS138 当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，应采用全地址译码。将低位地址作为片内地址，而用译码器对高位地址线进行译码，译码器输出的地址选择线用作片选线。本设计采用的是74LS138译码器，它有A,B,C三位数据输入端，经译码产生八种状态器。引脚图如图1.5右所示，译码功能真值表如表1.1所示：表1.1 74LS138真值表 1.5 外部存储器的扩展1.5.1 程序存储器的扩展8031内部没有EPROM，但是单片机必须配置外部程序存储器。所以需要在外部配置外部程序存储器。外部程
26、序存储器有EPROM、EEPROM等类型程序存储器。本次设计中采用的是EPROM中的2764（8K8），是可寻址8K的存储器，维持电流为35mA，工作电流为75mA，读出时间最大为250ns。引脚图如图1.6所示，2764的各引脚符号的含义如下：A0-A12：13根地址输入线。用于寻址片内8K个储存单元;D0-D7:8根双向数据线，正常工作时为数据输出线。编程时为数据输入线；：片选信号输入线，“0”（即TTL低电平）有效；当信号为0时，芯片中的数据可由D0-D7端输出;PGM：编程脉冲输入线；：选片信号输入线，=“0”有效；Vpp：编程电压输入线，不同的芯片对Vpp的值要求不一样；Vcc：电源
27、输入线，Vcc一般接+5V；GND：信号地。图1.6 2764引脚图A 2764的主要操作方式编程方式：把程序代码（机器指令，常数）固化到2764中；编程校验方式：读出2764中的内容，校验编程操作的正确性；编程禁止方式：适用于多片2764平行编程不同数据。表1.2列出2764的操作方式 引脚 工作方式（片选）（允许输出）VPP（编程控制）输出读LLVCCH数据输出维持H*VCC*高阻编程LHVPPL数据输入编程校验LLVPPH数据输出编程禁止H*VPP*高阻B 2764扩展的原理8031扩展外部程序存储器的硬件接线图如图1.7所示，8031单片机访问外部程序存储器所使用的控制信号有：ALE：
28、锁存低8位地址控制；:片外程序存储器“取指”控制。 图1.7 程序存储器扩展硬件接线图8031片内没有的程序存储器，所以引脚必须接地；引脚是8031对外部程序储器的读取通信号输出端。当8031访问外部程序存储器时，才被激活，输出负脉冲。图中采用三态门8D锁存器74LS373作为地址锁存器。将74LS373的接地，G接8031的ALE信号，74LS373的数据输入端D0D7接到8031的P0口，74LS373的数据输出端Q0Q7接到外部程序存储器低8位地址端。这样，当ALE为高电平时74LS373连通，使P6口输出的低8位地垃和P2口输出的高位地址同时到达外部程序的储器的地址线上，而ALE降为低
29、电平时，P6口低8位地址被74LS373锁存，使外部程序存储器的低8位地址信息维持不变，P0口读到信息。外部程序存储器一般采用单片电路，其选取片接地。1.5.2 数据存储器的扩展MCS-51单片机内部有128字节的RAM存储器。但CPU对内部的RAM具有丰富的操作指令，所以内部的RAM是十分珍贵的资源，可以作为工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器。用户应合理地分配和充分的利用内部的RAM存储器，充分发挥其作用。但是在数据采集和处理的单片机系统中，仅片内提供的128字节的RAM往往不够用的，需要扩展，而常用的数据存储器有静态RAM和动态RAM。数据存储器只使用、控制线。本设计中采用的是静态RA
30、M6264，其引脚图如图1.8所示，功能如下：A12A0：地址输入线，可寻址8K的储存空间；D0D7：双向三态数据线；：选片信号输入线，低电平有效；：读选通信号输入线，低电平有效；：写选通信号输入线，低电平有效；Vcc：工作电压+5V；GND：信号地；图1.8 6264引脚图A 静态RAM的工作方式6264存储器有读出写入，维持三种工作方式，这些工作方式的操作控制见表13：表1.3 6264的操作控制信号方式D0D7读状态数据输出写状态数据输入维持任意任意高阻态B 8031与RAM的扩展原理CPU的访问外部数据存储器时，在ALE下降为低电平时，P2口输出的地址信息保持不变，而P0口为浮空状态，
31、原来的低8位地址信息丢失，因此也需要外部锁存器在ALE下降沿时把P0口地址信息锁存起来。8031在访问外部数据存储器时，一个机器周期内ALE只输出一个正脉冲；ALE降为低电平后，读信号或写信号有效，而始终无效（保持高电平），所以8031访问外数据存储器时决不会访外部程序存储器。C 8031和外部数据存储器的接口方法 8031与外部数据存储器的接线方法如下图1.9所示 图1.9 8031与外部数据存储器的接线图图中的片选端与全址译码器74LS138输出端相连（见原理图），本设计中采用两片6264，其编程地址分别为：U4为A000HBFFFH，U5为C000HDFFFH。1.6 接口设计1.6.1
32、 接口芯片8255 8255是Intel公司生产的可编程I/O器件,它具有24条可编程I/O器件,具有三种工作方式,可通过程序改变其功能,方便单片机I/O口与多种外围设备连接。A 8255引脚图及功能8255共有40个引脚,采用双列直插式封装,引脚图如图1.20所示，各引脚功能如下: D0-D7:双向数据总线,与单片机数据总线连接,用来数据的输入/输出。 CS：片选信号线，低电平有效，表示芯片被选中。 ：读信号线，低电平有效，控制数据的读出。 ：写信号线，低电平有效，控制数据的写入。 Vcc：+5V电源。 PA0-PA7：A口的输入/输出线。 PB0-PB7：B口的输入/输出线。图1.20 8
33、255引脚图PC0-PC7：C口的输入/输出线。RESET：复位信号线。A1、A0：地址线，用来选择8255内部端口。 GND：信号地。B 8255内部结构8255内部包括三个并行数据输入/输出端口，两个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和8位总线缓冲器。内部结构如图1.21所示，各部分功能概括如下： 图1.21 8255内部结构a）端口A、B、CA口：是一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。B口：是一个8位数据输入/输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。C口：是一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器（输入不锁存）。C端口作为控制或状态信息的端口，
34、它在“方式控制字”字控制下，可分成两个4位的端口，每个端口均有锁存器，分别与A端口或B口配合使用，可作为控制信号输出或状态信息输入端口。b) 工作方式控制电路工作方式控制电路有两个，一个是A组控制电路，另一个是B组控制电路。这两组控制电路具有一个控制命令寄存器，用来接受中央处理器发来的控制字，以决定两组端口的工作方式，也可根据控制字的要求对C口按位控制。A组控制电路用来控制A口和C口的上半部分（PC7-PC4）。B组控制电路用来控制B口和C口的下半部分（PC3-PC0）。c) 总线数据缓冲器总线数据缓冲器是一个三态双向8位缓冲器，作为8255与系统总线之间的接口，用来传送数据、指令、控制命令以
35、及外部状态信息。d) 读/写控制逻辑电路读/写控制逻辑电路接受CPU发来的控制信号、RESET、地址信号A1，A0等，然后根据控制信号的要求，将端口数据读出，发往CPU，或者将CPU送来的数据写入端口。控制功能具体如下表：表1.4 8255端口选择表A1A0操作00010A口数据总线01010B口数据总线10010C口数据总线00100数据总线A口01100数据总线B口10100数据总线C口11100数据总线控制寄存器*1数据总线为三态11010非法状态*110数据总线为三态C 8255工作方式的选择8255有三种基本工作方式：即方式0、方式1、方式2，如下图1.22所示图1.22 8255工
36、作方式示意图a)工作方式0工作方式0是一种基本的输入/输出工作方式。在这种方式下,三个端口都可以由程序设置为输入或输出,没有固定的用于应答的联络信号.其基本功能可概括如下:1、可具有两个8位端口（A、B）和两个4位端口（C口的高半部分和低半部分）。2、任何一个端口都可以设定为输入或者输出，各端口的输入、输出可构成16种组合。3、数据输出时可以锁存，输入时不锁存。按照方式0工作时，CPU可以通过简单的传送指令对人以一个端口进行读/写，这样各端口就可以作为查询式输入/输出接口。按照查询方式工作时， A口、B口可作为两个数据输入/输出端口，C口的某些位可作为这两个端口的控制/状态信号端。b) 工作方
37、式1 工作方式1是一种选通式输入/输出工作方式。在这种工作方式下，选通信好于输入/输出数据一起传送，由选通信号对数据进行选通。其基本功能可概括如下：1、三个端口分为两组，即A组和B组。2、每一组包括一个8位数据端口和一个4位的控制/状态端口。3、每一个8位数据端口均可设置为输入或者输出，输入端均可锁存。4、4位端口作为8位数据端口的控制/状态信号端口。工作方式1输入时，控制联络信号如图1.23所示，各控制信号的功能如下：选通输入时，低电平有效。是由外设送来的输入信号，用来将输入数据送入输入锁存器。IBF：输入缓冲器满信号，高电平有效，表示数据已送入输入锁存器，它由信号的下降沿置位，由信号的上升
38、沿复位。INTR：中断请求信号，高电平有效，由8255输出，向发中短请求。发中断请求的条件是、IBF和INTE（中断允许）为高电平，中断请求信号的下降沿复位。INTE：中断允许信号。INEA有PC.4的置位/复位来控制，INTE B由PC.2的置位复位来控制。 图1.23 方式一输入组态工作方式1输出时，控制联络信号如图1.24所示，各控制信号功能如下：输出缓冲器满信号，低电平有效，是8255输出给外围设备的联络信号。表示CPU已把输出数据送到指定端口，外设可以将数据取走。它由信号的上沿置“0”（有效），由信号的下降沿置“1”（无效）。：外设响应信号，低电平有效，表示CPU输出给8255的数据
39、已由外设取走。INTR：中断允许信号，高电平有效，表示数据已被外设取走，请求CPU继续输出数据。中断请求的条件是、和INTE（中断允许）为高电平，中断请求信号的下降沿复位。 图1.24 方式一输出组态c) 工作方式2工作方式2是双向传送方式，在这种工作方式下，A口成为双向数据总线端口，既可以发送数据，又可以接收数据。其主要功能可概括如下：a.有一个8位双向数据输入/输出端口（A）和一个5位控制信号端口（C）。b.输入、输出均锁存。c.5位控制信号端口（C）作为8位双向数据输入/输出端口A口的控制/状态信号端口。d.工作方式2只适合于A口。按照工作方式2工作时，A口可工作于查询方式，又可工作于中
40、断方式。其控制联络信号如图1.25所示，各控制信号的功能如下： 图1.25 8255方式2组态INTR：中断请求信号，高电平有效。在输入、输出方式时，可用于向CPU发中断请求。：输出缓冲器满信号，低电平有效，是8255输出给外设的联络信号，表示CPU已把数据输出到A口。：外设响应信号，低电平有效，用来启动A口三态输出缓冲器输出数据。INTE1：是一个于输出缓冲器相关的中断允许触发器由PC.6置位/复位来控制。：选通输入，低电平有效，是由外设送来的输入信号，用来将数据送入锁存器。IBF：输入缓冲器满信号，高电平有效，表示数据已送入输入锁存器。INTE2：是一个与输入缓冲器相关的中断允许触发器，由
41、PC.4的置位/复位来控制。当A口工作方式2时，B口可工作方式0或方式1，既可以作为输入端口，又可以作为输出端口。D 单片机与8255的接口设计8031和8255的连接电路图（见原理图）中，8255的选片信号和8751P2.5-P2.7经译码后的Y1相连，因此8255的地址段分别为2000H-3FFFH。8255的端口选择线A0、A1分别由8031的P0.1-P0.7经74LS373锁存后提供。8255的、分别接8031的、；8255的D0-D7接8031的P0.0-P0.7。根据表1-1，该电路8255的A口、B口、C口的地址分别为00H01H、01H 02H、02H 03H。1.6.2 8
42、155接口芯片8155的内部结构如下图1.26所示 图1.26 8155的内部结构图 A 8155的引脚图及各个引脚的说明如下：RESET：8155内部复位信号输入线，复位后I/O变为输入模式；AD0-AD7：三态的地址数据线。地址可以是8155的RAM单元地址或I/O口地址。8位数据是写入到8155芯片还是从8155芯片读出，取决于有效还是有效；：片选信号线，低电平有效。IO/：8155的RAM存储器和I/O口选择线，IO/=0, AD0-AD7的地址为8155RAM单元的地址，选择RAM。IO/=1 ，AD0-AD7的地址为8155I/O口的地址，选择I/O口。：写选通信号线，低电平有效。
43、：读选通信号线，低电平有效。ALE：地址锁存允许线。PA0-PA7：口A的通用I/O线，PB0-PB7：口B的通用I/O线。PC0-PC7：PC口线，有两个作用，一是作为口C的I/O 或作为PA口和PB口的控制信号。通过命令寄存器实现程序控制。TIMER IN：定时器/计数器时钟输入。TIMER OUT：定时器/计数器输出，输出信号是矩形还是脉冲型取决于定时器/计数器的工作方式。Vcc：+5V电压。 Vss：接地。图1.27 8155引脚图B CPU对8155的RAM单元和I/O口的寻址方式IO/=0时，表示AD7-AD0输入的是存储器地址，寻址范围为00HFFH。IO/=1时，表示AD7-A
44、D0输入的是I/O口接口地址，编址如下表1-5所示：表1.5 8155I/O口编址需要强调的是，8155电路内部集成有地址锁存器，可以自动分离地址和数据信息。因此，8155并行接口电路与MCS51系统接口时，不再需要使用74LS373地址锁存器了。C 8031单片机与8155的接口及地址分配8031单片机与8155电路接口设计如图9.26所示。图1.28 MCS-51与8155电路接口设计在接口电路中（见原理图），8155的选片信号和8031的P2.5-P2.7经译码器74LS138的Y0口相连，因此8155的地址段为0000H-1FFFH。1.7 显示器显示器常用LED(发光二极管) 、CR
45、T显示器和LCD(液晶显示器)等作为单片机应用系统的显示器件。其中LED和LCD成本低，配置灵活，与单片机接口方便，应用广泛。所以本次设计选用LED七段显示块。1.7.1 LED显示器结构原理本次设计使用的是七段LED，构成七笔字形“8”，一个发光二极管构成小数点。七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。通常将控制发光二极管的8位字节数据称段选码。共阳极与共阴极的段选码互为补数。其结构和引脚图如下图1.29所示。图1.29 七段LED显示块这种显示器共有共阴极和共阳极两种。用七段LED显示器可以组成09十个数字和一些字母。显示器中一般还常有一个小数点显示段，所以实际上显示器中共有八段，分别用ag及Dp表示。共阴极数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴极数码管在应用时应将公共极COM 接到地线GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，
