基于51系列单片机的通用控制器的设计及其应用

陈先生528

1前言
本文所指控制器是指以支持在系统编程技术的飞利油P89C51RA*单片机为核心的计算机控制主板，它是笔者科研项目
“机电一体化模型机的研制”中的一-个设计模块。该科研项目主要针对机电- -体化及单片机课程的理论教学和实践环节的实
- f1 Z* ?) n6 z5 f训。由于试制成功后应用于教学实践已经取得明显的教学效果，故整理成此文.
) ]& I6 K2 G4 [9 M& x# |( U. s& z控制器以P89C51RA* (与8051及其兼容的系列产品相兼容)单片机为核心，井融入微机或单片机接口设计的常规芯
5 d1 q0 o  M. J# m8 w% O片及其接口电路，如8279.8255、8259,也包括MD. D/A转换电路，继电器或可控硅控制电路等。电路结构按工业控制
标准设计和制造，使控制器工作的可靠性和抗干扰能力有了充分保证，能够成为名符其实的工业现场控制器。在印制电路
3 J1 N0 U6 u7 ~3 |板设计上，除了抗干扰设计外，还采取了多种措施，如在电路不同部位使用跨接器和针孔插座，使控制器具有极大的柔性。
控制器用途广泛，既可以作为机电一一体化模型机、单片机实验箱控制器，也可以作为工业柔性控制板使用，从而达到理论
验证性实验和工控应用的“零距离"。在系统编程技术的使用，为程序调试或单片机应用系统开发提供了极大的便利。
& d( I5 Z0 f) D% B( y& k$ E. \2控制系统方案简介
* C1 h1 g7 N% V; y控制器框留如图1所示，实际上是一个简易的单片机数控装置，它以P89C51RA'系列单片机为核心。并分别以8279、
8255(U2)和8259作为键盘显示接口、伺服控制信号输出及复位(或限位)开关输入通道，外扩的6264用于解决单片机内
1 g: v5 e6 X: [4 U, [- w2 Z8 n3 u部数据存储器资源不足的问题。74LS138 (U8)用于上:述各外围芯片的导址。各芯片作用简要分析如下:
7 H- j* P( g6 J( X" u1 T8279及其所属的74LS138 (US) . 74L244A-1. 74LS244 和8255 (U3)作为数控装置键盘和LED显示接口，其中
  B8 ^3 X) N0 E键盘支持最多64个按键，LED显示系统有两个通道，每个通道5位，最高位被设计成静态显示，主要用于显示移动部件(工
作台)坐标。8279外部时钟由1MHz时钟发生器经74LS393分频器提供。此外，8255 (U33)未使用的输出位可以用于继
6 Y! ?* g3 n4 p6 I# U  p; k电器和可控硅调压控制。为提商系统工作的可靠性和安全性，增加了光电隔离措施。
9 U+ b3 |1 P8 ^3 @: x& B。数控装置的输出控制通道 由8255 (U2)及其所属的TLP521、MC3487 等芯片构成，其输出可以作为数挖机床的开环
(或闭环)何服控制信号,三个通道最大控制轴数为6轴，由8255三个输出通道提供TTIL.单极性的何服控制信号。其中
有3轴控制信号增加了TLP521光隔电路，井经MC3487变换为具有双端输出的RS 422标准电平,从而i使伺服控制们号具
* h( Z) u3 c9 |) Y0 Z* x有远程驱动能力，其有效驱动距离不小于100m.网时还提高了系统的抗干扰能力，可以满足.工业现场控制需要。
8259及其所属的74LS240、TLP521 用于8路开关量输入，用于数控机床复位、行程超限控制，也可以作为数控加工
) P6 c& z6 f8 z3 ~* j0 e" |9 M& G启动，暫停按钮使用。由于电路采取了光电隔离措施，因此，只要在开关识别电路中适当调整屯路元器件参数，井精心设
6 J  m& u  N4 w7 v计处理程序，完全能够满足数控系统对机床复位(或限位)的高可靠性和高精度定位控制需求。此处，由于单片机无法提
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TLP521光隔电路很使用