TH2 TL2 RLDH RLDL SCON SBUF PCON
定时器/计数器2（高位字节） 定时器/计数器2（低位字节） 定时器/计数器2自动再装载（高位字节） 定时器/计数器2自动再装载（低位字节） 串行控制 串行数据线控制 电源控制 OCDH OCCH OCBH OCAH 98H 99H 87H 4.3存储器扩展电路设计
MCS—51的程序存储器的寻址空间为64K字节，8031片内不带ROM，用作程序存储器的器件是EPROM。常用的半导体ROM芯片有2764的28脚双列直插式扁平封装芯片，所以本设计中选择此型号芯片。 一、程序存储器的扩展
1、2764芯片的结构及工作方式
2764芯片为28脚双列直插式扁平封装芯片，其引脚排列如图4—5所示。
图4—5
图中VPP是编程电压端，PGM是编程控制端，OE是输出使能端，CE是片选端，它们均为低电平有效。2764的第26引脚空，（NC）未用。
下表4—6是EPROM工作方式选择。表中VIH表示输入高电平，VIL表示输入低电平，芯片的数据引脚是三态的，当芯片未选中，即CE是高电平时，它们处于高阻状态，不会影响其他芯片输出状态。而当CE和OE均为低电平时，芯片被选中，其存储内容从数据端输出，即处于DOUT状态。在编程时，从数据输入
要存储的信息，数据引脚处于数据输入DIN状态。编程时PGM必须为低，使数据写入芯片。
表4—6 EPROM工作方式选择 (11～引脚（8Q） (22) (1) (28) (27) 13:15～号 19) 读 VIL VIL VCC VCC IH DOUT 维持 VIH 任意 VCC VCC 任意 高阻 2764 编程 VIL VIH VPP VCC VIL DIN 编程VIL VIL VPP VCC VIH DOUT 检验 编程VIH 任意 VPP VCC 任意 高阻 禁止
2、地址锁存器
由于单片机8031芯片的P0口是分时传送低8位地址线和数据线，故8031扩展系统中一定要有地址锁存器。在此选用的地址锁存器芯片是74LS373。74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器。
表4—7 74LS373真值表 E G D Q L H H H L H L L L L X Q0 上表4—7是74LS373的真值表，表中： L——低电平； H——高电平； X——不定态；
Q0——建立稳态前Q的电平； G——输入端，与8031ALE连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中OE——使能端，接地。
当G=“1”时，74LS373输出端1Q—8Q与输入端1D—8D相同； 当G为下降沿时，将输入数据锁存。 3、8031与EPROM芯片的连接 （1）地址线的连接
EPROM低8位地址线A0—A7经地址锁存器与8031的P0口相连；EPROM高8位地址线A8—A15直接与8031的P2口相连。由于8031的P0口是分时输出低8位地址和数据，故要外接地址锁存器，并由CPU发出的地址允许锁存信号ALE的下降沿将地址信息锁存入地址锁存器中。如外接存储器芯片内有地址锁存器，则单片机CPU的P0口可与存储器低8位地址线直接相连，但仍要将CPU的ALE信号与存储器芯片ALE端相连。单片机的P2口用作高位地址线及片选地址线，由于P2口输出具有锁存的功能，故不必外加地址锁存器。
（2）数据线的连接
存储器的8位数据线D0—D7与8031芯片的P0口P0.0—P0.7直接相连，单片机规定指令码和数据都是由P0口读入，数位对应相连即可。 （3）控制线的连接
8031芯片的PSEN与EPROM芯片的OE端相连。
8031芯片EA接地，CPU执行外部程序存储器的指令。 8031芯片ALE接地址锁存器74LS373的G端。 二、数据存储器的扩展
由于8031芯片内部RAM只有128字节，远远不能满足系统的需要，需扩展片外的数据存储器（RAM）。 1、数据存储器的选用
常用的RAM芯片是6264，它采用CMOS工艺，采用28脚双列直插式扁平封装。
2、8031与外部数据存储器芯片的连接
单片机CPU与外部数据存储器的连接方法和与程序存储器连接方法大致相同。唯控制线的连接不同：RAM读入信号OE与8031芯片的RD引脚相连；RAM的写输入信号WE与8031芯片WR相连。 三、译码电路设计
8031单片机允许扩展64KB程序存储器和64KB数据存储器，这样就需要扩展多个外围芯片，因而需要把外部地址空间分配给这些芯片，并且使程序存储器各芯片之间、数据存储器各芯片之间地址互相不重叠，以使单片机访问外部存储器时，避免发生冲突。所以需选用译码电路。 在此选用了3—8译码器（74LS138），输入占用3根最高位地址线，剩余的13根低位地址线可作为片内地址线。74LS138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 I/O
接口电路及辅助电路设计
8031单片机共有4个8位并行I/O口，但可供用户使用的只有P1口和部分P3口，因此，在大部分应用系统中都需要扩展I/O芯片。在此选用了8255芯片。 一、 8255可编程接口芯片
1. 8255的功能
8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应于引脚PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。它们分别与端口A／Ｂ配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。 2. 8255可编程并行接口芯片工作方式说明:
方式1：基本输入／输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口
都可以用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。
方式2：选通输入／输出方式。这时A口或B口的8位外设线用作输入或输
出，C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。
方式3：双向总线方式。只有A口具备双向总线方式，8位外设线用作输入
或输出，此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。
二、键盘显示接口电路 1、显示器工作原理
在此选用的是LED显示器，它是由8个发光二极管组成，当发光二极管导通时，应的一个点或一个笔画发亮。控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。
三、步进电机驱动电路
在经济型数控机床中，采用步进电机开环控制。步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移的电动机。其角位移量与电脉冲成正比，其转速与电脉冲频率成反比，通过改变脉冲频率就可以调节电机的转速。
驱动步进电机的脉冲需要按所要求的顺序提供给电机各项。脉冲分配器就是实现步进电机各项脉冲通电顺序的。为使步进电机正常用行并输出一定功率，需要有足够功率提供给电动机，因此要有功率放大环节。脉冲分配器及前面的微机接口芯片，工作电平一般为5V，而作为电动机电源的需符合步进电机要求的额定值。为避免强电对弱电的干扰，在它们之间应采用隔离电路。其控制电路框图如下图4—8所示：
图4—8 步进电机控制电路框图
1. 脉冲分配器
脉冲分配器又叫环形分配器，有硬件环形分配器和集成环形分配器，而硬件环形分配器是由门电路及其逻辑电路组成，目前已大量采用，可靠性高，外形尺寸小。使用方便的集成环形分配器，按其电路结构的不同分为TTL集成电路和CMOS集成电路。
目前市场上提供的国产TTL集成电路分配器有三相、四相、五相、六相，按其类型号分为：YBOB、YBO14、YBO15、及YBO16，均为18个引脚直插式封装。本设计选用TTL集成电路中的三相YBO14的硬件环形分配器。 2.光电隔离电路
在步进电机驱动电路中，脉冲分配器输出的信号经放大后，控制步进电机的励磁绕组。由于步进电机需要的驱动电压较高，电流也较大，如果将I/O口输出信号直接与功率放大器相连，将会引起强电干扰，轻则影响计算机的正常运行，重则导致计算机接口电路损坏。所以一般在接口电路与功率放大器之间都要加上隔离电路，实现电气隔离，通常使用最多的是光电耦合器。光电耦合器由发光二极管和光敏三极管组成。 3.功率放大电路
脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的要求，必须将它放大以
产生足够的功率驱动步进电机正常运转。
从步进电机的起动矩频特性和运行矩频特性可以看出，随着运行频率的增高，步进电机输出力矩下降，这一现象产生的原因是：作为功率放大器负载的步进电机是电感负载。当改变通电状态时，通电绕组的电流从零开始增大，该绕组中产生感应电动势使电流指数规律上升，并将电源一部分能量存在绕组中，电流的时间常数为：
式中，
—步进电机一项绕组的平均电感量；
— 通电回路的电阻，它包括绕组电阻、功率放大器输出级内阻及串联电阻。
而断电绕组电流是下降的，这时存储于绕组中的势能将以电流形式释放出来，使电流指数规律下降，其时间指数为： 式中，
—放电回路电阻，它包括绕组电阻，续流二极管正向电阻等。
这样，就使得绕组中电流缓慢增加和缓慢下降，即电流波形前沿和后沿不陡。严重时可使步进电机各项绕组电流几乎同时存在，所以步进电机负载能力下降，会出现失步。
为了提高步进电机动态特性，必须改善电流波形，使电流前、后沿陡些。可采用以下两种方法： （1）电阻法 （2）双电源法
4.5 步进电动机的运行软件控制
一、步进电动机运行程序设计
步进电动机控制程序的任务是：判断旋转方向、依次送出控制字、根据运转速度实现一定的延时、判断是否结束。步进电动机控制系统接线图如图4—9，设步进电动机总的运行步数放在R4，转向标志存放在程序状态寄存器用户标志位F1（DSH）中，当F1为0时，电动机正转；当F1为1时，电动机反转。正转时，P1端口的输出控制字（01H，03H，02H，06H，04H，05H）存放在8031的片内数据存储单元20H～25H中，26H中存放结束标志00H；反转时，P1端口的输出控制字(01H,05H,04H,06H,02H,03H)存放在27H～2CH的存储单元内，在2DH内存放结束标志00H。程序的框图如图4—10所示。