南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 3.6 步进电机控制信号输出电路设计 通常，用做锁存器的芯片有74LS273、74LS377、74LS373、8282等。 在此次设计中，X轴、Z轴步进电机正、反转脉冲信号要经锁存器输出，此锁存器采用74LS273芯片。 74LS273的引脚图如图3.27所示。 74LS273的工作方式见表3.8。 74LS273与8031单片机的连接如图3.28所示 U10+5401234567812132039383736353433322122232425262728GND8D0D1D2D3D4D5D6D7A131A142A153456U17ABCG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7GNDVcc74LS138GNDC11104μ+51514131211109716U20A132图3.27 74LS273引脚图 R13R11VccP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7INT0,P3.2INT1,P3.3VssP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7256912151619A0A1A2A3A4A5A6A710GNDQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q71415T0,P3.4T1,P3.5A13A14A15GNDU1974LS373C12104μ311518191716/EARESETXTAL2XTAL1/RD/WR10113029347813141718RXD,P3.0TXD,P3.1/ALE/PESN11120LE/OEVccD0D1D2D3D4D5D6D7+5GNDD7D6D5D4D3D2D1D0U11F0R2010K+5111R12F1U12R2110KJP2123498765432U774LS273CLRCLKU13F3U14F4R2210KR2310K 1+510KR1410KGND图3.28 74LS273与8031单片机的连接
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19181716F135F124F13F1022Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1D8D7D6D5D4D3D2D1D7D6D5D4D3D2D1D0+5南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）
表3.8 74LS273功能表
CLR 0 1 1 1 CLK × ↑ ↑ 0 D × 1 0 × Q 0 1 0 Q0 图中，锁存器74LS273的D1—D8的端分别与8031单片机的P0口的P0.0—P0.7相连，74LS273 的Q1—Q4输出步进电机的X轴、Z轴的脉冲信号，74LS273的CLK端由译码器的输出端Y2和8031单片机的WR信号共同决定，当8031单片机向74LS273输出数据时，先把要输出的数据放在累加器A中，然后执行一次以4000H为目的地址的传送操作，这时P2.7=0，P2.6=1, P2.5=0,在WR脉冲的作用下，CLK端得到一正脉冲，使得经P0口输出的数据被锁存在74LS273输出端。当然输出需要接光耦电路，光耦电路的接法和前面扩展输入输出口所接的光耦电路相同，原理也相同。
3.7 译码电路设计
3.7.1 扩展芯片选择译码电路设计
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。常用的译码器有74LS138（3/8译码器）、74LS139（双2/4译码器）、74LS154（4/16译码器）等。此次设计采用的是74LS138译码器。引脚图如图3.29所示。由于此次数控螺纹车床控制系统容量较大，扩展的外围芯片较多，如8155芯片、8255A芯片、6264芯
123645ABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097图3.29 74LS138引脚图
片、四片74LS273芯片，以及六列LED显示器，所以需要两片74LS138译码器。一片用于选择六列LED显示器部分，另一片用于选择上述的剩下的所有芯片。由于芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，就需要用全地址译码的方法。所谓全地址译码就是将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。，利用这种地址编码的方法，除了片内地址线以外，剩余的高位地址线全部参加译码。用于选择8155芯片、8255A
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芯片、6264芯片以及4片74LS273芯片的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，即8031单片机的P2.5、P2.6、P2.7分别接74LS138译玛器的输入端A、B、C，正常工作时候，赋能端G1要接高电平，G2要接低电平，74LS138与各芯片的连接图如图3.30所示。
根据译码电路接线，确定各外扩芯片的地址空间或入口地址见表3.9。
表3.9 芯片地址表
芯片 6264 8155 8255 273（U5） 273（U6） 273（U4） 273（U7） 1地址线 地址 A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6A5A4 A3A2A1A0 1 1 0 × ×××× ×××× ×××× C000H—DFFFH A口 E101H 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ×× 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ×× 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 23U423456789D1D2D3D4D5D6D7D8Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q81213141516171819U8A13111CLKCLR2U5U6Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q81213141516171819U9A13111CLKCLR32111CLKCLR23456789D1D2D3D4D5D6D7D8Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8121314151617181923456789B口 E102H C口 E103H A口 8000H B口 8001H C口 8002H 0000H 2000H A000H 4000H 45 A U1A12D1D2D3D4D5D6D7D8B U1040123456781213VccP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7INT0,P3.2INT1,P3.3VssP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7203938373635343332212223242526A1327A1428A15A131A142A153456U17ABCG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7GNDVcc1514131211109716U20A1321213141516171819U73AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC521222324252627282930313233343536373839125 1098765432524212322028U3981415CT0,P3.4T1,P3.5CS2/OE/WEGND8910711D0D1D2D3D4D5D6D7CERDWRIOALEA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12/CS1Vcc6TMR OUT111213151617181931151819/EARESETXTAL2XTAL1/RD/WR10113029262227143TMR IN表3.9 芯片地址表 4RESET D1716RXD,P3.0TXD,P3.1/ALE/PESN111635893652728293031323334/CSRESETA1A0/WR/RDCLRCLKU7373839401234U68D8D7D6D5D4D3D2D198765432D7D6D5D4D3D2D1D0Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1PC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0 191817161514131210111213171615142524232221201918PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0Title 1图3.30 74LS138与外围各芯片连接电路原理图 2345SizeBDate:File:Number2008-1-21Sheet1.SchDocShD36
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输入输出关系功能表见表3.10。
表3.10 74LS138译码器功能表 输 入 赋能 G1 G2 × H L × H L H L H L H L H L H L H L H L 选择 C B A × × × × × × L L L L L H L H L L H H H L L H L H H H L H H H Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 H H H H H H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L H H H H H H H H L 输 出 3.7.2 显示位选择译码电路
另一片译码74LS138，它的六个引脚输出端分别接六列的显示器的阴极，用于控制显示器是否选通显示，它的选择输入端A、B、C分别接89C2051的P3.3、P3.4、P3.5，赋能端G1接高电平，G2接低电平。与六列LED显示器的连接
174LS138译码器的输出端不能直接与LED的共阴极相连，还要接一个同向门，2345用来提高它的驱动能力。显示位选择译码电路原理图如图3.31所示。 Y01Y12Y23Y34Y45Y56Y67Y78DS2Dpy Amber-CCX01X12X23X34X45X56X67X78aNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS5Dpy Amber-CC10X01X12X23X34X45X56X67X78aNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS8Dpy Amber-CC10X01X12X23X34X45X56X67X78aNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS11Dpy Amber-CC10X01X12X23X34X45X56X67X78aNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS14Dpy Amber-CC10X01X12X23X34X45X56X67X78aNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS17Dpy Amber-CC10X01X12X23X34X45X56X67X78aNCbacbdgeecdgdpdpGND910DS3Dpy Amber-CCaNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS6Dpy Amber-CC10Y01Y12Y23Y34Y45Y56Y67Y78aNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS9Dpy Amber-CC10Y01Y12Y23Y34Y45Y56Y67Y78aNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS12Dpy Amber-CC10Y01Y12Y23Y34Y45Y56Y67Y78aNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS15Dpy Amber-CC10Y01Y12Y23Y34Y45Y56Y67Y78aNCbacbdgeecdgdpdpGND9DS18Dpy Amber-CC10Y01Y12Y23Y34Y45Y56Y67Y78aNCbacbdgeecdgdpdpGND910 DS4Dpy Amber-CCaNCbacdgbeecdgdpdpGND9DS7Dpy Amber-CC10Z01Z12Z23Z34Z45Z56Z67Z78aNCbacdgbeecdgdpdpGND9DS10Dpy Amber-CC10Z01Z12Z23Z34Z45Z56Z67Z78aNCbacdgbeecdgdpdpGND9DS13Dpy Amber-CC10Z01Z12Z23Z34Z45Z56Z67Z78aNCbacdgbeecdgdpdpGND9DS16Dpy Amber-CC10Z01Z12Z23Z34Z45Z56Z67Z78aNCbacdgbeecdgdpdpGND9DS19Dpy Amber-CC10Z01Z12Z23Z34Z45Z56Z67Z78aNCbacdgbeecdgdpdpGND9Z01Z12Z23Z34Z45Z56Z67Z7810U1620123456A7B8C9VccGNDRSTP1.7P3.0P1.6P3.1P1.5XTAL2P1.4XTAL1P1.3P3.2P1.2P3.3P1.1P3.4P1.0P3.5P3.789C205110191817161514131211A1B2C3456GND+58U18ABCG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7GNDVcc74LS13815141312111097161U292U301U311112U34212U332U322 图3.31 74LS138与LED连接电路原理图 37 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）
第四章 控制系统原理图及PCB图的绘制
使用电脑设计电路原理图和电路板图是把电子技术从理论应用到实际的第一步，之前的设计环节只停留在理论设计方面，所以此环节是整个设计的重中之重，此环节成功了，整个设计才能说是成功了。
4.1 控制系统电路原理图的绘制方法及步骤
数控螺纹车床控制系统电路原理图草图画好之后，就可以通过Protel绘制原理图了。目前比较流行的计算机绘制电路图软件有Protel，Orcad，PADPower等。其中Protel是国内使用和最为流行的计算机绘制电路图的软件。1998年美国的A CCELTechnologiesDos公司推出了TANGO电路设计软件包，几年之后又由Protel TechnologiesDos公司推出ProtelforDos软件包作为升级版本，随着windows操作系统的开发，Protel始终是PC平台上最流行的EDA工具软件之一,2001年Protel公司推出Protel DXP，功能得到了进一步的增强，新功能如下：
1）全新的设计方法； 2）全新的设计界面；
3）在原理图中添加PCB设计规则； 4）多通道设计； 5）组装变量控制； 6）集成元件库； 7）增强的自动布线器； 8）增强的PCB布板功能。
总之，Protel DXP集强大的设计能力，复杂的工艺的可生产性和设计过程管理于一体，可以完整的实现电子产品从电学概念设计到生成物理生产数据的全过程，以及中间所有的分析和验证。
绘制原理图时，首先应该启动Protel DXP，进入原理图的设计环境，点击Files/New/Schematic选项，新建一个名为sheet.schDoc的原理图文件。可以通过Files/Save as重新命名原理图。在编辑原理图之前，要根据原理图的复杂程度等因素选择合适的图纸类型，尺寸等点击Design菜单下的Option命令，弹出对话框内选择sheet Option标签，其实Standard Style用来设置图纸的大小，考虑到数控螺纹车床控制系统设计元器件较多，测选用A2图纸进行绘制。
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