本科畢業設計（論文） 題目： 母導線參數檢測機控制系統設計（下位機） 專 業： 自動化（數控技術應用） 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起迄日期： 設計地點： _ 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） I 摘 要 本文根據自動檢測母導線導電片電阻和導電片之間絕緣強度的要求，提出了母導線參數檢測機（下位機）控制系統的設計方案，并詳細介紹了控制系統硬件電路的設計過程。該硬件電路選擇 MCS-51 系列的單片機8031 作為 CPU。擴展了 32K 的程序存儲器和 4K 的數據存儲器，用于存放系統的監控程序和相關數據；設計了 6 位 LED 靜態顯示電路；選擇 8255芯片擴展了若干個 I/O 口，用來控制 位置檢測、壓力繼電器等信號的輸入和異步電機起停、測量頭切換等信號的輸出；同時，還選擇接口芯片 8155 擴展了編輯鍵盤和母導線種類選擇開關；另外，還選擇了鎖存器 74LS273，用來鎖存輸出控制四個步進電機的正反轉脈沖信號。 該控制系統硬件電路經進一步完善，結合控制軟件 ，能夠自動控制檢測頭的移動及檢測，而整個控制系統還能自動控制 母導線的傳送、定位、貼標、升降以及包裝。整個控制系統的自動化程度高，避免了手動檢測效率低、安全性差等缺點，在母導線技術參數自動檢測方面有一定的參考應用價值。 關鍵詞： 母導線 ；參數檢測機；控制系統；硬件電路南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） II ABSTRACT According to the requirements of resistance and insulation strength between conducting plates, this paper advances a design scheme for the control system of bus bar parameter tester (slave computer), and introduces the design process for the hardware circuit of control system in detail. This hardware circuit selects an 8031, MCS-51 series micro controller, as the CPU. a 32K program memory and a 4K data memory were used to storage the monitor program and relative data, and a 6 bit LED static display circuit is also designed. I/O ports are realized with 8255 to input or output position detection signal, pressure relay signal, start-up/stop signal for the asynchronous motor, switch signal for the detector, etc. At the same time, the parallel interface, 8155, is used to achieve the edit keyboard function and the type selection of bus bar. Further more, the D latch, 74LS273, is used to lock the pulse signal of the movement of the 4 step motors. Hardware improved, combined with adequate software, the movement and detection of detector can be operated automatically under the control of the system developed. Moreover, the whole control system can automatically control the transmission, orientation, pasting mark, and package of the bus bar. Thus, the automation degree of the whole control system is high, and the disadvantages of low efficiency and low security are avoided. There is some application value in automatically detecting the bus duct parameter. Key words： Bus bar; parameter tester; control system; hardware 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） III 目 錄 第一章 緒論 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 母導線簡介 . 1 1.3 選題背景與意義 . 2 1.4 本文的結構 . 2 第二章 母導線參數檢測機簡介 . 3 2.1 母導線參數檢測機的檢測內容 . 3 2.2 母導線參數檢測機控制系統的組成及工作流程 . 4 2.2.1 母導線參數檢測系統的組成 . 4 2.2.2 母導線參數檢測系統的工作流程 . 4 第三章 母 導線參數檢測機（下位機）硬件電路設計 . 8 3.1 母導線參數檢測機（下位機）硬件系統組成方案的擬定 . 8 3.2 CPU 存儲器擴展電路的設計 . 9 3.2.1 CPU 的選擇 . 9 3.2.2 ROM 的選擇 . 10 3.2.3 RAM 的選擇 . 11 3.2.4 鎖存器的選擇 . 12 3.2.5 CPU 存儲器擴展電路 . 13 3.3 顯示 電路的設計 . 15 3.3.1 鎖存器 的選擇 . 15 3.3.2 十六段“米”字形 LED . 15 3.3.3 七段 LED . 16 3.3.4 顯示電路 . 17 3.4 I/O 接口電路 的設計 . 19 3.4.1 I/O 接口芯片的選擇 . 19 3.4.2 I/O 接口電路 . 20 3.5 鍵盤及選擇開關電路的設計 . 22 3.5.1 鍵盤及選擇開關接口芯片的選擇 . 22 3.5.2 鍵盤及選擇開關電路 . 24 3.6 步進電機控制信號輸出電路的設計 . 25 3.7 譯碼電路的設計 . 26 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） IV 3.7.1 譯碼器的選擇 . 26 3.7.2 譯碼電路的組成 . 27 3.7.3 地址分配 . 28 3.8 母導線參數檢測機（下位機）硬件電路 . 30 第四章 母導線參數檢測機（下位機）控制程序流程圖設計 . 31 4.1 主程序流程 圖的設計 . 31 4.2 鍵盤掃描程序流程圖的設計 . 32 4.2.1 手動鍵盤掃描程序流程圖的設計 . 32 4.2.2 編輯鍵盤掃描程序流程圖的設計 . 36 第五章 硬件 電路原理圖及 PCB 圖的繪制 . 41 5.1 Protel 99SE 的基礎知識 . 41 5.1.1 Protel 99SE 的基本操作 . 41 5.1.2 電路原理圖的設計步驟 . 41 5.1.3 PCB 圖的設計步驟 . 42 5.2 電路原理圖的繪制 . 43 5.2.1 繪 制過程中的問題與解決 . 43 5.2.2 元器件的封裝 . 44 5.3 PCB 圖的繪制 . 45 第六章 結論 . 47 致謝 . 49 參考文獻 . 50 附錄 A： 英文資料 . 51 附錄 B： 英文資料翻譯 . 58 附錄 C： 硬件設計原理圖與 PCB 圖 . 63 附件： 畢業論文光盤資料 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 1 第一章 緒 論 1.1 引言 隨著中國科技的不斷發展，各行各業對電力資源的要求越來越高，而這無疑對電力傳輸提出了更高的要求。目前，在遠距離電力傳輸方面，電纜的生產和應用已相當成熟，完全滿足傳輸需求；而在近距離傳輸方面，電纜無法達到理想的傳輸效果，母導線的出現恰巧能彌補這一漏洞。 有關資料顯示， 2005 年中國市場的母 導線 產品總需求量已近 100 億元，從2000 2005 年，每年的市場增長率約為 20%。 據專家預測：隨著 中國經濟的可持續蓬勃發展，國內母 導線 市場預計在今后數年內將保持 20%的持續增長。如此數量的市場需求，使母 導線 產品得以迅速發展并在電力系統中廣泛應用。 隨著 母導線產品 的 廣泛應用 ，母導線技術參數的檢測問題也就隨之產生。 母導線的主要技術參數是導線電阻和絕緣強度，對這兩個參數的檢測在國內還是由人工完成的，其自動檢測技術在國內還是個空白。檢測人員手動控制檢測頭去檢測母導線的導線電阻和絕緣強度，手動定位很容易帶來由于定位不準 而產生的操作誤差，這與我們對母導線技術參數準確性的要求是相沖突的。另外，在檢測母導線的絕緣強度時，需要對母導線通以高壓，這無疑會威脅到檢測人員的人身安全。隨著社會的不斷發展，人工檢測技術遠遠不能滿足社會對生產率的要求，開發母導線參數檢測機，可以完成對母導線主要技術參數的自動檢測，這可以有效地提高檢測的自動化程度，提高檢測精度，保證檢測人員的安全。 1.2 母導線簡介 1. 母導線的基本結構及特點 母導線是 低壓供電系統中負責傳輸 及 分配電能的設備， 是替代傳統電纜和電纜橋架輸配電系統的新型產品，而在大電流輸送方面更 是處于主導地位 。它 具有載流能力 強 、防護等級高、分配電能方便、傳輸 安全可靠等優點 。 圖 1.1 母導線 母導線的結構如圖 1.1 所示， 在母 導線 系統中一般由以下幾個單元組成：饋電式母線（不帶插口）或插接式母線（帶插口）直線段單元；與變壓器，配電柜等設備接口的進（出）線單元；換向單元有 L 形單元， T 型單元， Z 型單元；膨脹單元有膨脹節母線單元 ； 插接單元有插接箱單元。所有單元通常均由母 導線 制南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 2 造商進行標準設計，也可以根據工程需要進行現場測量后采取非標設計，以滿足用戶 及安裝需要。 2. 母導線的種類 按其結構及用途分為密集絕緣、空氣絕緣、空氣附加絕緣、耐火、樹脂絕緣和滑觸式母 導線 ；按其外殼材料分為鋼外殼、鋁合金外殼和鋼鋁混合外殼母 導線 ；按其導體材料分有銅導體和鋁導體母 導線 。 1.3 選題背景與意義 由于母導線導電片的橫截面積大、電阻小，再加上檢測技術的落后。目前國內的母導線生產廠家基本都不對導電片的電阻進行檢測，而只是人工檢測導電片之間的絕緣強度。在檢測時，檢測人員手持絕緣檢測頭對母導線進行檢測，若母導線絕緣強度不夠，絕緣強度檢測儀就會報警，而且，檢測過程中，檢測頭是通以高 壓的，對操作人員的人身安全也是個威脅。在國外，不僅能檢測導線電阻，而且檢測的自動化程度相當高，國內與之存在的差距十分巨大。 事實上，導電片電阻作為母導線的主要技術參數，是有必要檢測出來的。鎮江地區的一些母導線生產企業也看到了這一點。另外，國內的檢測水平也確實比較落后。因此，迫切希望設計一個控制系統對母導線技術參數進行自動檢測， 這樣就可以提高企業的生產效率，減少人員的投入，給企業帶來廣闊的市場前景和顯著的社會效益。 1.4 本文的結構 本文以母導線為應用背景，對母導線參數檢測機（下位機）控制系統的硬件電路進行了設 計。全文共分為六章，各章的主要內容如下： 第一章扼要地介紹了母導線的特點、種類和應用，母導線參數檢測機控制系統的研究背景與意義； 第二章介紹了母導線參數檢測機的檢測內容、組成以及工作流程； 第三章對 母導線參數檢測機（下位機）控制系統硬件電路的組成 進行了研究，給出了硬件電路的組成框圖，并詳細介紹了硬件電路的設計過程； 第四章介紹了母導線參數檢測機（下位機）主程序流程圖和鍵盤掃描程序流程圖的設計； 第五章介紹了 Protel 99SE 的基本知識，以及繪制硬件電路原理圖和 PCB 圖時遇到的困難和解決方法； 第六章總結 了全文的研究工作，給出了存在的問題和進一步研究的方向。 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 3 第二章 母導線參數檢測機簡介 2.1 母導線參數檢測機的檢測內容 母導線參數檢測機的主要檢測內容為： 母導線內各個導電片的電阻； 母導線內導電片之間的絕緣強度。 導電片電阻和導電片之間的絕緣強度是母導線的主要技術參數。導電片電阻是影響母導線導電能力的主要因素。我們都知道，導線電阻的增大，會增加電能在傳輸過程中的電損耗，而母導線也是如此。另外，導電片之間的絕緣強度則是影響母導線安全性能的主要因素。因此，檢測母導線這兩個技術參數是十分重要的，這可以幫助 我們更加準確有效地把不同種類及型號的母導線應用到最適合它們的場合。 導電片電阻和絕緣強度兩個參數的檢測如圖 2.1 所示 ，其中圖 (a)檢測的是導電片電阻，圖 (b)檢測的是導電片之間的絕緣強度。 1、檢測頭 2、氣缸 3、母導線 (a) 檢測導線電阻 (b) 檢測絕緣強度 圖 2.1 母導線參數檢測示意圖 微歐計 絕緣強度檢測儀 (a) (b) 1 2 3 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 4 上位機 貼標機 打印機 測試系 統 功率放大系統 輔助動作 控制電路 運動驅動機構 輔助動作執行機構 （氣壓傳動） 包裝機構 母導線 定位機構 運動機構控制系統（下位機） 檢測臺 母導線 2.2 母導線參數檢測機控制系統的組成及工作流程 2.2.1 母導線參數檢測系統的組成 母導線參數檢測系統主要由上位機、 運動機構控制系統（下位機）、貼標機、打印機、包裝機構、檢測機構、氣壓傳動機構等部分組成，其中母導線參數檢測機的控制系統主要由控制電路和氣壓傳動兩部分組成。圖 2.2 為母導線參數檢測系統的組成簡圖。 圖 2.2 母導線參數檢測系統的組成 2.2.2 母導線參數檢測系統的工作流程 母導線參數檢測機控制系統的下位機部分 控制的信號有：檢測臺上的傳送電機，一個縱向定位氣缸，兩個橫向氣缸和這兩個氣缸上的壓力繼電器；包裝臺上的傳送電機，一個定位氣缸，兩個上升氣缸；兩個檢測頭的氣缸； X、 Y、 U、 V四軸的正反轉； X、 Y、 U、 V 四個坐標 方向的進給， X、 Y、 U、 V 的超程。檢測臺和包裝臺的傳動機構如圖 2.3 所示。 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 5 1.檢測平臺 2.母導線 3.檢測縱向定位氣缸 4.檢測平臺移送電機 5.包裝平臺 6.包裝臺縱向定位氣缸 7、 9.母導線包裝臺升降氣缸 8.包裝臺移送電機 10、 27.縱向到位檢測傳感器 11、 26.左右端橫向定位滑臺 12、 25.右端測量頭驅動氣缸 13、 24.X 軸及 U 軸滑臺 14、 23.X 軸及 U 軸步進電機 15、 22.左右端橫向定位氣缸 16、 21.左右端垂直升降臺 17、 19.Y 軸及 V 軸步進電機 18、 20.左右端移動立柱 圖 2.3 檢測臺和包裝臺的傳動機構示意圖 母導線參數檢測系統工作過程如下：上位機（ PC 機）發送啟動信號給下位機，然后，下位機開始工作。下位機控制檢測臺傳送裝置和氣壓傳動定位機構傳送及定位母導線。之后，下位機通過運動機構控制檢測系統檢測導電片的電阻以及導電片之間的絕緣強度，并把結果傳送給上位機 。上位機接受到檢測完畢的信號后，根據檢測結果判斷母導線是否合格，若合格，則發送信號給打印機，打印機打印出所測母導線的條碼。然后，上位機發送信號給貼標機，并控制貼標機把條碼貼到母導線上。貼標機貼標完畢后發送信號給上位機，上位機接著發送信號給下位機，由下位機控制完成對母導線的包裝。 下面將按照前文敘述的工作過程給出母導線參數檢測機（下位機）控制系統的工作流程圖（圖 2.4）。 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 6 檢測臺母導線傳送電機啟動 檢測臺縱向定位缸升起 檢測臺母導線傳送電機停止 檢測臺左端側向定位缸啟動 檢測臺右端側向定位缸啟動 連接絕緣強度檢測儀 兩檢測頭移動、定位、檢測并將檢測結果發送給上位機 檢測頭檢測完后回檢測起點 連接檢測電阻的微歐計 兩檢測頭移動、定位、檢測并將檢測結果發送給上位機 開始 Y N Y N 母導線縱向到位？ 左、右端側向定位缸到位？ 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 7 圖 2.4 母導線參數檢測機控 制系統（下位機）的工作流程 檢測頭檢測完后回檢測原點 檢測臺左、右端側向定位缸退回 檢測臺縱向定位缸退回 檢測臺母導線傳送電機啟動 包裝臺母導線傳送電機啟動 包裝臺縱向定位缸升起 母導線離開檢測臺后檢測臺電機停轉 母導線到達包裝臺后包裝臺電機停轉 發送信號給上位機，啟動貼標機貼標 貼標結束后，包裝氣缸升起 延時，包裝 定位氣缸退回 包裝氣缸退回 結 束 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 8 第三章 母導線參數檢測機（下位機）硬件電路設計 3.1 母導線參數檢測機（下位機）硬件系統組成方案的擬定 母導線參數檢測機的控制電路主要有以下四部分組成： CPU 存儲器 擴展電路、顯示電路、信號輸入 /輸出電路、鍵盤擴展電路。控制電路的大致設計思路如下： CPU 采用 8031、外擴 ROM 采用 27256（ 32k 8）、外擴 RAM 采用 6264（ 8k 8）、 I/O 口用 8255 擴展、步進電機控制信號用 74LS273 鎖存器擴展、鍵盤和選擇開關用 8155 擴展、顯示電路用 6 位 LED 靜態顯示。具體的電 路設計在下面章節會詳細介紹。 母導線參數檢測機（下位機）硬件系統組成方案如圖 3.1 所示 。 圖 3.1 硬件系統組成框圖 8031 CPU 外擴 ROM （ 27256） 外擴 RAM （ 6264） 6 位 LED 顯示電路 8155 手動控制電路 鍵 盤 母導線的種類選擇開關 輸出信號光 電耦合電路 8255 輸入信號光 電耦合電路 控制 X、 Y、U、 V 軸電機正反轉的光電耦合電路 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 9 3.2 CPU 存儲器 擴展電路的設計 控制系統硬件電路的 CPU 存儲器擴展電路部分： CPU 采用 8031、 外擴 程序存儲器（ ROM） 采用 27256（ 32k 8）、外擴數據存儲器（ RAM） 采用 6264（ 8k 8） 、鎖存器采用 74LS373。本節主要對它們的引腳圖、引腳功能及相關知識做了介紹。同時，給出了 CPU 存儲器擴展電路。 3.2.1 CPU 的 選擇 單片機的種類繁多，常見的 MCS-51 系列單片機有 8031和 8051。雖然 8051有內部 ROM，但存儲空間較小，滿足不了本次畢業設計的要求，另外， 8051 與 8031 相比價格偏高，且 8031目前使用較廣泛，故控制系統硬件電路的 CPU選用 8031。 8031 是 MCS-51 系列單片機的典型產品，采用 40 引腳的雙列直插封裝（ DIP 方式），其引腳圖如圖 3.2 所示。按其引腳功能，這些引腳可分為四類： （ 1）電源引腳 VCC 和 GND（共 2 根） 1） VCC（ 40 腳）：接 +5V 電壓。 2） GND（ 20 腳）：接地。 （ 2）外接晶振引腳 X1 和 X2（共 2 根） 圖 3.2 8031 引腳圖 X1（ 19 腳）和 X2（ 18 腳）引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接連接到內部時鐘發生器的輸入端。 （ 3）控制和復位引腳 ALE、 PSEN 、 EA 和 RST（共 4 根） 1） ALE（ 30 腳）：當訪問外部存儲器時， ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的地位字節。 2） PSEN （ 29 腳）：輸出外部程序存儲器（ ROM）的讀選通信號。 3） EA （ 31 腳）：當 EA 端保持高電平時，訪問內部 ROM，但在 PC（程序計數器）值超過片內 ROM 的容量時，將自動轉向執行外部 ROM。當 EA 保持低電平時，則訪問外部 ROM，不管是否有內部 ROM。對于本次畢業設計，采用CPU 是 8031，其內部無 ROM，所以 EA 腳必須常接地，這樣才能選擇外部 ROM。單片機只在復位期間采樣 EA 腳的電平，復位結束以后 EA 腳的電平對 ROM 的訪問無影響。 4） RESET（ 9 腳）：復位引腳。當振蕩器運行時，在此引腳上出現兩個機器周期的高電平將使單片機 8031 復位。 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 10 （ 4）輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0、 P1、 P2、 P3（共 32 根） 1） P0 口（ 32 腳 39 腳）：是雙向 8 位三態 I/O 口。在外接存儲器時，與地址總線的低 8 位 及數據總線復用。 2） P1 口（ 1 腳 8 腳）：是 8 位準雙向 I/O 口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態，輸入也不能鎖存，所以不是真正的雙向 I/O 口。 3） P2 口（ 21 腳 28 腳）：是 8 位準雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，可作為高 8 位地址總線送出高 8 位地址。 4） P3 口（ 10 腳 17 腳）：是 8 位準雙向 I/O 口。它是一個復用雙功能口，每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 P3 口作為第一功能，即普通 I/O 口用時，功能和操作方法與 P1 口類似； P3口作為第二功能使用時，各引腳的定義見表 3.1。 表 3.1 P3 口第 2 功能表 引腳 第 2 功 能 P3.0 RXD（串行口輸入端） P3.1 TXD（串行口輸出端） P3.2 INT0 （外部中斷 0 請求輸入端，低電平有效） P3.3 INT1 （外部中斷 1 請求輸入端，低電平有效） P3.4 T0（定時器 /計數器 0 計數脈沖輸入端） P3.5 T1（定時器 /計數器 1 計數脈沖輸入端） P3.6 WR （外部數據存儲器寫選通信號輸入端，低電平有效） P3.7 RD （外部數據存儲器讀選通信號輸入端，低電平有效） 3.2.2 ROM 的選擇 CPU 外擴 ROM 一般用 EPROM， 它是 紫外線可擦除電可編程的只讀存儲器，芯片置于紫外線燈下照 20min 以后，內部內容變為全“ 1”，通過編程器將程序代碼寫入后信息不會丟失，可靠性很高。常用的 EPROM 電路有 2732（ 4KB）、2764（ 8KB）、 27128（ 16KB）、 27256（ 32KB）、 27512（ 64KB），由于它們價格相近，且大容量的 EPROM 讀取速度快，故控制系統的硬件電路采用 27256（ 32k 8）作為外擴 ROM。 圖 3.3 27256 引腳圖 外擴 ROM27256（ 32k 8）采用 28 引腳雙列直插封裝（ DIP 方式），其引腳圖如圖 3.3 所示。 1. 27256 的引腳功能 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 11 27256 各引腳的意義如下： 1） A0 A14：地址輸入線。 2） D0 D7：三態數據總線，讀或編程檢驗時為數據輸出線，編程時 為數據輸入線。維持或編程禁止時， D0 D7 呈高阻抗。 3） CE ：片選信號輸入線，低電平有效。 4） OE ：讀選通信號輸入線，低電平有效。 5） Vpp：編程電源輸入線， Vpp 的值因芯片型號和制造廠商而異。 6） Vcc：主電源輸入線， Vcc 一般為 +5V。 7） GND：線路接地。 2. EPROM 的操作方式 對 EPROM 的主要操作方式有： 1）編程方式：把程序代碼（機器指令、常數）固化 到 EPROM 中。 2）編程校驗方式：讀出 EPROM 中的內容，檢驗編程操作的正確性。 3）讀出方式： CPU 從 EPROM 中讀取指令或常數，是單片機應用系統中的工作方式。 4）維持方式：不對 EPROM 操作，數據端呈高阻。 5）編程禁止方式：適用于多片 EPROM 并行編程不同數據。 表 3.2 給出了 27256 不同操作方式下控制引腳的電平。 表 3.2 27256 不同操作方式下控制引腳的電平 引 腳 方 式 CE (20) OE (22) Vpp (1) Vcc (28) D0 D7 (11 13)(15 19) 讀 VIL VIL Vcc 5V 數據輸出 禁止輸出 VIL VIH Vcc 5V 高阻 維持 VIH 任意 Vcc 5V 高阻 編程 VIL VIH Vpp 5V 數據輸入 編程校驗 VIH VIL Vpp 5V 數據輸出 編程禁止 VIH VIH Vpp 5V 高阻 3.2.3 RAM 的選擇 控制系統硬件電路中的 RAM 用于存放控制檢測頭運動位移量的檢測程序。目前，單片機系統常用的 RAM 電路有 6216（ 2KB）、 6264（ 8KB）、 62256（ 32KB）?？紤]到控制系統存放的程序和數據不是很多，且市場上較容易買到 8k 的 RAM，價格也便宜，再加上 4k 的 RAM 很難買到，因此，選擇 6264（ 8k 8）作為外擴RAM。由于只用到 4k 的容量， 故空掉了 A12 一根地址線。 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 12 6264 同樣采用 28 引腳的雙列直插封裝（ DIP 方式），其引腳圖如圖 3.4 所示。 6264 各引腳的意義如下： 1） A0 A12：地址輸入線。 2） D0 D7：雙向三態數據線。 3） VCC：工作電源 +5V。 4） GND：線路接地。 5） NC：懸空腳。 6） CE ：片選信號輸入線，低電平有效。 圖 3.4 6264 引腳圖 7） OE ：讀選通信號輸入線，低電平有效。 8） WR ：寫選通信號輸入線，低電平有效。 9） CS：第二片選信號，高電平有效。 CS=1， CE =0 選中。 值得注意的是， 6264 芯片是易失性的，一 旦掉電，內部的所有信息都會丟失。因此，需設計一個掉電保護電路，在無外部電源給 6264 供電時，電路的備用干電池給 6264 供電，以保證 6264 內的數據不丟失。 表 3.3 給出了 6264 不同操作方式下控制引腳的電平。 表 3.3 6264 不同操作方式下控制引腳的電平 引 腳 方 式 CE (20) CS (26) OE (22) WR (27) D0 D7 (11 13)(15 19) 未選中（掉電） VIH 任意 任意 任意 高阻 未選中（掉電） 任意 VIL 任意 任意 高阻 輸出禁止 VIL VIH VIH VIH 高阻 讀 VIL VIH VIL VIH 數據輸出 寫 VIL VIH VIH VIL 數據輸入 寫 VIL VIH VIL VIL 數據輸入 3.2.4 鎖存器的選擇 由于 8031 的 P0 口是地址和數據復用的，這就需要使用鎖存器把低 8 位地址進行鎖存，所以， CPU 存儲器擴展電路中選擇了較常用的 74LS373 鎖存器，其引腳圖如圖 3.5所示。 74LS373 各引腳的意義如下： 1） D0 D7：三態門輸入端。 圖 3.5 74LS373 引腳圖 2） Q0 Q7：三態門輸出端。 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 13 3） GND：接地。 4） VCC：電源端。 5） OE ：三態門使能端。 OE =0，三態門導通，允許 Q 端輸出； OE =1，三態門斷開，對外電阻呈高阻狀態。 6） G：鎖存器控制端。 G=1,鎖存器處于透明工作狀態，即鎖存器的輸出狀態隨輸入端的變化而變化，即 Qi=Di (i=0,1,2 7)； G 由 1 變 0 時，數據被鎖存起來，此時輸出端 Qi 不再隨輸入端的變化而變化，而一直保持鎖存前的值不變。G 端可直接與單片機的地址鎖存控制信號端 ALE 相連，在 ALE 的下降沿進行地址鎖存。 3.2.5 CPU 存儲器擴展電路 本節將給出 CPU 存儲器擴展電路，在此之前先對該擴展電路做以下幾點說明： 1）由于外擴了 RAM 6264，為了防止 6264 因緊急情況 掉電而引起數據丟失，本電路原理圖中設計了掉電保護電路。當發生緊急情況， CPU 停止供電時，掉電保護電路中的干電池就會給 6264 供電，保證其數據不丟失。同時，由于采用了三極管，在掉電后還可以把 6264 與其他電路隔開，這樣，干電池就只需給 6264供電，可以更有效的延長其壽命。另外，由于 6264 的工作電壓在 3V 4V 之間，因此，在設計的 CPU 存儲器擴展電路中，用了兩個電阻對提供的 5V 電壓進行了分壓。 2）由于控制系統的 6264 存儲的內容并不多，主要用于存放控制檢測頭運動位移量的檢測程序，再加上地址線不夠用，因此， 6264 只用了 4k 的容量，它的引腳 2（ A12）被接地，即 6264 只用到了 A0 A11 共 12 根地址線?？刂葡到y的27256 用到了 32k 的容量，即用到了 A0 A14 共 15 根地址線，主要用于存放監控程序。 3） 8031 的 P0 口的數據線和地址線是復用的，因此要經鎖存器 74LS373 鎖存低八位地址。而高八位地址則由 8031 的 P2 口提供。這樣就構成了控制系統硬件電路所需的十六位地址。 4）由 8031 的 P1 口擴展的 +X、 -X、 +Y、 -Y、 +U、 -U、 +V、 -V 四個坐標方向的進給按鈕也在此給出 。 6） CPU 存儲器擴展電路部分 以及后面的顯示電路部分還需用到譯碼器，本次畢業設計在這兩部分電路中都選用 74LS138 譯碼器，對這部分知識將在后面用一節作詳細的介紹。 完整的 CPU 存儲器擴展電路如圖 3.6 所示。 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 14 圖 3.6 CPU 存儲器擴展電路 南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 15 3.3 顯示 電路的設計 控制系統硬件電路的顯示電路部分采用六位 LED 靜態顯示：其中一位十六段的“米”字型的 LED 用于顯示字母，其余的五位皆是七段 LED，其中的第一位 LED 用于顯示坐標負號，其后三位用于顯示檢測機構位移量的整數部分，最后一位 LED 用于顯示檢測機構位移量的小數部分。 顯示電路中 鎖存器采用了74LS273。本節主要介紹了十六段“米”字形 LED、七段 LED、 74LS273 的引腳圖和引腳功能，以及顯示電路。 3.3.1 鎖存器的選擇 靜態顯示常用鎖存器 74LS273，它是單片集成正沿觸發的觸發器，用直接清零輸入執行 D 型觸發器的邏輯功能。符合建立時間要求的 D 輸入端上的信息，在時鐘脈沖的正躍變沿上傳到 Q 端輸出端。時鐘的觸發產生于特定的電壓電平上，且不直接同正躍變的躍變時間有關，當時鐘輸入處于高電平或者處于低電平時， D 端輸入的信號在輸出端沒有影響。它的主要特點是： 1）含有單向輸出的 8 個觸 發器。 2）緩沖的時鐘輸入和直接的清零輸入。 圖 3.7 74LS273 引腳圖 3）每個觸發器有單獨的數據輸入。 74LS273 的引腳圖如圖 3.7 所示。其中 74LS273的引腳功能是： 1） 1D8D: 信號輸入端。 2） 1Q8Q: 信號輸出端。 3） CLK: 時鐘信號輸入端。 4） CLR: 清零端。 3.3.2 十六段“米”字形 LED 十六段“米”字形 LED 引腳圖如圖 3.8 所示。 顯示電路采用共陰極的 LED 顯示方式，當在某段發光二極管上施加一定的正向電壓時，該 段筆畫的二極管就亮，不加電壓時則是暗的。在設計過程中，考慮到二極管的耐壓能力，為保護其不受損壞，在共地端接了限流電阻。十六段 “米”字形 圖 3.8 十六段 LED 引腳圖 LED 不僅可以顯示 0 9 十個數字，還可以顯示英文字母?？刂葡到y中只需要顯南京工程學院自動化學院本科畢業設計（論文） 16 示 X、 Y、 U、 V、 M、 N、 F