基于单片机控制的数控x-y工作台系统设计插补设计

基于单片机控制的数控x-y工作台系统设计插补设计内容摘要：

2计数溢出中断；ET2=0，禁止T2中断。 ES串行口中断控制位，ES=1，允许串行口发送/接受中断；ES=0，禁止串行口中断。 ET1定时器/计数器T1中断控制位，ET1=1，允许T1计数溢出中断；ET1=0，禁止T1中断。 EX1外部中断1控制位，EX1=1，允许中断；EX1=0，禁止外部中断1中断。 ET0定时器/计数器T0中断控制位，ET0=1，允许T0计数溢出中断；ET0=0，禁止T0中断。 EX0外部中断0控制位，EX0=1，允许中断；EX0=0，禁止外部中断0中断。 中断优先级控制寄存器IPPT2T2中的优先级控制位，PT2=1,设定定时器T2为高优先级中断；PT2=0为低优先级中断。 PS串行口中断优先级控制位。 PS=1设定串行口为高优先级中断；PS=0为低优先级中断PT1T1中断优先级控制位。 PT1=1设定定时器T1为高优先级中断；PT1=0为低优先级中断PX1外部中断1优先级控制位。 PX1=1设定定时器外部中断1为高优先级中断；PX1=0为低优先级中断。 PT0T0中断优先级控制位。 PT0=1设定定时器T0为高优先级中断；PT0=0为低优先级中断。 PX0外部中断0优先级控制位。 PX0=1设定定时器外部中断0为高优先级中断；PX0=0为低优先级中断。 表311 中断服务程序的入口地址符号名称中断引起原因C51对应中断源的编号INT0外部中断00INT1外部中断11T0定时器0中断定时器/计数器0计数回零溢出2T1定时器1中断定时器/计数器1计数回零溢出3TI/RI串行口中断串行通信完成一帧发送或接收引起中断4INT2定时器2中断定时器/计数器2计数回零溢出5 AT89C52单片机的各引脚功能AT89C52单片机的引脚图如图35所示,由于上述分析中以对I/O进行的系统性的介绍，下面只对其第二功能做具体的补充，详细见表312。 图35 PDIP封装形式的AT89C52单片机引脚排列VCC：电源电压GND：接地RST：复位输入。 当振荡器工作时，RST引脚出项两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/ ：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。 一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。 对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲。 ：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。 在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次信号。 /VPP：外部访问允许。 欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存端状态。 如端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。 本次设计因为接高电平。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 表312 AT89C52单片机P0口和P3口引脚的第二功能口线第二功能信号名称T2定时器/计数器2的外部计数输入或时钟输出T2EX定时器/计数器2的捕捉/重载触发信号和方向控制RXD串行数据接收TXD串行数据发送外部中断0请求信号输入外部中断1请求信号输入T0定时器/计数器0计数输入T1定时器/计数器1计数输入外部RAM写选通外部RAM读选通 可编程并行接口芯片8255A8255A有24条I/O线，分为A、B、C共3个端口来使用；8条数据线，用于数据和控制命令传送；两条地址线，读/写时用于选择片内的控制寄存器或A、B、C口对应的3个端口寄存器PA、PB、PC；读/写信号控制线各一根；还有复位信号，片选信号、电源等引脚。 8255A的24条I/O线可编程分为两组，有3种工作方式，其中，方式0是最为简单和常用的一种，该方式下端口A、B、C仅作简单的出入/输出使用。 8255A的工作方式有其片内的控制寄存器选择。 8255A的内部结构8255A内部由PA、PB、PC这3个8位可编程双向I/O口，A组控制器和B组控制器，数据缓冲器及读/写控制逻辑4部分电路组成，其结构如图36[5] 梁景凯,[M].北京:机械工业出版社,2006,第108页.所示。 PA、PB、PC口：PA、PB、PC口均为8位I/O数据口，但结构上略有差别。 A口由一个8位数据输出缓冲/锁存器和一个8位数据输入缓冲/锁存器组成，B口和C口各由一个8位数据输出缓冲/锁存器和一个8位数据输入缓冲器(无输入数据缓冲器，故B口不能在模式2下工作)组成。 A组控制器和B组控制器：A、B组控制器对应的控制字寄存器接受CPU送来的控制字，用于决定8255A的工作方式。 A组控制器控制A口和C口上半部（PC4~PC7），B组控制器控制B口和C口下半部（PC0~PC3）。 数据总线缓冲器：这是一个8位双向三态驱动器，用于8255A和单片机的数据总线相连，以实现8255A与单片机的数据发送。 读/写控制逻辑：接收CPU送来的读/写信号和选口地址，用于控制对8255A的读/写。 图36 8255A逻辑结构图 8255A的引脚功能8255A有40条引脚，采用双列直插式封装。 图37 8255A引脚图① 数据总线（8条）：D0~D7，用于传送CPU和8255A间的数据、命令和状态字。 ② 控制总线（6条）： RESRT：复位线，高电平有效。 ：片选线，低电平有效。 若为高电平，则8255A不被选中；若为低电平，则8255A选中。 为读命令线，为写命令线，皆为低电平有效。 若为低电平（必为高电平），则所选8255A处于读状态；若为低电平（必为高电平），则所选8255A处于写状态。 A0、A1：地址输入线，用于选中PA、PB、PC口和控制寄存器中哪一个工作。 上述控制线的功能如表312所列。 表312 8255A控制线功能A1A0功能00010读端口A数据01010读端口B数据10010读端口C数据00100写数据到端口A01100写数据到端口B10100写数据到端口C11100写命令到控制寄存器————1数据总线呈高阻状态11010非法条件——110数据总线呈高阻状态③ 并行I/O总线（24条）：这些总线用于和外设相连，共分3组。 PA7~PA0：双向I/O总线。 PA7为最高位，用于传送I/O数据，可以设定为输入或输出方式，也可设定为输入/输出双向方式。 PB7~PB0：双向I/O总线。 PB7为最高位，用于传送I/O数据，可以设定为输入或输出方式。 PC7~PC0：双向数据/控制总线。 PC7为最高位，用于传送I/O数据或控制/状态信息，可以设定为输入或输出方式，也可设定为控制/状态方式。 ④ 电源线（2条）：Vcc为+5V电源线，GND为地线。 8255A的工作方式8255A有3种工作方式：方式0、方式方式2。 方式0：基本输入/输出方式。 这种方式中3个端口被设置成输入或输出口，但不能既作输入又作输出。 PC口分成两部分：上半口（PC4~PC7）、下半口（PC0~PC3），两部分可分别设置传动方向。 各端口均可用于无条件数据传送，也可通过人为指定PC口的某些位作为PA口、PB口的状态信号，进行查询方式传送。 方式1：选通输入/输出方式。 这种方式下PA口、PB口通过编程设定为输入口或输出口，而PC口则分成两部分，分别用作PA口和PB口的控制和同步信号，以便于8255A和CPU之间传送信息和中断请求。 这种联络信号时由8155A内部规定的，不是由使用者指定的。 PC口的高4位服务于A口，称A组。 PC口的低4位服务于B口，称B组。 方式2：双向总线方式。 只有PA口可工作于此方式，这时PA口既可输入又可输出，PC口的PC3~PC7用作输入/输出的同步控制信号。 此时，PB口可以工作于方式0，但不能工作于方式1。 8255A控制字8255A方式控制字如图38，分为两种类型控制字：。 方式控制字图38 方式选择控制字格式C口置位/复位控制字图39C口控制字格式4 基于PROTEUS仿真电路分析 XY数控工作台控制系统仿真电路图图41 XY数控工作台控制系统仿真电路图 XY数控工作台控制系统硬件资源及其分配XY数控工作台控制系统硬件资源主要包括有：AT89C52单片机、锁存器74LS37可编程控制器8255A、8位8段共阴数码管、四行四列矩阵键盘、限位/急停按钮、晶振电路、复位电路、以及六线制的四相八拍工作制的X和Y向步进电动机各一个。 控制系统硬件资源的分配如表41所列。 表41 XY数控工作台控制系统硬件资源分配硬件芯片端口（引脚）用途（功能）AT89C528位P0口地址总线：输出电平信号到74LS373送到8255A的A0和A1口，控制8255A的工作方式数据总线：扩展可编程控制器8255A，完成AT89C52单片机与8255A的数据输入和输出XTAL1连接晶振电路XTAL2连接晶振电路RST复位电路接线口ALE地址锁存允许，与74LS373的LE口连接，ALE为高电平时，74LS373送数，低电平时，锁存。 ~四行四列矩阵式键盘行扫描输入输出线~四行四列矩阵式键盘列扫描输入输出线8255A连接8255A片选端限位信号输入口，低地平时请求外部中断0可编程控制器8255A写选通信号端口可编程控制器8255A读选通信号端口D0~D7连接AT89C52的P0口，负责数据的输入与输出PA口连接8位8端数码管的段驱动端口PB口连接8位8端数码管的位选端口PC0~PC3向X向步进电动机输入脉冲数和脉冲相序PC4~PC7向Y向步进电动机输入脉冲数和脉冲相序 电路模块图分析 XY向步进电机控制电路分析图42 X/Y向步进电机控制电路模拟图图42为X/Y向步进电机控制电路模拟图，从图从我们可以看到仿真选用的是6线制的四相八拍步进电机，通过8255A的PC0~PC3口分别向X向步进电机输入脉冲信号，PC4~PC7则分别向Y向步进电机输入脉冲信号。 四相八拍步进电机的正转相序是A→AB→B→BC→C→CD→D→DA，反转相序是DA→D→CD→C→BC→B→BA→A；表23将给出X向步进电动机正转时PC口各引脚输出电平与X向电机相位关系；表44将给出Y向步进电动机正转时PC口各引脚输出电平与Y向电机相位关系；而反转时，控制的方式只需把从上往下循环改为从下往上循环即可。 表42 X向步进电动机正转时PC口各引脚输出电平与Y向电机相位关系X向步进电机相位可编程控制器8255A的PC口各引脚的电平PC口输出的16进制数PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A100000000x01AB110000000x03B010000000x02BC011000000x06C001000000x04CD001100000x0cD000100000x08DA100100000x09表43 Y向步进电动机正转时PC口各引脚输出电平与Y向电机相位关系Y向步进电机相位可编程控制器8255A的PC口各引脚的电平PC口输出的16进制数PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A000010000x10AB000011000x30B000001000x20BC000001100x60C000000100x40CD000000110xc0D000000010x80DA000010010x90 四行四列矩阵式键盘控制电路分析图43为四行四列矩阵式键盘控制电路原理图，原理图的设计上，在键盘的行扫描线上设置了上拉电阻，~，~。 键盘上设有了0~9共10个数字键、X坐标键、Y左边键、G代码按键、数字符号—负号键、ENTER（确认）键以及START（开始）按键。 通过这些按键能我们能直接向AT89C52单片机输入指令、X坐标和Y坐标。 图43 键盘硬件电路接线图 XY数控工作台显示电路分析图44 XY数控工作台仿真显示电路数控XY。