片2764芯片，1片6264芯片和一片8155、2片8255可编程并行I/O口
控制系统的功能
① Z向和X向进给伺服运动 ② 键盘显示
③ 自动转刀架控制 ④ 螺纹加工控制 ⑤ 面板管理 ⑥ 形成控制
⑦ 其他功能：报警电路、急停电路、等 螺纹加工的控制
当加工螺纹时，由与主轴相连的光电脉冲发生器发出螺纹信号和零位螺纹信号，分别送入8031的T0和8155的PB6通过设置不同的时间常数来加工不同螺距的螺纹，零位螺纹信号是防止螺纹乱扣。 3.1.1单片机扩展系统
由于8031没有程序存储器和数字存储器，为了满足要求，所以本系统由一片8031芯片、一片74LS373锁存器、两片2764程序存储器、一片6264数据存储器、一片8155芯片和两片可编程控制器8255芯片组成。由于8031芯片没有对外专用的地址总线和数据总线,那么在进行对外扩展存储器或I/O接口时,首先需要扩展对外总线。通过8031引脚ALE可实现对外总线扩展。在ALE为有效高电平期间, P0 口上输出A7～A0,因而只需在CPU片外扩展一片地址锁存器,用ALE的有效高电平边沿作锁存信号,即可将P0口上的地址信息锁存,直到ALE再次有效。在ALE无效期间P0口传送数据,即作数据总线口。这样就可将P0口的地址线和数据线分开。现选择74LS373 作单片机地址锁存器芯片。74LS373是一个8位的D型锁存器,具有三态总线驱动输出功能,当三态门的使能信号线.E为低电平时,三态门处于导通状态,允许Q端输出;当.E端为高电平时,输出三态门断开,输出端对外电路呈高阻状态。因此,应使三态门的使能信号端.E为低电平,这时,当G输入端为高电平时,锁存器输出(Q1～Q8)状态和输入端(1D～8D)状态相同;当G端从高电平返回低电平时,输入端(D1～D8)的数据锁入Q1～Q8中。74LS373的锁存控制端G与单片机的锁存控制信号端ALE相连,在ALE下降沿进行地址锁存。使能信号端OE接地。
3.1.1．1 外部程序存储器的扩展
外部程序存储器扩展时用作程序存储器的器件是EPROM (紫外线擦除电可编程只读存储器) 和EEP2ROM (电擦除可编程只读存储器) ,常用EPROM。在这里使用EPROM芯片,掉电后信息不会丢失。EPROM芯片有2716 ( 2K ×8 位) 、2732 ( 4K ×8 位) 、2764 (8K ×8位) 、27128 (16K ×8 位) 、27256 ( 31K ×8位) 、27512 (64K ×8位)等,为了减少芯片组合数量,简化扩展电路结构,扩展16KB的EPROM只需选用一片27128,但是,选用27128的扩
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展电路需要用到8031的P215引脚,这样的话, 8031的引脚就不够与3 - 8译码器相连,因此,扩展两片2764芯片。 8031扩展2764的连接图2764EPROM为28 脚双列直插式封装, A0 ～A12为13根地址线,可寻址8KB; D0～D7为数据输出线;CE为片选线; OE为数据输出选通线; PGM是编程脉冲输入端;Vss是编程源;Vcc是主电源。下图031扩展2764的连接图,以扩展一片为例。
从图中看出,接口时主要将2764的地址线、数据线和控制线与8031的三总线对应相连。2764的容量为8KB,有A0～A12共13条地址线,其中A0～A7接地址锁存器的输出,A8～A12接8031的P2.0～P2.4;2764的8条数据线D0～D7直接连接到8031的P0.0～P0.7; 2764的输出允许OE接8031的读选通控制线PSEN。如果是扩展单片EPROM,其片选CE可接地,这里要扩展两片2764,所以选用译码法进行扩展电路,即将片选端接到译码器的译码输出端。这里选用 74LS138译码器,它具有A、B、C三个译码输入端,可组合成8种输入状态; Y7～Y0为八个译码输出端,每个输入端分别对应8种输入状态中的一种。它还有三个译码输出允许控制端E3、E2、E1,当且仅当译码输出允许端E1、E2为低电平, E3为高电平时,译码输出端Y7～Y0中有且仅有一个输出低电平,至于哪个译码输出端输出低电平,则由译码输入端ABC编码对应的二进制决定。这里将片选端接译码器的Y0和Y1; A、B、C三个输入端分别接到8031的P217、P216、P215。输出端接到存储器的片选端。E2、E1端接地, E3端通过一个为13根地址线,可寻址8KB; D0～D7为数据输出线;CE为片选线; OE为数据输出选通线; PGM是编程脉冲输入
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端;Vss是编程电源;Vcc是主电源。图1为8031扩展2764的连接图,以扩展一片为例。从图中看出,接口时主要将2764的地址线、数据线和控制线与8031的三总线对应相连。2764的容量为8KB,有A0～A12共13条地址线,其中A0～A7接地址锁存器的输出,A8～A12接8031的P2.0～P2.4;2764的8条数据线D0～D7直接连接到8031的P0.0～P0.7; 2764的输出允许OE接8031的读选通控制线PSEN。如果是扩展单片EPROM,其片选CE可接地,这里要扩展两片2764,所以选用译码法进行扩展电路,即将片选端接到译码器的译码输出端。这里选用74LS138译码器,它具有A、B、C三个译码输入端,可组合成8种输入状态; Y7～Y0为八个译码输出端,每个输入端分别对应8种输入状态中的一种。它还有三个译码输出允许控制端E3、E2、E1,当且仅当译码输出允许端E1、E2为低电平, E3为高电平时,译码输出端Y7～Y0中有且仅有一个输出低电平,至于哪个译码输出端输出低电平,则由译码输入端ABC编码对应的二进制决定。这里将片选端接译码器的Y0和Y1; A、B、C三个输入端分别接到8031的P2.7、P2.6、P2.5。输出端接到存储器的片选端。E2、E1端接地, E3端通过一个2KΩ的电阻接到+ 5V的电源上。这样,就能保证E2、E1端为低电平, E3端为高电平。又由于8031运行所需的程序指令来自2764,要把其EA端接地,否则, 8031将不会运行。
3.1.1．2 外部数据存储器的扩展
8031单片机内部有128字节RAM存储器。CPU对内部的RAM具有丰富的操作指令,这128字节是远
远不够用的,所以要扩展外部数据存储器。又由于单片机面向控制,实际容量需求不大,所以可以用静态随机存储器SRAM 来扩展。与动态随机存储器相比,SRAM无需考虑保持数据而设置的刷新电路,扩展电路较简单。常用的SRAM 芯片有6116 ( 2KB 3 8 ) 和6264 (8KB3 8)为减少芯片数量,选用6264作为数据存储器扩展芯片。数据存储器空间地址同程序存储器一样,由P2口提供高8位地址, P0口分时提供低8位地址和8位双向数据线。数据存储器的读和写由RD和WR信号控制,而程序存储器由读选通信号PSEN控制,两者虽共处同一地址空间,但由于控制信号不同,故不会发生主线冲突。8031与数据存储器6264的连接图如下图所示。
8031芯片的P0.0~P0.7，P2.0~P2.7作为输出端，与6264的接受端A0~A11相连。
在6264的各引脚中, A0～A12为片内13位地址线; IO0～ IO7为双向数据线; CE为片选信号线; OE为读允许信号线;WE为写信号线。8031的P0口送出的低8 位地址经片外地址锁存器74LS373 锁存后, 接6264芯片的低8位地址端A0～A7,同时6264的数据端D0～D7接到P0口的对应引脚上, 6264的高5位地址A8～A12分别连接到P2口的P2.0～P2.4,形成13位地址总线; 6264 的读/写控制端OE和WE分别接到8031 RD的和WR,以便系统能够对6264 进行正常的读/写操作6264的片选端CE可直接接地,但在这里要把片选端接到译码器的输出端Y2上。
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3.1.1．3 外部I/O口的扩展
因为8031单片机本身提供的输入、输出口线只有P1口和部分P3口线,所以,要对其系统进行I/O口扩展。扩展I/O口所用芯片主要有通用可编程I/O口芯片及TTL或CMOS锁存器、缓冲器电路两大类。I/O口扩展方式主要有并行总线扩展法和串行口扩展法。这里选用可编程I/O口芯片,可编程接口是指其功能可由计算机的指令来改变的接口芯片。可编程接口通过编制程序,可使一个接口芯片执行多种不同的接口功能,使用十分灵活。用它来连接计算机和外设时,不需要或只需要很少的外加硬件。在8031单片机中常用的两种接口芯片: 8255和89155可编程通用并行接口。8255具有3个8位的并行I/O口,具有三种工作方式,可通过编程改变其功能,使用方便,通用性强。8155芯片内包含有256字节RAM, 2个8位和1个6位的可编程并行I/O口, 1个14位定时器/计数器。8155可直接与8031单片机连接,不需要增加任何硬件逻辑。由于8031单片机外接一片8155 后,就综合地扩展了数据RAM、I/O端口和定时器/计数器,因而是8031单片机系统中最常用的外围接口芯片之一,通过比较选择8155扩展外部I/O口。
在8155的控制逻辑部件中,设置有一个控制命令寄存器和一个状态标志寄存器。8155 的工作方式由CPU写入控制命令寄存器中的控制字来确定。控制命令寄存器只能写入不能读出, 8 位控制命令寄存器的低4位用来设置A口、B口和C口的工作方式。8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或选通方式, C口可作为输入输出口线,也可作为A口、B口选通方式工作时的状态控制信号线。8031
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与8155可直接相连,其接口方法如下图所示。
AD0～AD7是低8 位地址和数据共用输入口,当ALE = 1时,输入的是地址信息,否则是数据信息。所以8031的P0口与AD0～AD7 相连。片选信号CE与图4 8155扩展IO口的键盘电路
74LS138译码器的Y3相连,当CE = 0时,选中该片, CE= 1时该片未选中。8031的P210与8155的IO / M相连。当IO / . M = 0 时,选中8155 片内RAM,AD0～AD7 为RAM 地址; 若IO / . M = 1 时,选中8155片内3个I/O端口(A、B、C) ,AD0～AD7为I/O口地址。8031的RD和WR分别与8155的RD和WR相连。 3.1.1．4键盘接口电路
键盘在单片机应用系统中是一个很关键的部件,它能实现计算机输入数据、传送命令等功能, 是人工干预计算机的主要手段。 键输入原理：
当按下所设置的功能键或数字键时,计算机应用系统应完成该按键所设定的功能。键信息的输入与软件结构密切相关。对于一组键或一个键盘,需要通过接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无键输入并检查是哪一个键被按下,将该键号送入累加器ACC,然后通过散转指令转入执行该键的功能程序,执行完又返回到原始状态。
矩阵式键盘接口电路设计
矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合,它由行线和列线组成。本设计扩展了32个键,由一个8位口和一个四位口组成4 ×8的行
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