Ejemplo de programación de microcontrolador de enlace de dos ejes

Las operaciones del autobús se refieren a algunas operaciones específicas que ocurren en el autobús, y los ciclos del autobús se refieren al tiempo necesario para completar una operación específica del autobús. Para el 8088, un ciclo de autobús típico consta de cuatro estados T. La frecuencia de reloj de PC/XT es de 4,77 MHz y la duración de cada estado T es de 210 ns. Si el pin CLK está conectado a una señal de reloj de 5 MHz, la duración de cada estado T es de 200 ns.

Respuesta 4.4:

Cuando 8088 lee y escribe memoria o interfaz de E/S, si la memoria o la interfaz de E/S no pueden cumplir con los tiempos de lectura y escritura de la CPU (es demasiado tarde para proporcionar o leer datos), la CPU necesita insertar el estado de espera TW. (Detecte la señal de listo en el borde anterior de T3 e inserte TW si no es válida).

Específicamente, TW se inserta entre T3 y T4 del ciclo de bus de lectura y escritura.

4.6 Ver páginas 99 y 110.

Algunas líneas de salida del 8088 tienen tres estados: nivel alto, nivel bajo y alta impedancia, que se denominan capacidades de tres estados. En el estado de alta impedancia, la CPU cede el control del pin y el dispositivo conectado a él asume el control.

Los pines con capacidad de tres estados son: AD7~AD0, A15~A8, A19/S6~A16/S3, ALE, IO/M*, WR*, RD*, DEN*, DT/ R*.

4.11

Ciclo de bus IO/M* WR* RD*

Lectura de memoria nivel bajo y nivel alto y nivel bajo

Memoria escribe bajo bajo alto

E/S lee alto y bajo.

E/S escribe en niveles altos y bajos.

4.12 A:

Cuando se recupera esta instrucción, se activa una operación de lectura de memoria del bus. Cuando se ejecuta esta instrucción, se activa la operación del bus de lectura de E/S. (Se omite el diagrama de tiempos)

4.13 8088 agrega [2000H] y AX (longitud 3B) en la descripción bajo la configuración mínima del sistema.

Respuesta: Obtener esta instrucción requiere tres ciclos de bus, todos los cuales son ciclos de lectura de memoria.

Al ejecutar esta instrucción, se requieren cuatro ciclos de bus, dos son ciclos de bus de lectura de memoria (los operandos de palabra de lectura participan en la operación) y dos son ciclos de bus de escritura de memoria (el resultado de la operación de 16 bits es guardado).

4.15 Ver Figura p.106

G de 74LS373 es el pin de bloqueo de nivel, que controla la luz estroboscópica y bloquea los datos cuando ya no son válidos.

Pin de habilitación de salida OE*, la señal proviene de ALE.

4.16Ver Figura P.106.

El transceptor de datos 74LS245 es un caché bidireccional de 8 bits y el extremo de control G* está activo bajo y puede transmitir datos. DIR controla la dirección de conducción: dir = 1, a→b; DIR=0, A←B.

4.17 Ver pág.

Se puede resumir como: 1. El bus de datos 8086 se convierte en 16 bits y las líneas de dirección de datos se multiplexan en AD15 ~ AD0.

La cola de instrucciones 2.8086 tiene una longitud de 6 bytes. Cuando 2 bytes están vacíos, se recupera una instrucción.

3. 8088 pin IO/M*, 8086 se convierte en M/IO *;

4 el pin SS0* se convierte en BHE*/S7, BHE* se utiliza para D15~D8. válido.

La memoria 5.8086 está organizada en bloques impares y pares. Las direcciones pares solo deben leerse una vez y las impares deben leerse dos veces.

6. La mayoría de los puertos de E/S utilizan direcciones pares para guiar los datos de 8 bits a los buses inferiores de 8 bits AD7~AD0 para mejorar la eficiencia.

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5.1

Caché, Funciones principales de la memoria y la memoria auxiliar: consulte las páginas 120 ~ 121.

Memoria virtual - ver p.121.

Desde la perspectiva de la CPU, ¿cuál es la diferencia entre acceder a la memoria principal y acceder a la memoria secundaria?

Acceso a la memoria principal: accede a las instrucciones de la máquina a través de la memoria y acceso aleatorio a través de palabras.

Acceso a la memoria secundaria: acceso secuencial por bloques a través del sistema operativo.

5.2 En la memoria de semiconductores, la RAM se refiere a la memoria de acceso aleatorio, que se puede leer y escribir, pero la información generalmente se perderá después de un corte de energía; la ROM se refiere a la memoria de solo lectura, que solo puede leer información. durante el funcionamiento normal. La información no se perderá después de un corte de energía. Tomando como ejemplo el chip EPROM 2764, su capacidad de almacenamiento es de 8K × 8 bits y tiene 8 líneas de datos y 13 líneas de direcciones. Se necesitan 82764 chips para formar un área de almacenamiento ROM de 64 KB.

5.4 ¿Cuántos pines de línea de dirección y pines de línea de datos debe tener un hipotético chip de memoria RAM con una capacidad de 4K×4 bits? Si lo diseñas, ¿qué pines de control necesita? ¿Qué funciones de control desempeñan estos pines?

Respuesta:

Un chip 4K×4 debe tener 12 pines de línea de dirección y 4 pines de línea de datos.

El pin de control debe tener:

Señal de lectura OE*: Cuando es válida, significa lectura de los datos de la unidad de almacenamiento.

Señal de escritura WE*: Cuando es válida, significa escribir datos en la unidad de almacenamiento.

Señal de selección de chip CS*: Cuando es válida, significa que el chip está seleccionado y se puede leer y escribir.

5.7 ¿Cuál es la extensión de bits y la extensión de dirección del chip de memoria? ¿Cuántos chips se necesitan para formar un área de almacenamiento de RAM de 32 KB usando el chip de RAM estática 2114 (1K * 4 bits) o el chip de RAM dinámica 4116 (16K * 1 bit)? ¿Qué tipo de extensión se requiere en la dirección del bit y en la dirección de la dirección?

Respuesta: (Ver p.140) El uso de múltiples chips para expandir el ancho de los bits de datos almacenados se llama expansión de bits.

El uso de múltiples chips para expandirse en la dirección de la dirección se llama expansión de dirección o expansión de palabras.

Un área de memoria de 32KBRAM está compuesta por SRAM 2114: se utilizan dos chips como grupo para obtener 1KB, por lo que se necesitan 32 grupos para formar 32KB, * *se requieren 64 SRAM 2114.

Utilice DRAM 4116 para formar un área de almacenamiento de 32 KBRAM: ocho chips son un grupo para obtener 16 KB, por lo que solo se necesitan dos grupos para formar 32 KB, * * * Se necesitan 16 chips de DRAM 4116.

Como equipo básico importante en la industria de fabricación de maquinaria, el desarrollo de máquinas herramienta siempre ha atraído la atención de la gente. Debido al auge de la tecnología informática, se ha producido un avance cualitativo en la información de control de las máquinas herramienta, lo que ha llevado al nacimiento y desarrollo de una nueva generación de máquinas herramienta: máquinas herramienta CNC que utilizan tecnología digital para un control automático flexible. La aparición y aplicación de las computadoras proporcionan un medio ideal para que los humanos automaticen el proceso de procesamiento. Con el desarrollo de las computadoras, las máquinas herramienta CNC se han desarrollado rápidamente y se han utilizado ampliamente. Al mismo tiempo, la gente ha cambiado fundamentalmente los conceptos tradicionales de transmisión y estructura de las máquinas herramienta. Las máquinas herramienta CNC han atraído la atención del mundo por su excelente rendimiento, precisión, funciones flexibles y diversas, y han sido pioneras en el desarrollo de productos mecánicos hacia la mecatrónica. Las máquinas herramienta CNC son productos mecatrónicos que utilizan información digital para controlar las máquinas herramienta. Registra la posición relativa de la herramienta y la pieza de trabajo, el arranque y parada del motor de la máquina herramienta, el cambio de velocidad del husillo, el aflojamiento y sujeción de la pieza de trabajo, la selección de la herramienta, el inicio y parada del enfriamiento. bomba y otra información operativa y de acción secuencial en el medio de control con números codificados y luego envía la información digital a un dispositivo CNC o computadora. Después de la decodificación y el cálculo, se emiten varias instrucciones para controlar el servosistema de la máquina herramienta u otras piezas de trabajo necesarias para realizar el procesamiento de componentes. En comparación con las máquinas herramienta ordinarias, las máquinas herramienta CNC tienen las siguientes ventajas principales: 1. Tiene una gran adaptabilidad y es adecuado para procesar piezas individuales o pequeños lotes de piezas de trabajo complejas; al reemplazar piezas de trabajo en una máquina herramienta CNC, solo necesita reprogramar la nueva pieza de trabajo para procesar la nueva pieza de trabajo. 2. Alta precisión de procesamiento; 3. Alta eficiencia de producción; 4. Reducir la intensidad de la mano de obra y mejorar las condiciones de trabajo; 5. Buenos beneficios económicos; 6. Propicio para la modernización de la gestión de la producción. Las máquinas herramienta CNC se han convertido en un producto principal en la demanda del mercado chino y la demanda aumenta año tras año.

En los últimos años, las máquinas herramienta CNC de mi país han logrado avances significativos en la industrialización y el desarrollo de productos, especialmente en los aspectos de alta velocidad, multieje, compuestos y precisión de las máquinas herramienta. Sin embargo, todavía existe una brecha entre las máquinas herramienta CNC nacionales y productos similares en los países avanzados, y no pueden satisfacer las necesidades de la construcción nacional. China es un gran país especializado en máquinas herramienta, con más de tres millones de máquinas herramienta ordinarias. Sin embargo, la calidad de las máquinas herramienta es mala y el rendimiento se queda atrás. El valor de producción promedio de una sola máquina herramienta es sólo alrededor de 1/10 del de los países industriales avanzados. Es demasiado grande y necesita una reforma urgente. La transformación CNC de máquinas herramienta antiguas, como su nombre indica, consiste en agregar dispositivos de control por microcomputadoras a las máquinas herramienta ordinarias para que tengan ciertas capacidades de automatización para lograr objetivos tecnológicos de procesamiento predeterminados. Con la creciente popularidad y aplicación de las máquinas herramienta CNC, todos comprenden los beneficios técnicos y económicos de las máquinas herramienta CNC. En la transformación tecnológica de las fábricas nacionales, la transformación del control numérico por microcomputadoras de las máquinas herramienta se ha convertido en un aspecto importante. Muchas fábricas, al comprar máquinas herramienta CNC, utilizan tecnologías CNC, pantallas digitales y PC para transformar máquinas herramienta comunes y han logrado buenos beneficios económicos. Los recursos económicos de China son limitados, el país es grande y la demanda de máquinas herramienta es enorme. Es imposible gastar una cantidad considerable de dinero para comprar nuevas máquinas herramienta CNC. Hay muchas máquinas herramienta antiguas en nuestro país. Está más en línea con las condiciones nacionales de nuestro país utilizar sistemas CNC económicos para transformar máquinas herramienta comunes, lo que no solo puede satisfacer las necesidades de procesamiento, sino también mejorar la automatización de las máquinas herramienta. menos inversión. En 1984, China comenzó a producir sistemas CNC económicos y los utilizó para modernizar máquinas herramienta antiguas. Hasta ahora, muchos fabricantes han producido sistemas CNC económicos. Se puede esperar que en el futuro, la transformación económica de máquinas herramienta mediante CNC se desarrolle rápidamente y se vuelva popular. Por tanto, este ejemplo de proyecto de graduación es típico y práctico. Capítulo 2 Diseño del esquema general 2.1 Tarea de diseño Esta tarea de diseño consiste en llevar a cabo la transformación CNC del torno ordinario CA6140. Los sistemas de alimentación longitudinal y transversal están controlados por microcomputadora de circuito abierto. El pulso equivalente en la dirección longitudinal (dirección Z) es de 0,01 mm/pulso, y el pulso equivalente en la dirección transversal (dirección X) es de 0,005 mm/pulso. El elemento impulsor utiliza un motor paso a paso, el sistema de transmisión utiliza un par de husillos de bolas y el soporte de herramientas utiliza un soporte de herramientas de indexación automática. 2.2 Demostración del plan general Para la transformación CNC económica de máquinas herramienta ordinarias, al determinar el plan de diseño general, se debe considerar realizar la menor cantidad posible de cambios en la máquina herramienta bajo la premisa de cumplir con los requisitos de diseño para reducir costos. (1) Determinación del modo de movimiento del sistema CNC El sistema CNC se puede dividir en sistema de control punto a punto, sistema de control lineal punto a punto y sistema de control continuo según el modo de movimiento. Dado que se requiere el torno CA6140 para procesar piezas de contornos complejos, este sistema CNC de microcomputadora adopta un sistema de control continuo de varillaje de dos ejes. (2) Diseño de transformación del sistema de servoalimentación El sistema de servoalimentación de las máquinas herramienta CNC se puede dividir en circuito abierto, circuito semicerrado y circuito cerrado. Porque el control de bucle abierto tiene las ventajas de una estructura simple, un diseño y fabricación sencillos, una buena precisión de control, una depuración sencilla, un precio bajo y un uso y mantenimiento convenientes. Por lo tanto, en este diseño se decidió utilizar un sistema de control de lazo abierto. (3) Diseño del circuito de hardware del sistema CNC. Cualquier sistema CNC se compone de hardware y software. El hardware es la base del sistema CNC y su rendimiento afecta directamente el rendimiento de trabajo de todo el sistema CNC. Con el hardware, el software puede ejecutarse de manera eficiente. En el diseño de dispositivos CNC, la selección de la CPU es clave. Se deben considerar los siguientes factores al seleccionar la CPU: 1. La frecuencia del reloj y la longitud de la palabra están estrechamente relacionadas con la velocidad de movimiento y la precisión del objeto controlado. 2. La capacidad de la memoria expandible está relacionada con la potencia de la función CNC. 3. La capacidad de expandir el puerto de E/S es; relacionado con la capacidad de controlar periféricos. Además, la CPU debe determinarse en función de los escenarios de aplicación, los objetos de control y diversos requisitos de rendimiento y parámetros del sistema CNC. En nuestro país, los microcontroladores de las series Z80CPU y MCS-51 se utilizan ampliamente en la transformación CNC de máquinas herramienta ordinarias, principalmente porque sus chips de soporte son baratos, versátiles, fáciles de fabricar y mantener y pueden satisfacer plenamente las necesidades de una transformación económica de máquinas herramienta CNC. . Este diseño utiliza un microcontrolador de la serie MCS-51. La serie 51 tiene instrucciones más ricas que la serie 48 y es más barata que la serie 96. En la serie 51, el 8051 no tiene ROM y el 8751 usa EPROM en lugar de ROM. Actualmente, el microcontrolador 8031 ​​es el más utilizado en ordenadores industriales. Este diseño toma como núcleo el chip 8031 ​​y agrega un sistema de control compuesto por circuitos de expansión de memoria, interfaces e interruptores de operación del panel.

2.3 Determinación del plan general Después de la demostración del plan de diseño general, en la figura se muestra el diagrama esquemático de la transformación CNC económica del torno CA6140. La velocidad del husillo del torno CA6140 conserva la función de la máquina herramienta original, es decir, cambio de velocidad manual. El movimiento de avance longitudinal (eje Z) y transversal (eje X) del torno es impulsado por motores paso a paso. La microcomputadora compuesta por una microcomputadora de un solo chip 8031 ​​es el núcleo del dispositivo CNC. La interfaz de E/S, el distribuidor de anillo y el amplificador de potencia controlan la rotación del motor paso a paso. Después de desacelerar el engranaje, el husillo de bolas gira para realizar el movimiento de alimentación longitudinal y transversal del torno. El portaherramientas se cambia a un portaherramientas de indexación automática controlado por un microordenador y accionado por un motor. Para mantener la función de corte de hilo, es necesario instalar un generador de impulsos del husillo. Por lo tanto, el husillo gira sincrónicamente con la correa dentada síncrona y envía dos señales: el número de pulsos por revolución y una señal de sincronización, que se envían al microordenador a través del circuito de aislamiento y la interfaz de E/S. Como se muestra en la Figura 2-1: Capítulo 3 Diseño del circuito de hardware del sistema CNC de microcomputadora 3.1 Diseño del esquema general del circuito de hardware del sistema CNC de microcomputadora Este sistema utiliza 8031CPU como procesador central del sistema CNC. Se utiliza una 2764EPROM externa como memoria de programa para monitorear programas y controladores para almacenar partes comunes. Luego seleccione un 6264RAM para almacenar el programa de pieza y los parámetros de trabajo que deben modificarse aleatoriamente. El chip de expansión se direcciona mediante decodificación y el decodificador 74LS138 se utiliza para completar esta función. Como extensión de los puertos de entrada y salida del sistema, el 8279 está conectado a la pantalla de entrada y salida del teclado, y el 8255 está conectado al distribuidor de anillo del motor paso a paso para controlar los motores paso a paso del eje X y Z. en paralelo. Además, también se debe considerar el aislamiento óptico y el circuito de amplificación de potencia entre la máquina herramienta y el microcontrolador. El diagrama de bloques de hardware se muestra en la Figura 3-1: Figura 3-2 Diagrama de estructura interna del chip 8031. Las funciones de cada pin se presentan brevemente de la siguiente manera: 1. Pin fuente VSS: terminal de tierra de alimentación. Vcc: terminal de alimentación de 5v. 1. Líneas de puertos de entrada/salida (E/S) El microcontrolador 8031 ​​tiene cuatro puertos P0, P1, P2 y P3, y cada puerto tiene ocho líneas de E/S. Cuando el sistema expande la memoria externa, el puerto P0 se usa para generar los datos paralelos inferiores de 8 bits y el puerto P2 se usa para generar la dirección superior de 8 bits. Además de ser un puerto paralelo cuasi-bidireccional de 8 bits, el puerto P3 tiene una segunda función. La segunda función de cada pin se define de la siguiente manera: P3.0 RXD: Terminal de entrada de datos serie. P3.1 TXD: Salida de datos serie P3.2 INT0: Entrada de señal de solicitud de interrupción externa 0. P3.3 INT1: Entrada de señal de solicitud de interrupción externa 1. P3.4 T0: Entrada externa para temporizador/contador 0 P3.5 T1: Entrada externa para temporizador/contador 65438 p 3.6 WR 0: Escritura estroboscópica para memoria de datos externa. P3.7 RD: Luz estroboscópica de lectura de memoria de datos externa. Antes de que se ejecute la segunda función, el programa debe establecer el pestillo de salida de la segunda función en 1. Línea de control de señal RST/VPD: RST es el pin de entrada de la línea de señal de reinicio. Después de que el circuito del reloj funcione, si aparece un nivel alto en este pin durante más de dos ciclos de la máquina, se completa la operación de reinicio. El microcontrolador 8031 ​​adopta dos métodos de reinicio: uno es el reinicio automático después del encendido y el otro es el reinicio por interruptor. Ale/Prog: Ale es la señal de permiso de bloqueo de datos. Su función es bloquear la dirección inferior de 8 bits enviada por la CPU desde el puerto P0 en un pestillo adicional. : Señal estroboscópica de lectura de memoria de programa externa. Efectivo cuando está bajo.

VPP: Cuando EA es de nivel alto y el valor de PC es menor que 0FFFH, la CPU ejecuta el programa en la memoria interna del programa. Cuando EA es bajo, la CPU solo ejecuta el programa en la memoria de programa externa. XTAL1: Cuando se utiliza un oscilador externo, la entrada del amplificador inversor del oscilador debe estar conectada a tierra; XTAL2: La salida del amplificador inversor del oscilador, cuando se utiliza un oscilador externo, recibe la señal de oscilación periférica (2) En la práctica; aplicaciones, Necesidad de ampliar la memoria externa y los puertos de E/S. Además de los puertos de alimentación, reinicio, entrada de reloj y E/S de usuario, todos los pines del microcontrolador están configurados para la expansión del sistema. Estos pines forman un formato de tres buses: 1. Bus de direcciones AB El ancho del bus de direcciones es de 16 bits. Por lo tanto, el rango direccionable directo de memoria externa es 64 KB.

El puerto P0 proporciona la dirección inferior de 8 bits (A7 ~ A0) del bus de direcciones de 16 bits a través del pestillo de dirección, y el puerto P2 proporciona directamente la dirección alta de 8 bits (A15 ~ A8). 2. El ancho del DB del bus de datos es de 8 bits y lo proporciona el puerto P0. 13. Bus de control El bus de control CB consta del puerto P3 en el segundo estado funcional y cuatro líneas de control independientes RST, EA, ALE y PSEN. El diagrama de pines se muestra en la Figura 3-3: 3.1.2 Chip de expansión del puerto de E/S paralelo programable 8255A El chip de expansión del puerto de E/S paralelo programable 8255A se puede conectar directamente al bus del sistema del microcontrolador de la serie MCS. Tiene tres puertos de E/S paralelos de 8 bits y tres modos de funcionamiento. A través de la programación, puede completar fácilmente el intercambio de información entre la CPU y los dispositivos periféricos mediante transmisión incondicional, transmisión de consulta o transmisión de interrupción. La estructura y las funciones de pin de 8255A: 1 y la estructura interna de 8255A se muestran en la Figura 3-4. Incluye tres puertos de E/S de datos paralelos de 8 bits, dos circuitos de control de modo de funcionamiento, un circuito lógico de control de lectura/escritura y un búfer de bus de datos de 8 bits. Las funciones de cada parte se presentan a continuación: (1) Tres puertos de E/S paralelos de 8 bits A, B y C A: con un pestillo/búfer de salida de datos de 8 bits y un pestillo de entrada de datos de 8 bits. Se puede programar como una entrada de 8 bits, una salida de 8 bits o un registro bidireccional de 8 bits. Puerto B: Tiene un pestillo/búfer de salida de datos de 8 bits y un registro de entrada o salida de 8 bits, pero no puede realizar entrada/salida bidireccional. Puerto C: Tiene un pestillo/búfer de salida de datos de 8 bits y un búfer de entrada de datos de 8 bits. El puerto C se puede dividir en dos puertos de 4 bits para entrada o salida, y también se puede utilizar como señal de control de estado cuando el puerto A y el puerto B están activados. (2) Dos grupos de circuitos de control del modo de trabajo A y B dividen los tres puertos en dos grupos A y B. El grupo A controla los bits del puerto A y los cuatro bits del puerto C, y el grupo B controla los bits del puerto B y puerto C. Cuatro bits. Cada uno de los dos grupos de circuitos de control tiene un registro de comando de control, que se utiliza para recibir la palabra de control escrita por la CPU y determinar el modo de funcionamiento de los dos grupos de puertos. El puerto C también se puede borrar o establecer en "1" según los requisitos de la palabra de control. (3) El circuito lógico de control de lectura y escritura recibe señales de dirección y algunas señales de control de la CPU para controlar el estado de funcionamiento de cada puerto. (4) Búfer del bus de datos Es un búfer bidireccional de tres estados que se utiliza para conectarse directamente al bus de datos del sistema para realizar la transmisión de información entre la CPU y el 8255A.