基于单片机的开放性数控机床毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的开放性数控机床毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

改，同样为了实现产品的某项功能改善，也会导致很多零部件的修改。 在模块化的产品结构中，零部件的功能与产品功能是一对一的关系，这样对于零部件的更改和产品功能的改善不会造成其他零部件和功能的调整，也就是将产品的功能抽象与产品零部件的具体实现分离，模块自身的单独发展不会影响其他模块。 由于模块的功能必须考虑在一系列产品中互换的问题，因此某些模块的功能在某一个产品中有可能是冗余的，但是从全局的角度看这样做是值得的。 比如，计算机主板上 PCI 插槽一般有 46 个，而大部分计算 机上仅仅使用 2 个，这种功能的部分冗余带来的是很强的扩展能力和更大范围的互换能力。 因此，选择模块化设计。 设计（论文）用纸 第 页 8 第四 章 硬件 设计 开放式数控系统的主要目的是解决变化频繁的需求与封闭控制系统之间的矛盾 ,从而建立一个统一的可重构的系统平台 ,增强数控系统的柔性。 通俗地讲 ,开放的目的就是使 NC 控制器与当今的 PC 机类似 ,系统构筑于一个开放的平台之上 ,具有模块化组织结构 ,允许用户根据需要进行选配和集成 ,更改或扩展系统的功能迅速适应不同的应用需求 ,而且 ,组成系统的各功能模块可以来源于不同的部件供应商并相互 兼容。 一个开放式的系统必须具备不同应用程序能很好地运行于不同供应商提供的不同平台之上的能力、不同应用程序之间能够相互操作的能力和一致的用户交互风格。 本文所设计的是一主控模块， 介绍了 AT89S52 单片机构造数控系统的硬件的可行性，在充分利用 AT89S52 单片机资源的基础上，提出了研究目标所规划的 NC 系统接口电路方案，人机接口方案、存储器接口配置方案，总线驱动接口方案及 中断扩展方案等。 通过本设计 可以对人机接口、运动控制、数据采集、开关量的输入输出等 进行控制。 经过 分析可得 出 本设计的硬件框图： C P UR O M 的 的 的R A M 的 的 的的 的I S P 的 的 的 的的 的的 的 的 的的 的 的 的的 的 的 的的 的2IC 图 41 总体设计图 数控装置包括硬件和软件两部分，硬件支持软件的运行，但离开软件，硬件无法工作，两者构成一个有机整体，协同实现 NC 的控制功能。 数控装置的硬件除了具有一般计算机的基本结构外，还具有数控机床所特有的功能模块和接口单元。 由图可以看出本设计主要有以下模块：人机接口模块、通讯接口模块、存储器的扩展模块、 ISP 在线可编程系统模块等，各模块都需要选用一定的器件用来实现其功 设计（论文）用纸 第 页 9 能 ，在下面的章节中都作了讲解。 CPU单元介绍 NC 的性能与价格在很大程度上与核 心 CPU 的性能与价格相关，高性能低价格CPU 的出现和运用，使得指令的执行速度和效率大大提高， CPU 字节的增加，使得较大范围内的数值运算速度大大加快。 为提高 NC 的性价比，本文 选用 AT89S52 作为NC 的核心控制器。 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系统可编程 Flash存储器。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 芯片介绍 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 通过上述分析， AT89S52 满足 NC 设计目标。 其管脚图如下所示： E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 10 / T1P 11 / T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1P 89 S 5 2RDWRP 10P 11P 12P 13V C CR S TCSP 17P 14P 15P 16P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07A L EP 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27T0T1R X DT X DP S E NIN T 0 图 42 AT89S52 管脚图 引脚结构 设计（论文）用纸 第 页 10 P0 口 ： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。 作为输出口，每位能驱动 8 个TTL 逻辑电平。 对 P0 端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0 具有内部上拉电阻。 P1口 ： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P1 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被 外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， /计数器 2的外部计数输入（ ）和时器/计数器 2的触发输入（ ）具体如 如图 32所示。 引脚号 第二功能 T2（定时器 /计数器 T2的外部计数输入），时钟输出 T2EX（定时器 /计数器 T2的捕捉 /重载触发信号和方向控制） MOSI（在系统编程用） MISO（在系统编程用） SCK（在系统编程用） P2 口 ： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位 双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存储器时， P2 口输出P2 锁存器的内容。 P3 口 ： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下所示。 引脚号 第二功能 RXD（串行输入） TXD（串行输出） INT0(外部中断 0) INT0(外部中断 0) 设计（论文）用纸 第 页 11 T0（定时器 0外部输入） T1（定时器 1外部输入） WR(外部数据存储器 写选通 ) RD(外部数据存储器写选通 ) PSEN:外部程序存储器选通信号（ PSEN）是外部程序存储器选通信号。 当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， PSEN将不被激活。 ALE/PROG： 地址锁存控制信号（ ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。 在 flash编程时，此引脚（ PROG）也用作编程输入脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。 在每次访问外部数 据存储器时， ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1” ， ALE操作将无效。 这一位置 “ 1” ， ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC指令时有效。 否则， ALE 将被微弱拉高。 这个 ALE 使能标志位（地址为 8EH的 SFR的第 0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFH的外部程序存储器读取指令， EA必须接 GND。 为了执行内部程序指令， EA应该接 VCC。 在 flash编程期间， EA也接收 12伏 VPP电压。 RST： 复位输入。 晶振工作时， RST脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后， RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR(地址8EH)上的 DISRTO位可以使此功能无效。 DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 定时器 0 和定时器 1 在 AT89S52 中，定时器 0 和定时器 1 的操作与 AT89C51 和 AT89C52 一样。 定时器 2 定时器 2是一个 16位定时 /计数器，它既可以做定 时器，又可以做事件计数器。 其工作方式由特殊寄存器 T2CON中的 C/T2位选择。 定时器 2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。 工作模式由 T2CON中的相关位选择。 设计（论文）用纸 第 页 12 定时器 2 有 2 个 8位寄存器： TH2和 TL2。 在定时工作方式中，每个机器周期， TL2 寄存器都会加 1。 由于一个机器周期由 12 个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的 1/12。 存储器单元介绍 由于 本设计中所选 CPU内部资源较少，为了存储较大的源程序和现场保护需要扩展程序存储器和数据存储器。 由于 在设计中，程序量较大，系统需扩展一片外部程序存储器。 它需要反复擦除，即其存储的内容可以通过编程写入新的内容，这就为 用户调试和修改程序带来了很大方便。 而 EPROM2764具有这种功能，于是，本文中选用了它。 它的管脚图如下所示： A011A110A29A38A47A56A65A74A829A928A 1024NC1NC12NC17NC26CE23A 1127A 123OE25D Q 013D Q 114D Q 215D Q 318D Q 419D Q 520D Q 621D Q 722NC30P G M31U32 76 4A1A2A3A4A5A6A7P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 20P 21P 22P 23P 24P S E NY0A0 图 43 2764 管脚图 2764 为可改写的只读写存储器（ EPROM），它的内容可以通过紫外线照射而彻底擦除，擦除后可以重新写入新的程序。 引脚介绍： A12～ A0： 13 条地址线，表示有 132 个地址单元。 D7～ D0： 8 条数据线，表示地址单元字长 8 位。 － ALE/CS： 片选控制 输入端，低有效。 － OE： 读出控制输入端，低有效。 Vcc： 工作电源＋ 5V。 Vpp： 编程电源＋ 5V。 设计（论文）用纸。