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1、精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上 目 錄 第1章 設計任務···············································3 1.1 設計總體任務·············································3 1.2 設計參數·················································3 1.3 設計內容·················································3 1.4 設計任務···························

2、······················3 第2章 概述····················································4 第3章 總體設計方案············································5 3.1 減速傳動機構的設計········································5 3.2 上刀鎖緊與精定位機構的設計································5 3.3 刀架抬起機構的設·································

3、·········5 3.4自動回轉刀架的工作原理······································5 第4章 數控車床回轉刀架機械部分設計························8 4.1 蝸桿副的設計計算···········································8 4.1.1蝸桿的選型··············································8 4.1.2蝸桿副的材料···········································8 4.1.3按齒面接觸疲勞

4、強度進行設計·····························8 4.2滾動軸承的選項·············································10 4.2.1概述··················································10 4.2.2滾動軸承的選型········································11 4.2.3滾動軸承的配合········································11 4.2.4滾動軸承的密封··················

5、······················11 第5章 電氣控制部分設計·····································12 5.1 中央處理單元MS-89C51·····································12 5.1.1 MCS-51單片機的結構和工作原理·······················12 5.1.2 MCS-51單片機的工作方式·······························15 5.2端口擴展單元8255的介紹···································1

6、7 5.3 鍵盤顯示接口8279介紹 ····································24 5.4 硬件電路設計·············································25 5.5 控制軟件設計·············································27 第6章 總結···················································29 第7章 參考文獻···············································

7、30 第1章 設計任務 一．設計任務 題目：數控車床自動回轉刀架機電系統(tǒng)設計 任務：設計一臺四工位的臥式自動回轉刀架，適用于C616或C6132經濟型數控車床。 二．設計參數 推薦刀架所用電機的額定功率為90W，額定轉速為1440r/min, 換刀時要求刀架轉動的速度為30r/min。 三．設計內容 1.總體結構設計 2.主要傳動部件的設計計算 3.電氣控制部分設計 1）硬件電路設計 2）控

8、制軟件設計 4.編寫設計說明書 四．設計任務 1.模擬整體設計方案 2.機械結構裝配圖一張（A0圖） 3.控制系統(tǒng)設計 要求完成一張A1圖紙的硬件電路設計工作，設計控制系統(tǒng)的主要軟件流程，對RAM和I/O接口芯片進行詳細編程。 4.設計說明書 要求清楚地敘述整個設計過程和詳細的設計內容，包括總體方案的分析，比較和確定機械系統(tǒng)的結構設計，主要零部件的計算與選型，控制系統(tǒng)的電路原理分析，軟件設計的流程圖以及相關程序等。撰寫的內容不少于7000字符，要求內容豐富，條理清晰圖文并茂，符合國標。 該題目由多人合作完成每個人要適當分工，每個人的工作內容都要有不同的側重點并在設計說明書

9、中注明，對于自己側重的部分要詳細的進行論述。 五．時間分配 1.分析研究設計任務，總體方案論證設計：2-3天； 2.機械系統(tǒng)設計：5-6天； 3.控制系統(tǒng)設計：4-5天； 4.軟件設計：1-2天； 5.編寫設計說明書：2-3天; 6.整理資料及答辯：1天。 第2章 概述 設計一臺四工位的臥式自動回轉刀架，適用于C616或C6132經濟型數控車床。要求繪制自動回轉刀架的機械結構圖，設計控制刀架自動轉位的硬件電路，編寫刀架的控制軟件

10、，推薦刀架所用的電動機的額定功率為90W，額定轉速為1440 r/min，換刀時要求刀架轉動的速度為30 r/min。 經濟型數控是我國80年代科技發(fā)展的產物。這種數控系統(tǒng)由于功能適宜，價格便宜，用它來改造車床，投資少、見效快，成為我國“七五”、“八五”重點推廣的新技術之一。十幾年來，隨著科學技術的發(fā)展，經濟型數控技術也在不斷進步，數控系統(tǒng)產品不斷改進完善，并且有了階段性的突破，使新的經濟型數控系統(tǒng)功能更強，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結構簡單，維修方便。由于這項技術的發(fā)展增強了經濟型數控的活力，根據我國國情，該技術在今后一段時間內還將是我國機械行業(yè)老設備改造的很好途徑。對于原有老的經濟型數

11、控車床，特別是80年代末期改造的設備，由于種種原因閑置的很多，浪費很大；在用的設備使用至今也十幾年了，同樣面臨進一步改造的問題通過改造可以提高原有裝備的技術水平，大大提高生產效率，創(chuàng)造更大的經濟效益。 第3章 總體方案設計 3.1傳動機構的減速設計 普通的三相異同步電動機因轉速太快，不能直接驅動刀架進行換刀，必須經過適當的減速。根據立式轉位刀架的結構特點，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸桿副傳動可以改變運動的方向，獲得教大的傳動比，保證傳動精度和平穩(wěn)性。并且具有自

12、鎖功能，還可以實現整個裝置的小型化。 3.2 上刀鎖緊與精定位機構的設計 由于刀具直接安裝在刀體上，所以刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設計上刀體的鎖緊與定位機構選用端面齒盤，將上刀體與下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當刀架處于鎖緊狀態(tài)時，上下端面齒相互嚙合，這時上刀體不能繞刀架的中心軸轉動；換刀時電動機正轉，抬起機構使上刀體抬起,等上下斷面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉動，完成轉位動作。 3.3 刀架抬起機構的設計 要想使上下刀體的兩個斷面齒脫離，就必須設計合適的機構使刀體抬起。本設

13、計選用螺桿－螺母副，在齒盤軸內部加工出內螺紋，當電動機通過蝸桿－蝸輪帶動齒盤軸繞中心軸轉動時，作為螺母的齒盤軸要么轉動，要么上下移動。當刀體處于鎖緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的斷面相互嚙合，因為這時齒盤軸不能與蝸輪一起轉動，所以蝸輪的轉動會使上刀體向上移動，當端面齒脫離嚙合時，齒盤軸就與蝸輪一起轉動。 設計螺桿時要求選擇適當的螺距，以便當蝸輪轉動一定角度時，使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。 3.4 自動回轉刀架的工作原理 自動回轉刀架的換刀流程圖如下圖 1所示 圖2表示自動回轉刀架在換刀過程中有關銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要的作用。

14、 ? 當刀架處于鎖緊狀態(tài)時，兩銷的情況如圖a所示，此時反靠銷6落在反靠圓盤7的十字槽內，上刀體4的端面齒和下刀體的端面齒處于咬合狀態(tài) ? 需要換刀時，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉位信號，三相異步電動機正向旋轉，通過蝸桿副帶動螺桿正向轉動，與蝸桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；于此同時，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉動(上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿連接)當轉過約170時，上蓋圓盤1直槽的另一端轉到圓柱銷2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內，于是上蓋圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉動起來（此時端面齒已經完全脫開）如圖b所示 ? 上蓋圓盤1，圓柱銷2以及上刀體

15、4在正轉的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時的正向轉動，如圖c所示 ? 上刀體4帶動磁鐵轉到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動機反轉，上蓋圓盤1通過圓柱銷2帶動上上刀體4開始反轉，反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內，至此。完成粗定位，如圖d所示。此時，反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內爬不上來，于是上刀體4停止轉動，開始下降，而上蓋圓盤1繼續(xù)反轉，其直槽的左側斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷孔內，之后，上蓋圓盤1的下表面開始與圓柱銷2的頭部滑動。在此期間，上，下刀體的端面齒逐漸咬合，實現

16、精定位。當蝸桿轉動產生軸向位移，壓縮彈簧，套筒的外圓壓縮開關使刀架電動機停轉，整個換刀過程結束。 ? 由于蝸桿副有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定的工作。 ?刀架電動機正轉 螺桿正轉 上蓋圓盤正轉 上刀體抬起 端面齒錯開 圓柱銷落入上蓋圓盤 反靠端面齒嚙合 上刀體下降 粗定位 上刀體旋轉 到位回答 電動機反轉 螺桿反轉 電動機停轉 自動鎖緊 精定位 ? 圖1自動換刀流程

17、 a b c d 圖2刀架轉位過程中銷的位置 a)換刀開始時，圓柱銷2與上蓋圓盤1可以相對滑動。b)上刀體4完全抬起后，圓柱銷2落入上蓋圓盤1的槽內，上蓋圓盤1將帶動圓柱銷2及上刀體一起轉動。c)上刀體4連續(xù)轉動時，反靠銷6可以從反靠圓盤7的槽左側斜坡滑出。d)找到刀位時，刀架電動機反轉反靠銷6反靠，上刀體停轉，實現粗定位。 1.上蓋圓盤 2. 圓柱銷 3.彈簧 4.上刀體 5.圓柱銷 6.反靠銷

18、 7.反靠圓盤 第4章 數控車床自動回轉刀架機械部分設計 4.1 蝸桿副的設計計算 自動回轉刀架的動力源是三相異步電動機，其中蝸桿與電動機直連，刀架轉位時蝸輪與上刀體直連。已知電動機的額定功率 P1＝90W，額定轉速n1＝1440r/min，上刀體設計轉速n2＝30r/min，則蝸桿副的 傳動比i=n1/n2＝1440/30=48。刀架從轉為到鎖緊時，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，起動時沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命Lh＝10000h 。 4.1.1蝸桿的選型 GB/T10085—1988推薦采用漸開線蝸桿（ZI蝸桿）和錐面包絡蝸桿（ZK蝸桿）。本設計采用結構簡單，制造

19、方便的漸開線型圓柱蝸桿（ZI型）。 4.1.2蝸桿副的材料 刀架的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉速較高，因此，蝸桿的材料選用45鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為45～55HRC，以提高表面耐磨性；蝸輪的轉速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZCUSN10P1，采用金屬模鑄造。 4.1.3按齒面接觸疲勞強度進行設計 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動，多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，在進行承載能力計算時，先按齒面接觸強度進行設計，在按齒根彎曲疲勞程度校核。 按蝸輪的 接觸疲勞強度條件設計計算公式為 a ≥

20、 式中 a -----蝸桿副的傳動中心距，單位為mm; K ------載荷系數； 　　　　　　　　　　T2-------作用在蝸輪上的轉矩T2，單位N?mm； ZE-------彈性影響系數，單位Mpa1/2 ZP-------接觸系數； -------需用接觸應力，單位為MPa 從式中算出蝸桿副的中心距a之后，根據已知的傳動比i=48，從表中選擇一個合適的中心距a值，以及相應的蝸桿 蝸

21、輪參數。 （1） 確定作用在蝸輪上的轉矩T2 設蝸桿頭數Z1＝1，蝸桿副的傳動效率取=0.8。有電動機的額定功率P1=90W，可以算得蝸輪的傳遞功率P2＝P1,再由蝸輪的轉速n2＝30r/min 求得作用在蝸輪上的轉矩 ： T2 ＝9.55＝9.55＝9.55×N?m=22.92N?m (2) 確定載荷系數K 載荷系數K＝KAKBKV.其中的KA為使用系數，由查表1得出，由于工作載荷不均勻，起動時沖擊較大，因此取KA＝1.15；KB為齒向載荷分布系數，因工作載荷在起動和停止時有變化，故取KB＝1.15；KV為運動系數，由于轉速不高，沖擊不大。可取KV＝1.05

22、。則載荷系數 ： K＝KAKBKV＝1.15×1.15×1.05≈1.39 （3）確定彈性影響系數ZE 鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時，從有關手冊查得彈性影響系數ZE ＝160Mpa1/2 。 （4）確定接觸系數 Zp 先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.35，從圖1中可差得接觸系數Zp＝2.9。 圖-1-圓柱蝸桿傳動接觸系數Zp （5）確定需用接觸應力 根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCUSN10P1金屬模鑄造、蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，可從表2中差得蝸輪的基本需用應力 ＝268Mpa。已知蝸桿為單頭，蝸

23、輪每轉以轉時每個輪齒嚙合的次數 j=1；蝸輪轉速n2＝30r/min;蝸桿副的使用壽命Lh=10000h. 則應力循環(huán)次數 : N=60jn2Lh=60×1×30×10000=1.8×107 壽命系數 : KHN==0.929 需用接觸應力 = KHN×=0.929 ×268Mpa≈249Mpa 表-2-鑄造錫青銅蝸輪的許用應力 (6) 計算中心距 將以上各參數代入式a ≥ ,求得中心距 : a ≈ 48mm 查表3可知,取中心距a=50m

24、m,已知蝸桿頭數z1=1,設模數m=1.6mm,得蝸桿分度圓直徑d1=20mm.這時d1/a=0.4,由圖1得接觸系數 ZP1 =2.74.因為ZP1 < Zp,所以上述計算結果可用. 表-3-普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數及其蝸輪參數的匹配 （7）蝸輪蝸桿的主要參數與幾何尺寸 由蝸桿和蝸輪的基本尺寸和主要參數, 算得蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸后,即可繪制蝸桿副的工作圖了. 1） 蝸桿參數與尺寸 頭數Z1=1，模數m=1.6mm,軸向齒距Pa=∏m=5.027mm,軸向齒厚Sa=0.5∏m=2.514mm,分度圓直徑d1=20mm,直徑系數q=d1/m=12.5,分

25、度圓導向角Y=arctan(z1/q)=4°34ˊ26ˊˊ.取齒頂高系數ha=1,徑向間隙系數c=0.2,則齒頂圓直徑da1=d1+2ha*m=20mm+2*1*1.6mm=23.2mm,齒根圓直徑df1=d1-2m(ha+c)=d1-2m(ha+c)=[20-2*1.6*(1+0.2)]mm=16.16mm 2） 蝸輪參數與尺寸 齒數Z2=48,模數m=1.6mm,分度圓d2=mz2=1.6*48mm=76.8mm,變位系數x2=[a-(d1+d2)/2]/m=1,蝸輪喉圓直徑為da2=d2+2m(ha+x2)=83.2mm,蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2m(ha-x2+c)=76.1

26、6mm,蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-da2/2=8.4mm. (8) 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強度 即檢驗下式是否成立 : ≤[] 式中 蝸輪齒根彎曲應力,單位為Mpa; 蝸輪齒形系數; 螺旋角影響系數; [] 蝸輪的許用彎曲應力,單位為Mpa. 由蝸桿頭數z1=1,傳動比i=48,可以算出

27、蝸輪齒數z2=iz1=48. 則蝸輪的當量齒數 Zv2= =48.46 根據蝸輪變位系數x2=1和當量齒數zv2=48.46,查圖2可得齒形系數 =1.95 圖-2-蝸桿齒輪系數 螺旋角影響系數: =1-=0.967 根據蝸輪的材料和制造方法,查表4可得蝸輪基本許用彎曲應力; []’=56MPa 表-4-蝸輪的基本許用彎曲應力

28、 蝸輪的壽命系數: KFN ==1.725 蝸輪的許用彎曲應力: []=[]’KFN =40.6Mpa 將以上參數代入式≤[],得蝸輪齒根彎曲應力: ≈37.4Mpa 可見< [],蝸輪齒根的彎曲強度滿足要求. 4.2滾動軸承的選項 4.2.1概述 滾動軸承是現代機器中廣泛應用過的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉動零件的。與

29、滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數已經標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據具體工件條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調整、潤滑、密封等有關的“軸承裝置設計”問題。 4.2.2滾動軸承的選型 考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用可以同時承受徑向載荷及軸向載荷的角接觸球軸承，安裝時可調整軸承的游隙。然后根據安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號分別為：7204C、51106、51107。軸承的游隙和預緊時靠端蓋下的墊片來調整的，這樣比較方便。 4.2.3滾動軸承的配合 滾動軸承是標準

30、件，為使軸承便于互換和大量生產，軸承內孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準。 4.2.4滾動軸承的密封 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩大類。 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)形螺旋彈簧的緊扣作用而緊套在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內；如果主要是為了防止外物浸入，密封唇應朝外。

31、 第5章 電氣控制部分設計 5.1 中央處理單元MS-89C51 5.1.1 MCS-51單片機的結構和工作原理 (1)MCS-51內部資源及特點 1、內部資源 MCS-51系列單片機的各種型號均是以8051為核心電路發(fā)展起來的。因此具有MCS-51的基本結構與軟件特征。 8051內包括： 適于控制應用的8位CPU； 具有布爾處理（位處理）能力； 4KB程序存儲器； 128B數據存儲器 32根雙向并可以按位尋址的I/O線 1個全雙工串行口I/O線； 2個16位定時計數器器； 6源/

32、5向量中斷結構，具有兩個優(yōu)先級； 片內時鐘振蕩器 2、性能特點 單片機為哈佛結構的計算機，除上述基本資源外，還具 有如下特點： 外部程序存儲器：可擴展到64KB； 外部數據存儲器：可擴展到64KB； 堆 棧：最深128B/256B； 輸入 / 輸出口線：32根； 寄 存 器 區(qū)：劃出RAM中32B作為通用寄存器； 具有位尋址功能； 單一“+5V”電源； 系統(tǒng)時鐘1~12 MHz，常用12MHz、11.0592MHz 和 6MHz。 （2）MCS-51單片機基本結構 內

33、部結構簡圖如圖2-1所示 包括：CPU、存儲器（ROM、RAM）、I/O接口等計算機的基本組成。 （3）MCS-51外部引腳及功能、I/O接口電路 1、外部引腳 MCS-51共40個引腳，大致可分為四類，其管腳分布如圖2-2所示。 1）電源引腳VCC和VSS VCC：40腳，電源端，+5V VSS：20腳，接地端（GND） ? 2）時鐘電路引腳 XTAL1：19腳，外接晶振輸入引腳。 XTAL2：18腳，外接晶振輸出引腳。 ? 3）控制線引腳 共4根，其中3根為雙功能 RST/VPD ：9腳，復位/備用電源。 RST

34、---通過外接復位電路實現上電復位或按鍵復位。 VPD---可外接備用電源，在VCC掉電時向RAM供電。 /VPP ：31腳，內外ROM的選擇/ EPROM編程電源。 =0：訪問外部ROM； =1：訪問內部ROM； PC值超過0FFFH（4KB）時，自動轉向外ROM。 VPP ---在8751片內EPROM編程期間，為21V編程電源輸入端。 ALE/ ：30腳，地址鎖存允許/編程脈沖。 ALE---訪問外RO

35、M或RAM時，用來驅動地址鎖存器鎖存P0口分時送出的低8位地址（下降沿有效）。不訪問外存儲器時，該端以1/6時鐘頻率輸出正脈沖，可用作為外部時鐘。帶8個LS型TTL門電路。--- 8751片內EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 第29腳，讀外部ROM選通信號，即該腳有效時（上升沿），外ROM允許輸出。每個機器周期2次有效。從內部ROM取指時不產生?？蓭?個LS型TTL門電路。 5) I/O引腳 P0口：P0.0~P0.7，39~32腳，外接存儲器時作地址/數據分時 使用口線；不接外部存儲器時，可用作為8位準雙向 I/O口

36、。 P1口：P1.0~P1.7，1~8腳，8位準雙向I/O口。 P2口：P2.0~P2.7，21~28腳，8位準雙向I/O口。外接存儲器時，作為高8位地址總線。 P3口：P3.0~P3.7，10~17腳，8位準雙向I/O口，出于芯片引腳數的限制，P3口具有第二輸出、輸入功能。 2 I/O接口電路 MCS-51單片機有4個8位并行I/O口，P0～P3，共32根口線。每個端口都包括鎖存器（即SFR：P0-P3）、輸出驅動器、兩個三態(tài)緩沖器以及控制電路 系統(tǒng)總線：地址總線（16位）：P0（地址低8位）、P2口（

37、地址高8位） 數據總線（8位）：P0口（地址/數據分時使用）； 控制總線（6根）：P3口的第二功能、和9、29、30、31腳；供用戶使用的端口：P1口、部分未作第二功能的P3口；P0口作地址/數據時，是真正的雙向口，三態(tài)，負載能力為8個LSTTL電路；P1～P3是準雙向口，負載能力為4個LSTTL電路。P0～P3在用作輸入之前必須先寫“1”，即：（P0）=FFH ~（P3）=FFH 。 （4）MCS-51單片機存儲器結構 MCS-51存儲器可分為五類：程序存儲器、內部數據存儲器、特殊功能存儲器位尋址區(qū)、外部擴展的數據存儲器和擴展I

38、/O口. 1) 程序存儲器ROM 1、程序存儲器作用及尋址范圍 作用：存放指令（程序）的存儲器，用PC作地址指針。 尋址范圍：0000～FFFFH，共64KB；片內、片外統(tǒng)一編址。 片內：PC=0000～0FFFH； 片外：PC=1000～FFFFH； 2、ROM低端的幾個特殊入口地址 0000H：CPU開始執(zhí)行指令時的第一個取指單元，每次執(zhí)行時PC的內容總是0000H； 0003H~002B：中斷專用固定入口地址（系統(tǒng)規(guī)定）； 一般：我們總是從ROM的0030H單元開始存放用戶指令

39、。 3、8031內部無程序存儲器 由于8031無片內程序存儲器，需外接，因此， 端必須 4、8051、8751內部有4KB ROM/EPROM外接低電平。 =0，使用外部程序存儲器； =1，使用內部程序存儲器4KB空間，當PC的值超過4KB范圍時，自動轉向外部程序存儲器。 2) 數據存儲器RAM 1、片內128字節(jié)的數據存儲器可分為三部分 （1）工作寄存器區(qū)0區(qū)~3

40、區(qū) 地址從00H~1FH，共有32個字節(jié)。每8個字節(jié)（記作R0~R7）構成一個區(qū)，共4個區(qū)。工作寄存器區(qū)的選擇由程序狀態(tài)字PSW中的RS1和RS0位的 確定。在8051芯片復位后，系統(tǒng)自動指向工作寄存器0區(qū)。工作寄存器R0~R7在編程中極為有用，它一般用作數據緩沖寄存器，如果不用作工作寄存器，這個區(qū)域中的32個字節(jié)可以直接按字節(jié)訪問，作為數據存儲器使用。 （2）位尋址區(qū) 該區(qū)域地址從20H到2FH，共16個字節(jié)，128位，使用指令可以尋址到位。對應的位地址為00H~7FH。位地址的表示方法與片內RAM字節(jié)地址的表示方法一樣，都是00H~7FH，但字節(jié)操作指令與位操作指令不同，使用時應

41、注意區(qū)分。位地址還有一種表示方法，即用它們的字節(jié)地址加位數來表示。例如：位08H~0FH也可寫成21.0~21.7等。其中，“.”之前為該位所在的字節(jié)地址，“.”之后為該位在該字節(jié)中的位號。 位尋址區(qū)是布爾處理器的一部分，該區(qū)域的16字節(jié)均可按字節(jié)訪問。 （3）數據區(qū) 地址從30H到7FH，共80個字節(jié)，可作為用戶數據存儲器，按字節(jié)訪問。用戶堆棧通常在該區(qū)域開辟。 3) 特殊功能寄存器區(qū)SFR 8051把CPU中的專用寄存器、并行端口鎖存器、串行口與定時器/計數器內的控制寄存器等集中安排到一個區(qū)域，離散地分布在地址80H~FFH范圍內，這個區(qū)域稱為特殊功能寄存器區(qū)SFR。特殊功能寄存

42、器區(qū)共有128個字節(jié)，在物理上它和片內128字節(jié)RAM分別占有高128字節(jié)地址區(qū)域和低128字節(jié)地址區(qū)域，構成了連續(xù)的256個字節(jié)空間。在性質上它們都屬于數據存儲器。8051共有21個特殊功能寄存器，其中程序計數器PC在物理上是獨立的。SFR區(qū)實際上定義了20個特殊功能寄存器，它們占據21個字節(jié)（DPTR占用兩個字節(jié)）。訪問特殊功能寄存器，只能使用直接尋址方式。該區(qū)域內的其它字節(jié)均無定義，訪問它們是無意義的。 5.1.2 MCS-51單片機的工作方式 MCS-51系列單片機共有復位、程序執(zhí)行、低功耗、編程和校驗四種工作方式，下面介紹前三種. 復位方式 1） 復位操作 復位

43、操作是單片機的初始化操作，單片機在進入運行前和在運行過程中程序出錯或操作失誤使系統(tǒng)不能正常運行時，需要進行復位操作。復位操作后，程序將從0000H開始重新執(zhí)行，復位時特殊功能寄存器的狀態(tài)如表2.6所示。除此之外，復位操作還使單片機的ALE和PSEN引腳信號在復位期間變?yōu)闊o效狀態(tài)。 2） 復位工作方式 單片機對復位信號的要求：一是復位信號為高電平，二是復位信號有效持續(xù)時間不少于24個振蕩脈沖（兩個機器周期）以上。在這里特別要提醒的是，在一個應用系統(tǒng)中，如果有幾片單片機同時工作，在程序上有連接關系，系統(tǒng)復位時，應確保每一片單片機同時復位。復位信號由單片機的RST引腳輸入，復位操作有上電自動復位

44、、按鍵復位和外部脈沖復位三種方式，見圖2.5所示。隨著單片機技術的發(fā)展，目前有些單片機內部帶有看門狗電路，當程序進行出錯或進入了無休止循環(huán)時，看門狗電路將利用軟件強行使系統(tǒng)復位。 程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。系統(tǒng)復位PC=0000H，程序從0000H開始執(zhí)行，考慮到單片機存儲器結構的特殊性（0003H-0002BH共四十個單元，預留用于中斷程序），在0000H-0002H中放一條無條件轉移指令，程序從指定的地址開始執(zhí)行。 配合程序調試，程序又可運行在單步、跟蹤、全速運行三種執(zhí)行方式。目前一般仿真器都提供了這三種程序執(zhí)行方式。隨著科學技術的發(fā)展，在線可編程（IS

45、P）單片機已經走向應用，如STT89C58、AT89S51、AT89S52芯片，都具有在線可編程功能。 低功耗工作方式 MCS-51單片機有待機和掉電保護兩種低功耗工作方式，單片機低功耗方式的設置是通過電源控制寄存器（PCON）的相關位來實現的。電源控制寄存器如下： MSB MSB LSB SMOD GF1 GF0 PD IDL SMOD 波特率培增位，在串行通信時使用，用

46、來輔助設置通信速度。 GF1 通用標志位1。 GF0 通用標志位0。 PD 掉電方式設置位，PD=1，進入掉電工作方式。 IDL 待機方式設置位，IDL=1，進入待機工作方式。 PCON是一個8位的寄存器，不具備位尋址功能，設置任意一位都要通過字節(jié)尋址命令。 如：進入掉電工作方式：MOV PCON，#02H 進入待機工作方式：MOV PCON，#01H 待機工作方式 (1）待機工作方式特征 系統(tǒng)進入待機工作方式，CPU停止工作，與CPU相關的特殊功能寄存器和全部通用寄存器被“凍結”在原狀態(tài)，此時振蕩器仍在工作

47、，中斷功能繼續(xù)存在。 （2）進入待機工作方式設置 要使系統(tǒng)進入待機工作方式，只要寄存器PCON中的IDL=1即可。指令 MOV PCON，#01H 實現待機工作方式設置。 （3）退出待機工作方式 在待機工作方式下，通過引入外中斷信號的方法，使待機工作方式退出。單片機在響應外部中斷時，PCON．0位（IDL）被硬件自動清“0”。這樣在中繼服務程序中只要用返回指令（RETI）即可使系統(tǒng)恢復正常工作。 掉電工作方式 （1）掉電工作方式的特征 單片機進入掉電工作方式，只有內部RAM單元的內容被保存，其它一切工作都停止。 （2）掉電工作方式設置 要使系統(tǒng)進入掉電工作方式，只要寄存器

48、PCON中的PD=1即可。指令 MOV PCON，#02H 實現掉電工作方式設置。 （3）掉電工作方式退出 當電源恢復正常后，只要硬件復位信號維持10ms以上，即能使單片退出掉電保護工作方式。 5.2端口擴展單元8255的介紹 8255可編程并行輸入/輸出接口芯片是Intel公司生產的標準外圍接口電路。它采用NMOS工藝制造,用單一＋5V電源供電,具有40條引腳,采用雙列直插式封裝。它有A、B、C3個端口共24條I/O線，可以通過編程的方法來設定端口的各種I/O功能。由于它功能強,又能方便地與各種微機系統(tǒng)相接,而且在連接外部設備時,通常不需要再附加外部電路,所以得到了廣泛的應用。

49、 8255的內部結構: 8255的內部結構如圖5―1所示,由以下幾部分組成。 數據端口A、B、C 8255有3個8位數據端口,即端口A、端口B和端口C。編程人員可以通過軟件將它們分別作為輸入端口或輸出端口，不過這3個端口在不同的工作方式下有不同的功能及特點，如表5―1所示。 圖5―1 8255 的內部結構圖 A組和B組控制電路 這是兩組根據CPU的命令字控制8255工作方式的電路。它們的控制寄存器先接受CPU送出的命令字,然后根據命令字分別決定兩組的工作方式,也可根據CPU的命令字對端口C的每1位實現按位“復位”或“置位”。 　　

50、 A組控制電路控制端口A和端口C的上半部(PC7~PC4)。 　　 B組控制電路控制端口B和端口C的下半部(PC3~PC0)。 表5―1 8255 端口功能表 8255的芯片引腳 8255是一種有40個引腳的雙列直插式標準芯片,其引腳排列如圖5―2所示。除電源(＋5V)和地址以外,其它信號可以分為兩組： (1)與外設相連接的有： 　PA7~PA0：A口數據線 　PB7~PB0：B口數據線 PC7~PC0：C口數據線 圖5―2 8255 的芯片引腳圖 (2)

51、與CPU相連接的有： D7~D0：8255的數據線,和系統(tǒng)數據總線相連。 RESET:復位信號,高電平有效。當RESET有效時,所有內部寄存器都被清除,同時,3個數據端口被自動設為輸入方式。 片選信號,低電平有效。只有當有效時,芯片才被選中,允許8255與CPU交換信息。 讀信號,低電平有效。當有效時,CPU可以從8255中讀取輸入數據 8255 的工作方式 8255有3種工作方式,即方式0、方式1和方式2,這些工作方式可用軟件編程來指定。3種工作方式的傳送示意圖如圖5―3所示。 圖5―3 8255 的3種工作方式 (a)

52、方式0； (b)方式1； (c)方式2 方式0(基本輸入/輸出方式) 這種工作方式不需要任何選通信號,A口、B口及C口的高4位和低4位都可以設定為輸入或輸出。作為輸出口時,輸出的數據均被鎖存;作為輸入口時,A口的數據能鎖存,B口與C口的數據不能鎖存。 方式1(選通輸入/輸出方式) 在這種工作方式下,A口可由編程設定為輸入口或輸出口,C口的3位用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號;B口同樣可由編程設定為輸入口或輸出口,C口的另3位用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號。在方式1下A口和B口的輸入數據或輸出數據都能

53、被鎖存。 方式1下A口、B口均為輸入,在方式1下,A口和B口均工作在輸入狀態(tài)時,需利用C口的6條線作為控制和狀態(tài)信號線,其定義如圖5―4(a)所示。 C口所提供的用于輸入的聯絡信號有： 　　 ① (Strobe)：選通脈沖信號(輸入),低電平有效。當外設送來信號時,輸入的數據被裝入8255的輸入鎖存器中。 　　 ②IBF(InputBufferFull)：輸入緩沖器滿信號(輸出),高電平有效。此信號有效時,表示已有一個有效的外設數據鎖存于8255的口鎖存器中,尚未被CPU取走,暫不能向接口輸入數據,它是一個狀態(tài)信號

54、 ③INTR(InterruptRequest)：中斷請求信號(輸出),高電平有效。當IBF為高、 信號由低變高(后沿)時,該信號有效,向CPU發(fā)出中斷請求。 方式1 數據輸入過程如下：當外設的數據準備好后,發(fā)出信號,輸入的數據被裝入鎖存器中，然后IBF信號有效(變?yōu)楦唠娖?。 數據輸入操作的時序關系如圖5―5所示。 圖5―4 方式1下的信號定義 (a)A口、B口均為輸入時；(b)A口、B口均為輸出時 圖5―5

55、方式1下的輸入時序 方式1下A口、B口均為輸出 與輸入時一樣,要利用C口的6根信號線,其定義如圖5―4(b)所示。用于輸出的聯絡信號有： (1) (Acknowledge)：外設響應信號(輸入),低電平有效。 (2) (OutputBuffeFull)：輸出緩沖器滿信號(輸出),低電平有效。 (3)INTR：中斷請求信號(輸出),高電平有效。 方式1下數據輸出過程如下： 當外設接收并處理完1組數據后,發(fā)回響應信號。 數據輸出操作的時序關系如圖5―6所示。應當指出,當8255

56、的A口與B口同時為方式1的輸入或輸出時,需使用C口的6條線,C口剩下的2條線還可以用程序來指定數據的傳送方向是輸入還是輸出,而且也可以對它們實現置位或復位操作。當一個口工作在方式1時,則C口剩下的5條線也可按照上述情況工作。 圖5―6 方式1下的輸出時序 方式2 8255只有A口具有這種雙向輸入輸出工作方式,實際上是在方式1下A口輸入輸出的結合。在這種方式下,A口為8位雙向傳輸口,C口的PC7~PC3用來作為輸入/輸出的同步控制信號。在這種情況下,B口和PC2~PC0只能編程為方式0或方式1工作,而C口剩下的3條線可作為

57、輸入或輸出線使用或用作B口方式1之下的控制線。 圖5―7 方式2下的信號定義 在方式2時,其輸入輸出的操作時序如圖5―8所示。 1) 輸入操作 當外設向8255 送數據時,選通信號STBA[TX-]也同時送到,選通信號將數據鎖存到8255A的輸入鎖存器中,從而使輸入緩沖器滿信號IBFA成為高電平(有效),告訴外設,A口已收到數據。選通信號結束時,使中斷請求信號為高,向CPU請求中斷。 2)輸出操作 CPU響應中斷,當用輸出指令

58、向8255的A端口中寫入一個數據時,會發(fā)出寫脈沖信號。 圖5―8 方式2下的時序圖 8255與系統(tǒng)的連接 由于8255是Intel公司專為其主機配套設計制造的標準化外圍接口芯片,因此它與MCS-51單片機的連接是比較簡單方便的。 一般來說,MCS-51單片機擴展的I/O接口均與片外RAM統(tǒng)一編址。由于單片機系統(tǒng)片外RAM的實際容量一般均不太大,遠遠達不到64KB的范圍,因此I/O接口芯片大多采用部分譯碼的方法,而用得比較多的則是直接利用地址線的線選法。這種方法雖然要浪費大量的地址號,但譯碼電路比較簡

59、單。圖5―10就是一種較常用的連接實例。 圖5―10 8255 與8031的連接 圖5―10中,P0口為地址/數據復用口。數據通過P0口直接傳送,地址的低8位是需通過鎖存器74LS373得到的,而地址的高8位則由P2口傳送。 現采用線選法,利用高8位地址線的P2.7作為線選信號,直接與8255A的片選端 相連,而A1、A0則與地址的最末2位相連。由圖5―10所示接法,可得到8255A各個端口的地址,如表5―3所示。 表5―3

60、8255A各端口的地址 ? 5.3 鍵盤顯示接口8279介紹 8279的組成及引腳 8279芯片有40條引腳，由單一+5V電源供電。它主要由以下幾部分組成： (1) I/O控制和數據緩沖器； (2) 控制和定時寄存器及定時控制部分； (3) 掃描計數器； (4)回送緩沖器與鍵盤去抖動控制電路； (5)FIFO(先進先出)寄存器和狀態(tài)電路； (6)顯示器地址寄存器及顯示RAM。 8279的引腳如圖5―17所示，下面對引腳名稱作簡要說明。 DB0~DB7:

61、雙向數據總線。 A0：命令狀態(tài)或數據選擇線。A0=1，表示從DB0~DB7線上傳送的是命令或狀態(tài)字；A0=0表示為數據。 IRQ：中斷請求線。 SL0~SL3:掃描線?？蛇M行譯碼掃描(4選1)，也可進行編碼掃描(16選1)，但要使用4-16譯碼器。若用3-8譯碼器的話，則掃描線為8選1。 RL0~RL7:回送線。內部有上拉電阻，從此線上得到鍵盤的回掃信號。 OUTA0~OUTA3、OUTB0~OUTB3:顯示器刷新寄存器輸出，與掃描線同步。 圖5―17 8279引腳圖 5.4 硬件電路設計 （1）自動回轉刀架的

62、電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩大塊,如圖示收信電路 圖a中,發(fā)信盤上的4只霍爾開關,都有三個引腳,第1腳接+12V電源,第2腳接+12V地,第3腳為輸出.轉位時刀臺帶動磁鐵旋轉,當磁鐵對準某以個霍爾開關時,其輸出端第3腳輸出低電平;當磁鐵離開時,第3腳輸出高電平.4只霍爾開光輸出的4個刀位信號T1-T4分別送到圖b的4只光耦合器進行處理,經過光電隔離的信號再送給I/O接口芯片8255的PC4-PC7. （2）發(fā)信電路 圖c為刀架電動機正反控制電路,I/O接口芯片8255的PA6A與PA7分別控制刀架電動機的正轉與反轉.其中KA1為正轉繼電器的線圈,KA2 為反轉繼電器的線圈.因刀

63、架電動機的功率只有90W,所以圖d中刀架電動機與380V市電的接通可以選用大功率直流繼電器,而不必采用繼電器-接觸器控制電路,以節(jié)約成本,較低故障率.圖c中,正轉繼電器的線圈KA1與反轉繼電器的一組常閉觸點串聯,而反轉繼電器的線圈KA2又與正轉繼電器的一組常閉觸點串聯,這樣就構成了正轉與反轉的互鎖電路,以防操作系統(tǒng)失控時導致短路現象.KA1與KA2的觸點接通380V電壓時,會產生較強的火花,并通過電網影響控制系統(tǒng)的正常工作,為此,在圖d中布置了3對R-C阻容用來滅弧,以抑制火花產生. ? 電氣化原理圖 a)發(fā)信盤上的霍爾元件 b）刀位信號的處理 c)刀架

64、電機正反轉控制 d）刀架電動機正反轉 5.5 控制軟件設計 對于四工位自動回轉刀架來說,它最多裝4把刀具,設計控制軟件,使其選中任意以把刀具 ,讓其轉到工作位置, 設控制系統(tǒng)的 CPU為AT89C51單片機,擴展8255芯片作為自動回轉刀架的收信與發(fā)信控制,已知8255芯片的控制地址2FFFH，則匯編程序清單如下： T01:??? MOV???? DPTR,?? #2FFEH?????? ;指向8255的PC口 ?????? MOVX??? A,????? @DPTR?????? ；讀取PC口的內容 ?????? JNB??????

65、 ACC.4, ?TEND???????? ；測試PC4=0?若是，則說明1#已在工作 ????????????????????????????????????????? 位置，程序轉到TEND ?????? MOV???? DPTR,??? #2FFCH????? ;指向8255的PA口地址 ?????? MOVX??? A,?????? @DPTR????? ;讀取PA口鎖存器的內容 ?????? CLR????? ACC.6??????????????? ;令PA6=0,刀架電動機正轉有效 ?????? SETB? ???ACC.7??????????????? ;令P

66、A7=1,刀架電動機無效 ?????? MOVX??? @DPTR,? A?????????? ;刀架電動機開始正轉 ?????? CALL???? DE20MS????????????? ;延時20ms YT01:? MOVX??? DPTR,#2FFEH???????? ;指向8255的PC口 ?????? MOVX??? A,? @DPTR?????????? ;第二次讀取PC口內容 ?????? JB??????? ACC.4.? YT11?? ??????;PC4=0? ?????? CALL???? DE20MS????????????? ;延時20ms YT21:? MOV????? DPTR,? #2FFEH?????? ;指向8255的PC口 ?????? MOVX??? A,??? @DPTR???????? ;第三次讀取PC口內容 ?????? JB??????? ACC.4,? YT21????????? ;PC4=0？ ?????? MOV????? DPTR,#2FFCH???????? ;指向PC口 ??????