２００８年１ １月 第１ １期（总第１２０期） 广西轻工业 ＧｕＡＮＧⅪＪｏＩＩＲＮＡＬ ｏＦ ＬＩＧＨＴ ＩＮＤｕｓＴＲＹ 机械与电气 ＭＣＳ一５１单片机数控系统接口技术设计 顾群 （无锡科技职业学院电子工程系，江苏无锡２１４０２８） 【摘 要】 采用Ｍｃｓ一５１单片机设计了经济型数控系统，从通用角度分析了数控系统的主控制器、存储器、步进电机的硬 件组成与监控和操作、电动机正反转的实现和步进电机转速控制软件功能的设置，给出了抗干扰电路设计和功能软件模块的设计 方法。 【关键字】单片机；数控系统；接口；主控制器；存储器 【中图分类号】ＴＰ２７４ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】 １００３—２６７３（２００８）１１—３２—０２ １ 引言 随着数控机床的发展，数控机床在模具、航空、航天等行业 的广泛应用，在产品更新周期进一步缩短，加工质量要求越来越 高，零件越来越复杂等情况下，将计算机与数控机床联结起来， 实现高效的数据交换或高一级的控制管理，从根本上提高数控 机床的执行效率。数控机床作为典型点机电一体化产品，其适 用范围越来越广泛，而经济型数控机床以自身极佳的性能价格 比得到广泛的应用。数控机床作为机床的核心部分也正向多样 化、多层次化方向发展。先期由单板机开发的经济型数控系统 多数存在通用性差、不易于用户进行功能扩展的问题，可靠性 与稳定性也较差，主要表现为抗干扰能力差，经常会由于外界 干扰出现误动作，这种现象以单板机ｚ一８Ｏ为ＣＰＵ的数控系统 尤为突出。为此，本设计采用大多数科技人员较熟悉、性能价格 比较高的ＭＣＳ一５１系列单片机开发研制了通用型、高抗干扰性 的经济型数控系统。 ２经济型数控系统的组成及工作原理 本系统采用步进电机作为驱动元件，步进电机采用脉冲方 式工作，且各相需按一定规律分配脉冲，这些工作由数控系统 来完成。数控系统对电机的控制包括：位移量的控制（即脉冲个 数控制），方向控制（通过改变定子绕组的相序实现）和速度控 制（通过改变通电频率来实现）。其基本原理是：系统中的键盘 用于向计算机输入和编辑控制代码程序，输入的代码由计算机 解释。显示器用于显示控制对象（刀架）的运动坐标值、故障报 警、工作状态以及编程代码等各种信息。存储器用来存放监控 程序、键盘扫描程序、显示驱动程序以及用户控制代码程序等。 功率放大器用来对计算机送来的脉冲进行功率放大，以驱动步 进电机带动负载运行。 ３经济型数控系统硬件结构 ＭＣｓ—５ １是高性能的８位单片机系列，其指令系统功能 强、硬件资源丰富、可扩展性好。Ｍｃｓ一５１系列单片机以片内 无程序存储器和片内有程序存储器形式，分为三种基本产品： ８０５１、８７５１和８０３１。 ８０５１单片机以片内含有掩膜ＲＯＭ型程序存储器，因为这 种只读存储器中的程序要由单片机生产厂制作芯片时为用户 固化于片内所以只适用于批量极大，程序要永久性保留且不会 修改的场合。 ８７５１片内含有ＥＰＲＯＭ型程序存储器，用户可以把程序固 化在ＥＰＲＯＭ中，需要修改时，可用紫外线光照擦除，然后又写 入新的用户程序，但该芯片价格较高。 ８０３ １片内没有程序存储器＇夕 部扩展一片或多片含有用户 程序的ＥＰＲＯＭ后，就相当于一片８７５ １。因而使用方便灵活，且 价格低廉，目前是应用最广泛的机型。 综上所述，考虑到ＭＣＳ一５ １的性能，选用该系列的８０３ １单 片机为主控制器，扩展１片８ＫＥＰＲＯＭ２７６４，用于存放系统程 序；扩展１片８ＫＲＡＭ６２６４存放数据；选用１片可编程并行Ｉ／０ 接口芯片８２５５作为系统扩展的Ｉ／０口，对ｘ、Ｙ、ｚ三轴步进电 机及主轴进行控制：另扩展１片８１５５作为机床开关量、刀架控 制信号及主轴编码器反馈信号（车床用）Ｉ／０口；采用８２７９作为 键盘，显示器接口，识别键盘按键信号，对显示器自动扫描，完成 键盘输入和ＬＥＤ显示控制两种功能（键盘最多可有８×８个键）； 为使系统地址统一，采用７４ＬＳ１ ３８译码器对系统所扩展的芯片 进行译码寻址，并由８０３ １对各轴步进电机进行环形分配（亦可 由环形分配器进行硬件环分），其指令信号经光电隔离和功率放 大后驱动各轴。数控系统硬件结构如图１所示。
MCS 51单片机应用程序实例
2007年10月25日 工控吧-/;/
多路开关状态指示
1． 实验任务
如图3.1所示，AT89S51单片机的P1.0－P1.3接四个发光二极管L1－L4，P1.4－P1.7接了四个开关K1－K4，编程将开关的状态反映到发光二极管上。（开关闭合，对应的灯亮，开关断开，对应的灯灭）。
2． 电路原理图
图3.1 3． 系统板上硬件连线
（1． 把“单片机系统”区域中的P1.0－P1.3用导线连接到“八路发光二极管指示模块”区域中的L1－L4端口上；
（2． 把“单片机系统”区域中的P1.4－P1.7用导线连接到“四路拨动开关”区域中的K1－K4端口上；
4． 程序设计内容
（1． 开关状态检测
对于开关状态检测，相对单片机来说，是输入关系，我们可轮流检测每个开关状态，根据每个开关的状态让相应的发光二极管指示，可以采用JB P1.X，REL或JNB
P1.X，REL指令来完成；也可以一次性检测四路开关状态，然后让其指示，可以采用MOV A，P1指令一次把P1端口的状态全部读入，然后取高4位的状态来指示。
（2． 输出控制
根据开关的状态，由发光二极管L1－L4来指示，我们可以用SETB P1.X和CLR P1.X指令来完成，也可以采用MOV P1，＃1111XXXXB方法一次指示。
5． 程序流程
读P1口数据到A CC 中
A CC 内容右移4次
A CC 内容与F0H相或
A CC 内容送入P1口
6． 方法一（汇编源程序）
ORG 00H
START: MOV A,P1
ANL A,#0F0H
RR A
RR A
RR A
RR A
XOR A,#0F0H
MOV P1,A
SJMP START
END
7． 方法一（C语言源程序） #include
unsigned char temp;
void main(void)
山西电子技术 ２０１０年第６期 应用实践 文章编号：１６７４—４５７８（２０１０）０６—００３０—０２ ＭＣＳ一５ １单片机在表决系统中的应用 田 野 （国营大众机械厂，山西太原０３００２４） 摘要：为满足投票选举而设计的专业电子表决系统。选用８０Ｃ３１单片机组成主一从型“单片机网”系统。采 用成熟可靠的串行通讯方式，实现表决电子化。文章描述了表决器的基本原理，并给出了系统的硬件和软件设计。 关键词：表决器；８０Ｃ５１；串行通讯 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ Ｏ引言 随着我国社会主义民主的提高，表决器作为一种公正， 迅速准确的表决工具，应用日益广泛。通过表决器，与会代 表只需根据会议议程轻按表决器按钮，即可轻松地完成从签 到到各类议案的电子表决工作。在不记名模式下，系统特有 的保密功能使得代表按键能最大限度地反映其真实意愿，而 不用担心被人窥视或记录追查。表决结果可自动统计产生， 并根据会议要求以图文或报表方式来显示和打印。 ｌ设计方案 系统包括ＰＣ机：用于文件的编辑储存、打印、显示表决 结果。大屏监视器显示表决结果及其它文件。表决采集网 络：采集各代表的表决结果并做处理。经对系统功能要求的 分析，认为单片机８０Ｃ５１…最为适合多点分散，每单点功能 相对简单的系统。从而组成主一从型“单片机网”。表决系 统见图１。 困 图一一一一国 图１系统框图 ２硬件设计 单片机表决系统以一片主８０Ｃ５１及若干片从８０Ｃ５１组 网，采用串行通讯 方式。并由主８０Ｃ５１为ＰＣ机上报表决 结果。 ２．１分机硬件 如图２终端（分机）设计为单人单机模式。系统为每位 表决人各配一台分机，上限为２５５台。分机选用８０Ｃ５１为核 心，利用单片机自有资源，通过锁存器３７３扩展外部程序存 贮器。根据现有程序量，选用ＥＰＲＯＭ ２７Ｃ６４，作为程序存储 器。８０Ｃ５１内置１２８Ｂ ＲＡＭ能够满足数据处理要求，省去了 外部扩展ＲＡＭ而使分机简洁可靠。分机８０Ｃ５１的Ｐｏ口，Ｐ２ 口用于外部扩展ＥＰＲＯＭ的地址、数据线。键盘占用Ｐ１口 的Ｐ１．０、ＰＩ．１、Ｐ１，２、Ｐ１．３、Ｐ１．４。对应“报到”、“同意”、“反 对”、“弃权”及“发言”五个功能按键。Ｐ３口的Ｐ３．２、Ｐ３．３、 Ｐ３．４、Ｐ３．５、Ｐ３．６、驱动ＬＥＤ发光分别显示“报到”、“同意”、 “反对”、“弃权”、“发言”的状态。以便表决人确认。当本机 发言请求被允许时Ｐ３．７高有效，接通麦克风。 输人输出部分：Ｐ３口中的Ｐ３．０、Ｐ３．１分别为第二功能 的串行口接受（ＲＸＤ）、发送（ＴＸＤ）端，对应连接ＲＳ２３２集成 电路ＭＣＩ４８８、ＭＣ１４８９做串行通讯用。 全网络采用±１０ Ｖ两路供电，以满足ＲＳ２３２工作需求。 ８０Ｃ５１及其辅助电路的＋５ Ｖ电源由＋ｌＯ Ｖ经７８０５稳压获 得，以减少电源品种。以上方案为典型的单片机最小系统， 充分发挥了单片机的性能。 ２．２主单片机硬件 主单片机任务之一是与各分机联系并采集分机表决结 果，统计汇总，经串行口送ＰＣ机显示、打印。任务之二用于 查询及仲裁各分机的讲话请求。按讲话的优先级发出 “通”、“断”串行指令，解决发言竞争问题。与分机相似，主 单片机硬件较为简单，Ｐ３．０、Ｐ３．１做为串行发送、接收口。 其它分机及ＰＣ机都作为其从机。联为主一从网络。 ３软件设计 ３．１分机主程序及中断服务程序（见图３） 分机主程序初始化串行口为模式３，ＳＭ２＝１，允许接 收，波特率１．２ ｋＨｚ。循环查询Ｐ１．０一Ｐ１．４按键状态，当某 键按下后先延时１２ ｍｓ去除抖动及干扰，再检查按键，确认 后进人相应按键处理程序。将其特征值记入内部ＲＡＭ，再 由Ｐ３口驱动对应的ＬＥＤ发光以便操作者确认。 为防止表决结果各项票数总合超出报到人数，程序规 定：如未按报到键其它键操作无效。即表决前先行报到。程 序设定若“发言”键按下（机械自锁）分机上报主机，经主机 查询无“正在”发言状态的分机，则回复分机允许发言。分 机收到命令后置Ｐ３．７高有效接通麦克风。 分机中断服务程序：当主机经串口发出一地址帧后，各 分机进人中断服务程序，首先判断是否为本机地址，不是则 返回主程序。是则继续接收命令帧（数据帧）。针对命令做 如下回应：分机报到、表决结果特征值；有无讲话请求，开或 关麦克风。返回主程序。另外子程序中还针对错误信号做 了相应对策，以提高抗干扰能力。 ３．２主机程序（见图４） 系统加电复位后，先执行串口初始化程序，按编号顺序查 询分机，并接收分机状态字，放入内存。分机访问完后，对结 收稿日期：２０１０—０９—０７ 作者简介：田野（１９６２一），男，陕西西安人，山西工程师，从事电子电路设计。
第２０卷第１期 ２０ｏ７年１月 机电产品开簋与剀新 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｖｏ１．２０．Ｎｏ．１ Ｊａｎ．，２００７
ＭＣＳ一５１单片机存储器的综合扩展及软件设计 王联奎 （菏泽学院机电工程系，山东菏泽２７４０３０） 摘要：ＭＣＳ一５１型单片机具有很强的系统扩展能力，可以扩展６４ＫＢ的程序存储器和６４ＫＢ的数据存储器 或输入／输出接口，以满足不同应用系统的要求。本文以智能温室测控系统为例，介绍了ＭＣＳ一５１ 型单片机存储器的扩展及软件设计。 关键词：单片机；存储器；综合扩展；软件设计 中圈分类号：ＴＰ３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６６７３（２００７）０１—１５８—０２
０引言 ＭＣＳ一５１型单片机是一高性能的单片机系列，具有 很强的系统扩展能力，可以扩展６４ＫＢ的程序存储器和 ６４ＫＢ的数据存储器或输入／输出接口，以满足不同应用 系统的要求。程序存储器和外部数据存储器的地址空间 是重叠的，实际访问时用相应的控制信号ＰＳＥＮ和ＲＤ 与ＷＲ加以区分。 １ 设计实例 以智能温室测控系统为例，需要保存的参量如表１所示。 表１需要保存的参量 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｈａｔ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓａｖｅｄ 鑫数 事例 类型 字节数 温室内空气温度 ３０．５００℃ 数值型 ３字节（高位在前） 温室内空气温度 ８５．５％ＲＨ 数值型 ２字节（高位在前） 温室内土壤水分古量 ４９．５％ＲＨ 数值型 ２字节（高位在前） 温室内土壤温度 一ｌ０．５０ 数值型 ３字节（高位在前） 温室内ＣＯ２浓度 ｌＯ００ｐｐｍ 数值型 ２字节（高位在前） 温室内关照强度 ３伽ｌｏ】 数值型 ２字节（高位在前） 温室外空气温度 一ｌ１．５０℃ 数值型 ３字节（高位在前） 温室外光照强度 ３Ｏ００Ｌｘ 数值型 ２字节（高位在前） 各执行机构 二进制 １字节 本组数据测试时间月份 ｌ２月 日期型 １字节 本组数据测试时间日期 ３０日 日期型 １字节 本组数据测试时间小时 ２ｌ点 日期型 １字节 顶留空间 ６字节 合计 ３０字节 ２程序存储器的扩展 ＭＣＳ－５１单片机最大可寻址６４Ｋ的程序存储器，程 收稿日期：２００６—１０—２５ 作者简介：王联奎（１９６２－），男，山东曾县人，副教授。主 要从事机电一体化方向研究。 １５８ 序存储器芯片插座采用２８脚统一插座，通过拨码开关 ＳＷ１的不同设置状态可选择插入２７Ｃ５１２、２７Ｃ２５６和 ２７Ｃ１２８，如图１所示。 拨码开关：５、６、７、８代表“ＯＮ”状态；１、３＝ ＯＮ；２、４＝ＯＦＦ；设置为２７Ｃ５１２。１、４＝ＯＮ；２、３＝ ＯＦＦ；设置为２７Ｃ２５６；２、４＝ＯＮ；１、３＝ＯＦＦ；设置为 ２７Ｃ１２８。
