工业机械手设计 第6页

工业机械手课程设计
4） I/O线：
    （32~39）：单片机的双向数据总线和低8位地址总线分时操作，先用作地址总线，在ALE信号的下降沿，地址锁存，然后用作为数据总线，也可用作双向输入/输出口，它能吸入/方出8个TTL负载（作总线工作时）
    （1~8）：8位准双向输入/输出口。在编程校验期间，用于传输低8位地址，它能吸入/放出4个TTL负载
    （21~28）：8位准双向输入/输出口，在访问外部存储器时，用作高8位地址总线，它能吸入/放出4个LSTTL负载。
    （10~17）：8位准双向输入/输出口， 口的每一根线还有另一种功能。
    ： 串行输入口
    ： 串行输出口
    ：外部中断 0  输入口
    ：外部中断 1   输入口
 ：定时/计数器  0  外部事件脉冲输入端
 ：定时/计数器   1  外部事件脉冲输入端
 ：外部数据存储器写脉冲
 ：外部数据存储器读脉冲
（3） 特殊功能寄存器
特殊功能寄存器（SFR）是用于对片内各功能模块进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的EPROM，位于片内数据存储器上，其地址为80H~FFH的区域。其名称及功能如下：
        ：累加器，其指令记符为A
       B： 寄存器，主要用于乘法和除法操作对于其它指令，也可用作寄存器
       ：堆栈指令寄存器，能位于片内RAM的128字节的任何单元
       DPTR：数据指令寄存器，16位，分别由高位字节（DPH）和低位字节（DHL）组成。其功能是存放16位地址。
       PSW：程序状态寄存器，内放标志寄存器置位成清零，表示操作结果的某些特殊，
      另外，还有一些特殊功能寄存器。
（4） 存储器结构
      单片机的存储器包括程序存储器（EPROM、ROM）和数据存储器（RAM）。两种存储器的寻址空间是分开的，对于MCS-51系列，实际上存在3个独立空间，如图7所示，程序存储器用于存放程序8051片内有4KROM，8751片内有4KEPROM。8031片内原程序存储器，片外程序存储器可根据需要任意选择，但片内片外总的容量和起来不超过64KB。它们在同一个逻辑空间中，地址从0000H~FFFFH。
     内部数据存储器的地址从00H~7FH，其中内部数据RAM为0~127（00H~07H），特殊功能寄存器为128~255（80H~1FH），256个字节中00H~1FH为四个工作寄存器区，00H~07H为0区，08H~0FH为1区，10H~17H为2区，18H~1FH为3区。改变标志寄存器PSW中的 、 就可以确定工作寄存器区。从20H~2FH是“为寻址”空间，从30H~7FH是只能够接字节寻址的数据缓冲区，单片机的外部数据存储器最大可以扩展到64K，地址从0000H~FFFFH，用以存储数据。
（5） 定时器，计数器
 MCS-51系列单片机提供两个16位寄存器， 、 用作定时器或事件计数器，需要由特殊功能寄存器TCON中的控制来选择 、 功能为定时还是计数。
（6） 中断系统
MCS-51系列单片机提供了5个中断源，两个位 、 ，输入外部中断请求低电平有效。两个为片内定时/计数器。由 和 溢出中断请求 和 ；一个为片内串行口中断请求，这些中断请求源的引脚都为 口的第二功能。对于每个中断可编程序为高优先级和低优先级中断，并能实现二级中断嵌套，各中断源所对立中断服务程序的入口地址和优先级如下：
  中断源：                   串行口中断
 入口地址：0003H 000BH  0013H  001BH   0023H
 优先级：   0        1      2      3       4
 8031响应中断后，即从以上入口地址开始执行中断服务程序，直至遇到一条返回指令为止。
（7） 时序
      由于在单片机中程序存储器与数据存储器严格分开，因此，程序存储器的操作时序中分两种情况：即不执行MOVX指令和执行MOVX指令。

4.4.2存储器扩展电路设计
4.4.2.1程序存储器扩展：
单片机应用系统中扩展用的程序存储芯片大多数采用EPROM芯片中。在选择时，要考虑CPU与EPROM时序的匹配，即8031所能读取的时间必须大于EPROM所需要的读取时间。此外，还需要考虑最大读取速度，工作温度及存储器的容易。在满足容量要求时，尽量选择大容量芯片，以减少芯片数量，使系统简化，若CPU选择为8051、8751而程序容量又小于4K的情况下，可不扩展程序存储器。
   （1）2764ZPROM芯片介绍
2764芯片是双列直插式28脚芯片，共有13根地址线 ，8根数据线 ，其余为控制线，定义线分别是：
  ——片选信号端           ——取指允许
  ——编程控制端          ——编程电压端
  ——+5V电源             ——地电平
 NC——空脚、不接
（2）地址锁存器74LS373
     单片机规定 口提供低8位地址线，同时又用作数据线，所以为分时输出低8位地址和数据的通道口。为了把地址信号分离出来保存以提供低8位地址信息，一般采用74LS373作为地址锁存器。单由CPU发出地址允许锁存器中，74LS373是第三态缓冲输出的8D触发器，用作地址锁存器时，应使其使能端E为低电平，输入端G与8031的ALE连接。当G=1时，74LS373的输出端 与输入端的 相同，当G高电平返回低电平时，将输入的数据锁存入 中。
 （3）程序存储器的扩展
      2764中低8位地址线通过地址锁存器74LS373与8031的 口相连。当地址线通过地址锁存信号ALE为高电平，则 口输出地址有效。8位数据线直接与8031 口相连。高5位地址线分别与 相连。 引脚直接同8031 连接， 与8031的译码电路相连， 为低电平时，选通2764。由于8031只能选通外部程序存储器，因而其EA引脚接地。
4.4.2.2 MCS-51单片机应用系统中的地址译码
(1) 译码原则：
① 程序存储器与数据存储器地址重复使用；
② 外围扩展芯片与数据存储器统一编址，它不仅占用数据存储器地址单元，而且使用数据存储器的读/写控制信号与读/写指令；
③ 地址总线宽度为16位，片外程序存储器可直接寻址范围各为64K字节。 口提供高8位地址（A8~A12）， 口经外部锁存器后提供低8位地址（A0~A7）。
 （2）地址译码方法：
①线选法：线选法是把单独的地址线接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低电平，就选中该芯片。其特点是：硬件电路结构简单，但由于所用片选线都是高位地址线，它们的权值较大，地址空间没有充分利用，总片之间的地址不连续。
②全地址译码：对于RAM和I/O容量较大的应用系统，当芯片所需要的片选信号多于可利用的地址线时，常采用此种方法，它将低位地址作为片内地址，而用译码器对高位地址进行译码，译码器输出的地址选择线用作片选线。
通常采用3--8译码器（74LS138），输入端占用3根高位地址线，剩余的13根地址线可作为片内地址线，因此译码器的8根输出线分别对应8个8K字节的地址空间。
4.4.2.3 I/O口扩展电路设计
   8031单片机虽有四个8位并行I/O口，但可供用户使用的只有 口及部分 口，因此在大部分应用系统中都不可避免地要进行I/O口的扩展。目前在I/O口扩展电路设计中多采用通用可编程接口芯片8155或8255，它与微机接口比较简单。
（1）8255A与8031单片机相连接方法
8255A与8031单片机相连接是很简单的。除了需要一个8位锁存器来锁存 口送出的地址信号外，几乎不用任何附加的硬件。8255A的 、 分别于8031的 、 相连，8255A的 接8031的 口，采用线选法寻址8255A，只要8031 为0的地址都可选中8255A。
（8）键盘、显示接口电路
      ：片选信号、低电平有效
     键盘、显示器是常用的人机交互的外部设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的动态显示，通常的系统都采用行列式键盘，即I/O口线组成行、列机构，按键设置在行列的交点上，键盘的工作过程；无键按下时C口引线由电路内附加电阻止拉至高电平。A口的8条列线按一定时间间隔轮流送出低电平。当被扫描到某一列线上有键按下时，交叉点上相应的行线被拉成低电平。这个低电平信号被C口捕捉后，计算机读取信息，并根据此键对应的行列线计算键值，完成键的扫描工作。
4.5驱动电路的设计

 为了把试验机上发出的多路模拟信号采集下来，并加以测试控制驱动伺服电机，具体的设计如下：
 由被测试件上的压力传感器，把从被控制对象取得的非电量（如力等现场信号）转换成电量，经过YD-15动态应变仪放大变成标称的电压信号或电流信号，经过一个CD5401多路开关，把多个模拟量的参数逐个份似的接通送入A/D转换器（A/D574）在模数转换过程中，用一个采样/保持器AD582，保持输入信号的数字量，经过I/O口送至8031，CPU进行运算和处理后，将结果（数字量）经过D/A转换成电压或电流信号，经过两级功放驱动步进电机，实现整个闭环控制的目的。

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