第四节 其他接口电路的设计 一、超程保护电路 为防止X，Y工作台越出边界，可设置限位开关，分别为+X，-X，+Y和-Y向4个限位开关，一旦越界，立即停止工作台移动。可利用8031的外部中断引脚INT0，只要有一个开关闭合，即工作台越界，立即停止工作台移动。 二、74LS138译码器接口电路 查《机电一体化系统设计》可知下表： 表4-6 74LS138功能表 C B A 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Y7，Y6，Y5，Y4，Y3，Y2，Y1，Y0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 在74LS138中引脚C接地为0，由BA引脚输入的值来 确定Y0~Y7中的选择。 1、 芯片27128有14条地址线，基本地址范围0000H～3FFFH。可知BA为00，选择Y0脚且为0，Y0又接AT28C256-15PI的片选，所以此时选择芯片AT28C256-15PI。 2、当BA为01，即P2.7=1，P1.0=0时，Y1脚为0，Y1脚接IDT7164S35P的片选脚，选中IDT7164S35P。. 3. 当BA为10，即P2.7=0，P1.0=1时，Y2脚为0，Y2脚接U5的8255的片选脚，选中U5的8255芯片。 4、当BA为11，即P2.7=1，P1.0=1时，Y3脚为0，Y3脚接U6的8255的片选脚，选中U6的8255芯片。 第五章、微机控制系统软件设计
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一、模块组成
本程序主要由如下模块组成： 主模块，用于系统初始化和监控。 子程序模块。
越界报警、急停处理模块。 实时修改显示缓冲区数据模块。 键盘、显示定时扫描管理模块。
其中除主模块和子程序模块外，其余均为中断执行方式模块。
二、缓冲区设置
应设置两个缓冲区：键盘缓冲区和显示缓冲区。
1、键盘缓冲区
主要用于存放由键盘输入的命令，长度为4字节，地址为AT89C51内部RAM区20H~23H，第一字可用于缓冲区空、满等标志，定义如下：（20H）=00H，缓冲区为空，（20H）=01H，缓冲区内未处理完的命令个数，显然（20H）=30H时即为满。其余3个字节内存放具体的命令码。为防止误操作，可以进一步规定：命令码若为00H，为无效命令。从本系统的施加情况及后面的软件框图可以看出，键盘缓冲区很少出现两个或两个以上未处理的命令码，一般情况只要一个命令码，马上会得到处理。
2、显示缓冲区
主要用于存放欲显示的具体数据，每一字节对应一显示位，共5个字节，地址为AT89C51内部RAM 25H~29H，分别对应百位、十位、个位（包括小数点）、10E-1位和10E-2位。
除以上缓冲区外，根据需要，可以设立一些标志位，视具体情况而定。
三、中断优先级
所处理时间为紧急的则其中断级别为最高，根据本题实际情况，中断模块的优先级如下：
模块名 级别
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越界报警、急停处理模块 0 高 实时修改显示缓冲区数据模块 1 键盘、显示定时扫描管理模块 2 低
四、各模块说明及流程图
1、主模块
主模块功能为：初始化、监控。其中初始化包括8255初始化、缓冲区清零、定时/计数常数的设置、开中断等处理；监控主要判断是否有命令按下，并根据命令调用相应的子程序模块。主模块流程图如下；
开始①8031 串行口工作方式设定（方式0 ）1、AT89C51串行口工作方式设定②8155 初始化2、AT89C51③8255 初始化及8255A初始化 ④键盘、显示缓冲器清零3、键盘、显示缓冲器清零 显示提示符“P”键盘扫描有命令发出否？NY根据各键盘功能、定义转向相应功能块0功能1功能……N功能
根据键盘功能键的设定，相应的子程序模块包括“←”、“→”、“↑”、“↓”各个命令及“暂停”命令处理模块。这里设定一标志，其作用是反映XY工作台的当前运动方向。标志位为内部RAM区的2BH ，其定义如下：
2BH单元值 当前运动方向 （2B）=01H → +X （2B）=02H ← -X （2B）=03H ↑ +Z
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（2B）=04H ↓ -Z （2B）=00H 初始时为00H
2、暂停键“STOP”子模块
暂停键功能是暂时使XY工作台停止移动，因此只需停止步进脉冲信号即可。
3、中断模块
（1）报警、急停处理中断模块
本模块的主要功能是当XY工作台移动越出边界时进行应急处理，停止一切正常工作，由复位重新使系统处于正常工作状态。报警用红灯亮指示。 （2）键盘、显示定时扫描管理模块
根据键盘的接口电路，可以用编程扫描方式和定时扫描方式。这里选择后一种，用定时中断模块同时完成键盘和显示的扫描。对于键盘扫描，应该解决去抖动问题，一般调用延时10ms左右来实现，而对于显示扫描，为保证多位同时显示而无闪烁，应使扫描频率高于50Hz。设定定时时间为3ms，即哪隔3ms中断 次，修改一次显示位，每位显示的点亮时间是3ms，扫描一遍共需5×3=15ms，扫描频率约64Hz，高于50Hz。
键盘采用每隔3×3=9ms扫描一次，其目的是消除键盘抖动。设置一标志位，其地址为内存RAM30H单元，用于计数中断次数，当其等于3时，正好隔9ms，马上查询键盘。另外还应设一标志位，用以标志连续两次查询到按键值是否一样，其地址为31H，定义如下：（31H）=1，表明上次查询有键按下；（31H）=0，则为无键按下。只要当上次有键按下，且隔9ms后再次查询有同一键按下时，才能确认有键按下，否则均视为误动作，不予理睬。
4、实时修改显示缓冲区数据模块
本模块采用中断方式，其作用是通过对8155定时/计数的输出信号，也即对步进脉冲进行计数，来修改显示缓冲区中工作台当前工作位置。根据步进电机的实际脉冲当量，一个步进脉冲，相当于工作台位移增量为0.01mm，可以设定中断计数常数为10，每中断一次，工作台运动0.1mm，这里用内部RAM单元为中断次数计数器。
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设计小结
机电一体化系统设计课程设计是机电一体化系统课程的最后一个教学环节，同时也是一次对学生进行全面的机电一体化设计训练。通过本次课程设计，让我学会了怎样去综合运用机电一体化系统设计和其他有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决机电一体化系统设计问题，进一步巩固和深化了所学的知识；同时，通过学习机电一体化系统设计的一般方法，了解和掌握了常用的机电一体化系统中的机械设计及接口电路的设计方法，培养了正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和零部件设计的能力；通过计算和绘图，学会了运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养了机电一体化系统设计的基本技能。
在这次机电一体化课程设计的过程中，我对设计过程不仅有了深刻的理解和认识，而且还有了一定的心得和体会： 1）学会独立思考，勇于继承与创新
任何设计都不可能是独出心裁、凭空想象出来的，不依靠任何资料所能实现的。所以，在设计时，必须要认真阅读参考资料，在一定程度上继承或借鉴前人的设计经验和成果，但不能盲目地全盘抄袭，应根据具体地设计条件和要求，独立思考，进行改进和创新，只有这样，才能做出高质量地设计。 2）设计时要全面考虑系统的强度、刚度、工艺性、经济性和维护等要求
任何产品机构和尺寸的要求，除了考虑它的强度和刚度外，还应综合考虑零件本身及整个部件的工艺性要求、经济性要求、使用要求等才能确定。 3）使用标准和规范
设计时应尽量使用标准和规范，这有利于零件的互换性，同时也可减少设计工作量，节省设计时间，对于国家标准或部门规范，一般都要严格遵守和执行。设计中采用标准或规范的多少，是评价设计质量的一项标准。因此，在课程设计中，有标准或规范的，应尽量采用。
总之，通过这次课程设计，让我进一步巩固和深化了所学的知识，让我学会和掌握了机电一体化课程设计的方法。不仅如此，这次课程设计还让我学到了很多课本上学不到的知识，尤其是还学会了Protel软件的运用，使自己的计算机应用能力有了一定的加强和提高。感触颇深，收获颇丰！
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参考资料
1、机床设计参考图册（车床部分）。上海纺织工业学院机械制造专业教研室。 2、机电一体化系统设计。张建民等编著。高等教育出版社，2001年8月。 3、机电一体化技术手册（上、下册）。机电一体化技术手册编委会编，机械工业出版社。
4、单片机原理及其接口技术。胡汉才编著，清华大学出版社。 5、机械设计（第七版）。濮良贵、纪名刚主编，高等教育出版社。 6、机械设计课程设计（第二版）。唐增宝等主编，华中科技大学出版社。 7、互换性及测量技术。郑凤琴主编，东南大学出版社。
8、金属切削机床简明手册。范云涨，陈兆年主编，机械工程出版社 9、微型计算机原理及应用。许立梓等编，机械工程出版社 10、MCS-51系列单片机系统及其应用 蔡美琴等 高等教育出版社
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