J=?RLD/32 （4.9）
最后计算可得：
J1=0.1×10-3Kg. m2 J2=1.32×10-3Kg. m2 J3=2.98×10-4Kg. m2 J4=1.14×10-5Kg. m2 Vm=12 m/s ωD=2πrad/s
故惯性负载根据式（5.7）得：
JD=J0+J1+(Zl/Z2)（J2＋J3）+ J4 (Vm/ωD)2×mn =17.3 Kg. cm2
此值为近似值故此值小于所选电机的转动惯量。
第五章 控统制系设计
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。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，居然要控制，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：
图5-1 控制系统框图
单片机 存储器扩展 I/O 口 扩展 驱动器 光电隔离 功 率 放 大 X轴电机 Y轴电机 Z轴电机 驱动器 键 盘 显示器 纵向丝杠 横向丝杠 Z向丝杠
5.2 主要硬件配置 5.2.1主要芯片选择
由于89C51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89C51作为主芯片。 5.2.2 主要管脚功能
89C51是40脚双列直插式芯片。主要管脚功能:
控制线EA——片外存储器选择端，虽然89C51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EA接地，从外部程序存储器读取指令。
PSEN——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。 89C51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；
P0—P3口均为八位双向口。P0口可驱动8个TTL门电路，Pl—P3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。 89C51三总线结构：
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A8—A15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EA、PSEN、ALE、RESET组成。 5.2.3 EPROM的选用
为简化电路，此处选用2764EPROM (8K*8位)。
本设计采用二片2764EPROM，分别存放监控程序,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:
A0—A12 13位地址线
D0—D7 数据输出线 OE 数据输出允许信号
PGM 编程控制信号，用于引入编程脉冲 CE 片选信号 2764主要工作方式:
读方式——OE及CE为低电平，Vpp＝＋5V时处于读出方式
写方式——OE为低电平, PGM亦为低电平，VPP＝＋21V, CE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。
编程禁止方式一此为向多片2764写入不同程序而设置的，当VPP=+21V时，CE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(8K*8位)一片。 6264主要引脚功能： A0—A12 13位地址线 IO1—IO7 数据输入输出线 OE 数据输出允许信号 WE 写选通信号 CE 片选信号 6264主要工作方式:
读方式——OE及CE为低电平，WE为高电平时，6264将数据输出到指定地址。 写方式——CE为低电平，WE亦为低电平时,允许数据输入。 封锁方式——CE为高电平时，该芯片没被选通，不工作。 5.2.5 89C51存储器及I/O的扩展
可编程接口芯片是指其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A0—A7脚与地址锁存器八位地址输出对应联接，将A8－A13脚与89C51的P2口P2.0-P2.4相联接，其余地址线经P2.5—P2.7经译码产生片选信号。数据线联接将存储器数据输出端D0－Dl与89C51P0口联接。控制线89C51
PSEN与2764CE相联，89C51从外部EPROM取指令。WR、 RD分别与6264WE、OE相
联，89C51对外部RAM进行读/写。
(2)8155许多信号与89C51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89C51P0口直接相联。地址锁存信号ALE与89C51ALE相联。片选信号CE经译码后产生，以高位地址P2.0直接作为IO/M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8-2。
图5-2 8155
引脚及内部结构
5.2.6 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8-3。
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ALT1～ALT4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
ASTB，PC3～PC5为输出。
ALT4：A口、B口为选通输入/输出。PC0为AINTR，PC1为ABF，PC2为ASTB，PC3为BINTR，PC4为BBF，PC5为BSTB。
定义端口A 0：输入 00：空操作 01：停止计数 10：时间到则停止计数 11：置入工作方式和计数长度后立即启动计数，若正在计数，溢出后按新的方式和长度计数 0：禁止B口中断 1：允许B口中断 定义端口C 00：ALT1、A口、B口基本输入输出，C口输入 01：ALT1、A口、B口基本输入输出，C口输出 10：ALT3，A口选通输入输出，B口基本输入输出 PC0：AINTR PC1：ABF PC2：ASTB PC3～PC5：输入输出 PC0：AINTR PC1：ABF PC2：ASTB PC3：BINTR PC4：BBF 定义端口B 0：输入 1：输出 0：禁止A口中断 1：允许A口中断 1：输出
PC5：BSTB
图5-3 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5-4：
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，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。