RAM ROM 驱 CPU I/O 接口 步进电机 动器
外 设 键盘、显示器及其它 图 3-1 机床数控系统硬件框图（半闭环系统）
3.2.2 选择CPU的类型
对于计算精度要求较高、处理速度要求较快的系统，可选用8位机。则Intel公司的MCS-51系列单片机硬件结构合理，指令系统规范，适合经济型数控机床。
3.2.3 MCS-51系列指令系统简介
MCS—51系列指令系统共有111条基本指令，其中单字节指令有49条，双字节指令有45条，单字节指令有17条。
（1）MCS—51系列指令系统的七种寻址方式简介
① 立即寻址 跟在操作码后的一个字节就是实际操作数。
② 直接寻址 指令中直接给出参加运算或传送的数的地址。可以访问三种地址：特殊功能寄存器SFR、内部RAM128字节个单元、221个地址空间。
③ 寄存器寻址 指定某一可寻址的寄存器的内容为操作数。寻址空间是R0～R7、A、B、DPTR。
④ 寄存器间接寻址 由指令指定某一寄存器的内容作为操作数地址，选定R0、R1、SP、DPTR（16位）来存放地址，使用时前加@。
⑤ 变址寻址 由争论指定的偏移量寄存器或称变址寄存器和基址寄存器 DPTR或PC相加所得结果作为操作数地址。
⑥ 相对寻址 在指令中给定的地址偏移量与本指令所在单元地址（即PC
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内容）相加，即得到真正有效的单元地址。
⑦ 位寻址 对内部RAM的128位和SFR块内的93位进行位操作。 （2）MCS—51系列指令系统主要指令简介 MCS—51系列指令系统111条指令可分为五类： ① 数据传送类 29条 ② 算术操作类 24条 ③ 逻辑操作类 24条 ④ 控制程序转移类 17条 ⑤ 布尔变量操作类 17条
3.2.4 定时器/计数器
MCS—51系列单片机提供两个十六位可编程的定时器/计数器，即T0和T1。他们具有两种工作方式和四种模式。其工作原理如下图所示。
定时器/计数器的结构框图
定时器/计数器的核心是加一计数器，加一计数器脉冲有两个来源，一个是外部脉冲源，另一个是系统的时钟振荡器。
有两个模拟开关，前一个开关就是特殊寄存器TMOD的相应位，后一个模拟开关就是特殊寄存器TCON的相应位。
TMOD和TCON是专门用于定时器/计数器的控制寄存器。用户可以用指令对其各位进行写入或更改操作，从而选择不同的工作状态或启动时间，并可设置相应的控制条件。 （1）TMOD控制寄存器
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GATE——门控位或叫选通位，用来确定对应的外部中断请求引脚是否参与
T0或T1的操作控制。
C/T——计数器方式或定时器方式的选择位。C/T=1时，计数方式；
C/T=0时，定时器方式。
M1和M0——工作模式控制位，4种工作模式。
00 模式0：TLX中的低5位和THX的高8位构成13位计数器。 01 模式1：TLX与THX构成16位计数器。 10 模式2：可自动再装入的8位计数器。
11 模式3：把定时器0分成两个8位计数器，关闭定时器1。
（2）TCON 控制寄存器
TF0、TF1——定时器T0、T1溢出标志位，为1时申请中断。
TR0、TR1——定时器T0、T1运行控制位，有软件设定，来控制定时器/计数器开启或关闭。
IE0、IE1——外部中断源的标志，为1时表示外部中断源向CPU申请中断。 IT0、IT1——外部中断源触发控制位。
3.2.5 中断系统
MCS—51系列单片机提供五个中断源，配备两个中断优先级，INT0、INT1输入外部中断请求，两个片内定时器/计数器T0和T1溢出中断请求TF0和TF1，一个片内串行口中断请求TI和RI。
各中断源所对应的中断服务程序的入口地址和优先级如下： 中断源 入口地址 优先级 INT0 0003H 0 T0 000BH 1 INT1 0013H 2 T1 001BH 3 串行口中断 0023H 4
3.2.6 存储器扩展电路的设计
存储器扩展电路设计包括程序存储器和数据存储器的扩展。在选择程序存储
器芯片时，要考虑CPU与EPROM时序的匹配，还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量问题。
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MCS-51系列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑，对简单的应用场合MCS-51系列的最小系统用一片8031外扩一片EPROM就能满足功能的要求。对于复杂的应用场合，可利用MCS-51的扩展功能，构成功能强，规模大的系统。
（1）程序存储器ROM的扩展
在机电控制系统中，目前用来扩展程序存储器的主要是EPROM芯片，且MCS-51的程序存储器的寻址空间为64KB，8031不带ROM。
①常用的ROM芯片及引脚
常用的半导体ROM芯片有：2716（2K×8）、2732A（4K×8）、2764、（8K×8）、27128（16K×8）、27256（32K×8）、27512（64K×8）。2764、27128、27256、27512芯片均有28脚双列直插式平封装芯片。引脚向下兼容。如下图是2764管脚配置：
②地址锁存器常用的地址锁存器芯片是74LS373。74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器。其真值表如下：
OE L L L
74LS373的引脚如下图：
G H H L D H L X Q H L Q0 19
（2）数据存储器RAM的扩展
常用的静态RAM芯片有6116（2K×8）、6264（8K×8）、62256（32K×8）等，6264、62256均采用CMOS工艺、28脚双列直插式平封装。6264引脚及逻辑符号见下图：
3.2.7 译码电路设计
（1）MCS—51系列单片机应用系统中的地址译码规则
① 程序存储器和数据存储器独立编址。程序存储器地址和数据存储器地址可以重叠使用。都是从0000H～FFFFH。
② 外围I/O芯片与扩展数据存储器统一编址，外围I/O芯片占用数据存储器地址单元，且使用数据存储器的读/写控制信号与读/写指令。
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小型数控立式铣床工作台升降和制动装置设计 - 图文
