452 CJK6132數(shù)控車床及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),cjk6132,數(shù)控車床,及其,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 1 頁(yè) 共 98 頁(yè)一、總體方案設(shè)計(jì)機(jī)床工業(yè)是機(jī)器制造業(yè)的重要部門，肩負(fù)著為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、科學(xué)技術(shù)和國(guó)防現(xiàn)代化提供技術(shù)裝備的任務(wù)，是使現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)具有高生產(chǎn)率和先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的保證。設(shè)計(jì)機(jī)床的目標(biāo)就是選用技術(shù)先進(jìn)。經(jīng)濟(jì)效果顯著的最佳可行方案，以獲得高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，從事機(jī)床設(shè)計(jì)的人員，應(yīng)不斷地把經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的新理論、新技術(shù)、新方法應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，做到既要技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益好、效率高。要不斷的吸收國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，做到既要符合我國(guó)國(guó)情，又要趕超國(guó)際水平。要不斷的開(kāi)拓創(chuàng)新，設(shè)計(jì)和制造出更多的生產(chǎn)率高、靜態(tài)動(dòng)態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、維修容易、造型美觀、耗能少、成本低的現(xiàn)代化機(jī)床。設(shè)計(jì)本著以上原則進(jìn)行，盡量向低成本、高效率、簡(jiǎn)化操作、符合人機(jī)工程的方向考慮。（一） 、主傳動(dòng)的組成部分主傳動(dòng)由動(dòng)力源、變速裝置及執(zhí)行元件（如主軸、刀架、工作臺(tái)等）部分組成。主傳動(dòng)系統(tǒng)屬于外聯(lián)系傳動(dòng)鏈。主傳動(dòng)包括動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)） 、變速裝置、定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)等十部分組成。1、動(dòng)力源 電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)，它給執(zhí)行件提供動(dòng)力，并使其獲得一定的運(yùn)動(dòng)速度和方向。2、 定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 具有固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)降速、升速或運(yùn)動(dòng)聯(lián)接，本設(shè)計(jì)中采用齒輪和帶傳動(dòng)。3、 變速裝置 傳遞動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)以及變換運(yùn)動(dòng)速度的裝置，本設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)滑移齒輪變速組和一個(gè)背輪機(jī)構(gòu)使主軸獲得 18 級(jí)轉(zhuǎn)速。4、 主軸組件 機(jī)床的執(zhí)行件之一，它由主軸支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件等組成，南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 2 頁(yè) 共 98 頁(yè)5、 開(kāi)停裝置 用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的啟動(dòng)和停止的機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中采用直接開(kāi)停電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸的啟動(dòng)和停止。6、 制動(dòng)裝置 用來(lái)控制主軸迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，以減少輔助時(shí)間。本設(shè)計(jì)中采用電磁式制動(dòng)器。7、 換向裝置 用來(lái)變換機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)方向的裝置。本設(shè)計(jì)中采用電動(dòng)機(jī)直接換向。8、 操縱機(jī)構(gòu) 控制機(jī)床主軸的開(kāi)停、換向、變速及制動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中，開(kāi)停、換向和制動(dòng)采用電控制；變速采用液壓控制。9、 潤(rùn)滑與密封 為了保證主傳動(dòng)的正常工作和良好的使用壽命，必須有良好的潤(rùn)滑裝置和可靠的密封裝置。本設(shè)計(jì)中采用箱外循環(huán)強(qiáng)制潤(rùn)滑，主軸組件采用迷宮式密封。10、 箱體 上述個(gè)機(jī)構(gòu)和裝置都裝在箱體中，并應(yīng)保證其相互位置的準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)中采用灰鐵鑄造箱體。11、 刀架 數(shù)控機(jī)床中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架的自動(dòng)控制，采用制動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。（二） 、機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的選定主運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用分離式主傳動(dòng)系統(tǒng)，包括變速箱、主軸箱兩部分。其中，變速箱與電動(dòng)機(jī)至于機(jī)座內(nèi)，主軸箱與變速箱采用帶傳動(dòng)連接。所有的變速都采用液壓操作。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)本次所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，因此在 X、Y 方向南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 3 頁(yè) 共 98 頁(yè)上，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲杠螺母副，其動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)齒輪傳遞。齒輪的消隙采用偏心環(huán)調(diào)整。數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)采用單片機(jī)控制，各個(gè)控制按扭均安裝在控制臺(tái)上，而控制臺(tái)擺放在易操作的位置，這一點(diǎn)須根據(jù)實(shí)際情況而定。機(jī)床其它零部件的選擇考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，機(jī)床附件如油管、行程開(kāi)關(guān)等，以及標(biāo)準(zhǔn)件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購(gòu)形式。（三） 、機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)由設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，現(xiàn)將 CJK6132 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的主要技術(shù)參數(shù)及加工范圍技術(shù)參數(shù)列于下：項(xiàng)目 單位 規(guī)格床身上最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 320最大工件長(zhǎng)度 mm 750最大切削直徑 mm 320最大切削長(zhǎng)度 mm 750床鞍（滑板）上最大切削直徑 mm 250主軸前端錐孔 莫氏 6 號(hào)錐度主軸孔徑 mm 350主軸轉(zhuǎn)速范圍 r/min 40~1800主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 18 級(jí)主軸電機(jī)輸出功率 （普通） kW 5中心高 距床身 mm 250距地面 mm 1130尾座套筒直徑 mm 65尾座套筒行程 mm 150尾座套筒錐孔錐度 莫氏 5 號(hào)（四） 、各組成部件的特性與所應(yīng)達(dá)到的要求1．床身南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 4 頁(yè) 共 98 頁(yè)機(jī)床床身采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵，內(nèi)部筋采用 U 形布局，床身整體剛性高?；瑒?dòng)導(dǎo)軌面采用中頻淬火，淬硬層深。硬度達(dá) HRC52 以上，拖板滑動(dòng)面貼塑，使得進(jìn)給系統(tǒng)的剛度，摩擦阻尼系數(shù)等動(dòng)、靜特性都處于最佳狀態(tài)。2. 床頭箱結(jié)構(gòu)機(jī)床主傳動(dòng)采用液壓操縱機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)十八級(jí)轉(zhuǎn)速。機(jī)床主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)齒輪均經(jīng)淬硬磨齒處理，傳動(dòng)比穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低。機(jī)床主軸為二支撐結(jié)構(gòu)，前支撐采用 C 級(jí)高精度軸承，潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，提高了回轉(zhuǎn)精度，使機(jī)床主軸具有良好的精度和剛性。機(jī)床采用單片式電磁剎車離合器，解決主軸的剎車及離合問(wèn)題，離合器安裝于床頭箱帶輪側(cè)，使床頭箱內(nèi)結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，便于維修。3.進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)床兩軸進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的典型傳動(dòng)方式，在滑板與床鞍及床鞍與床身之間的滑動(dòng)面處貼有 TSF 導(dǎo)軌板，滑動(dòng)磨擦系數(shù)非常小，有助于提高了機(jī)床的快速響應(yīng)性能及生產(chǎn)效率。在進(jìn)給系統(tǒng)各滑動(dòng)處及兩軸絲杠絲母處都設(shè)置了潤(rùn)滑點(diǎn)。4. 刀架機(jī)床采用立式四工位刀架，該刀架布刀方便，剛性好。 5. 尾座采用手動(dòng)尾座6. 冷卻系統(tǒng)冷卻箱放在后床腿中。7.卡盤機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)配置為_(kāi)250 手動(dòng)卡盤， 8.電氣系統(tǒng)電路的動(dòng)力回路，均有過(guò)流、短路保護(hù)，機(jī)床相關(guān)動(dòng)作都有相應(yīng)的互鎖，以保障設(shè)備和人身安全。電氣系統(tǒng)具有自診斷功能，操作及維修人員可根據(jù)指示燈及顯示器等隨時(shí)觀察到機(jī)床各部分的運(yùn)行狀態(tài)。9.安全保護(hù)當(dāng)機(jī)床遇到外部突然斷電或自身故障時(shí)，由控制電路的設(shè)計(jì)，機(jī)床可動(dòng)進(jìn)給軸，冷卻電機(jī)等如已在“ 啟動(dòng) ”狀態(tài)者，將進(jìn)入“停止” 狀態(tài)；如已在“ 停止”狀態(tài)南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 5 頁(yè) 共 98 頁(yè)的則不可自行進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，確保了機(jī)床的安全。另外由于機(jī)床計(jì)算機(jī)內(nèi)的控制程序是“固化 ”在芯片中的，而零件加工程序是由電池供電保護(hù)的，所以，意外斷電或故障時(shí)，不會(huì)丟失計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的程序菜單。機(jī)床具有報(bào)警裝置及緊急停止按鈕，可防止各種突發(fā)故障給機(jī)床造成損壞。由于軟件的合理設(shè)計(jì)，報(bào)警可通過(guò)顯示器顯示文字及報(bào)警號(hào)，通過(guò)操作面板的指示燈指示；機(jī)床根據(jù)情況將報(bào)警的處理方式分為三類：對(duì)緊急報(bào)警實(shí)行“急?！?；對(duì)一般報(bào)警實(shí)行“ 進(jìn)給保持 ”；對(duì)操作錯(cuò)誤只進(jìn)行 “提示”。南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 6 頁(yè) 共 98 頁(yè)二、機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)（一） 、主要技術(shù)參數(shù)的確定機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是機(jī)床參數(shù)中最主要的，它必須滿足以下要求：a、 直接反映出機(jī)床的加工能力和特性；b、 決定其他基本參數(shù)值的大小；c、 作為機(jī)床設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)；d、 作為用戶選用機(jī)床的主要依據(jù)。對(duì)于通用機(jī)床（包括專門化機(jī)床） ，主參數(shù)通常都以機(jī)床的最大加工尺寸表示，只有在不適用于用工件最大尺寸表示時(shí)，才采用其他尺寸或物理量。如臥式鏜床的主參數(shù)用主軸直徑，拉床用額定拉力等。為了更完整地表示出機(jī)床的工作能力和加工范圍，有時(shí)在主參數(shù)后面標(biāo)出另一參數(shù)值，稱為第二主參數(shù)。如最大工件長(zhǎng)度、最大跨度、主軸數(shù)和最大加工模數(shù)等。除主參數(shù)外，機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)還包括下列基本參數(shù)：a、 與工件尺寸有關(guān)的參數(shù)；b、 與工、夾、量具標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)的參數(shù)；c、 與機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)；d、 與機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性有關(guān)的參數(shù)。這些基本參數(shù)可以歸納為尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)三種。1．尺寸參數(shù)尺寸參數(shù)是表示機(jī)床工作范圍的主要尺寸和工、夾、量具的標(biāo)準(zhǔn)化及機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的主要參數(shù)。如普通車床橫刀架上最大工件的回轉(zhuǎn)直徑，在相同中心高的情況下，這一尺寸參數(shù)既決定加工長(zhǎng)工件的最大直徑，又決定刀架的厚度及其剛性。機(jī)床主要尺寸參數(shù)內(nèi)容見(jiàn)下表（ ） 。與工件主要尺寸有關(guān)的參數(shù)最大加工尺寸最大加工直徑或最大工件直徑，最大加工模數(shù)、螺旋角主軸通孔直徑最大加工長(zhǎng)度或最大工件長(zhǎng)度最大工件安裝尺寸。如工作臺(tái)尺寸、主軸端面至工作臺(tái)面最大距離、主軸中心線至工作臺(tái)面最大距離或立柱間距等南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 7 頁(yè) 共 98 頁(yè)最小工件加工尺寸。如主軸中心線至工作臺(tái)面距離、最小車削直徑、最小磨削外徑或孔徑等部件運(yùn)動(dòng)尺寸范圍刀架、工作臺(tái)、主軸箱、橫梁的最大行程刀架、工作臺(tái)、砂輪（導(dǎo)輪）箱或搖臂的最大回轉(zhuǎn)角度與工、夾、量具標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)的參數(shù)主軸或尾架套筒的錐孔大小工件頭架或尾架的頂尖安裝錐度刀桿斷面尺寸、刀夾最大尺寸、安裝的刀具直徑工作臺(tái) T 型槽的尺寸和數(shù)目與機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)床身或搖臂的導(dǎo)軌寬度花盤或圓工作臺(tái)的直徑主軸中心線或工作臺(tái)面至地面的高度機(jī)床主要尺寸參數(shù)內(nèi)容機(jī)床的主參數(shù)主要決定于工件的尺寸。對(duì)于各類通用機(jī)床，已在調(diào)查研究各種工件的基礎(chǔ)上制定出了機(jī)床的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照?qǐng)?zhí)行。專用機(jī)床的主參數(shù)則基本上可以根據(jù)工件尺寸決定。主參數(shù)系列采用優(yōu)先數(shù)系，這樣做有如下好處：（1）優(yōu)先數(shù)按等比級(jí)數(shù)分級(jí)，能在較寬的范圍內(nèi)以較少的品種，經(jīng)濟(jì)合理地滿足用戶的需要，即可把產(chǎn)品的品種規(guī)格限制在必需的最少范圍內(nèi)。（2）優(yōu)先數(shù)系具有各種不同公比的系列，因而可以滿足較密和較疏的分級(jí)要求。隨著形勢(shì)的發(fā)展，可以通過(guò)插入中間值使較疏的系列變成較密的系列，而原來(lái)的項(xiàng)值保留不變。在參數(shù)范圍很寬時(shí)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和需要量等不同的條件，還可以分段選用最合適的基本系列（即選用不同的公比） ，以復(fù)合系列的形式組成最佳系列。（3）優(yōu)先數(shù)系是國(guó)際上統(tǒng)一的數(shù)值制度，有利于國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)化。其他尺寸參數(shù)一般根據(jù)主參數(shù)來(lái)確定。但由于機(jī)床的使用情況比較復(fù)雜，這些尺寸參數(shù)的確定還有相似分析法和圖解分析法及回歸分析法。由此可以得到 CK6140 數(shù)控車床的尺寸參數(shù)如下表所示 ：參數(shù)項(xiàng)目 單位 數(shù)值床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 mm 320刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 mm 160主軸通孔直徑 mm 35南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 8 頁(yè) 共 98 頁(yè)主軸錐孔莫氏 Nq 6尾架頂尖套錐孔莫氏 Nq 5最大工件長(zhǎng)度 L mm 750刀桿截面尺寸 mm 20×202．運(yùn)動(dòng)參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括機(jī)床主運(yùn)動(dòng)（切削運(yùn)動(dòng)）的速度范圍和級(jí)數(shù)，進(jìn)給量范圍和級(jí)數(shù)以及輔助運(yùn)動(dòng)的速度等，它是由加工表面成形運(yùn)動(dòng)的工藝要求所決定的。主軸極限轉(zhuǎn)速和變速范圍對(duì)于主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主軸極限轉(zhuǎn)速為： min)(10minaxmax rdvn??i)(axiin式中的 或 不是該機(jī)床可能加工的的最小或最大直徑，而是認(rèn)為是在mindax機(jī)床全部工藝范圍內(nèi)可以用最大切削速度 來(lái)加工時(shí)的最小工件直徑和用最maxv小切削速度 來(lái)加工時(shí)的最大工件直徑，這樣才能得出合理的極限轉(zhuǎn)速值。minv（1）極限切削速度 Vmax、V min根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類、工藝要求、刀具和工件材料等因素。允許的切削速度極限參考值如下表所示：加工條件 maxvminv硬質(zhì)合金刀具粗加工 80~120硬質(zhì)合金刀具半精加工或精加工150~250高速鋼刀具低速光刀 存儲(chǔ)器芯片所要求的讀取時(shí)間4).常用的存儲(chǔ)器芯片a、常用的程序存儲(chǔ)器 ROM 芯片及其引腳的功能EPROM 芯片，典型的有 2716、2732、2764、27128、這里我們選用的是 EPROM2764 芯片它的容量 8KB×8 讀取時(shí)間為 250ms引腳功能（28 腳）下面介紹它的引腳功能：電源線 Vcc+5v、Vpp 編程的電源線、GEND——接地?cái)?shù)據(jù)線 8 條 D0~D7地址線 13 條 A0~A12控制線片選端線（或片選信號(hào)線，低電平有效）CE數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào)線，低電平有效O編程冒充輸入端。只對(duì) 8751 有效PGMb、常用的 RAM 芯片及其引腳功能常用的有 SRAM6116、6264 這里我們選用的是 6264 下面介紹它的引腳功能，讀取時(shí)間為 250ms，28 腳雙列直接封裝的芯片電源線 Vcc、GND地址線 13 腳 A0~A12數(shù)據(jù)線 8 腳 D0~D74.控制線南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 57 頁(yè) 共 98 頁(yè)片寫信號(hào)線（片選端）)(1CSE片寫信號(hào)線（片選端）2讀控信號(hào)線低電平有效O寫控信號(hào)線低電平有效WE5）.存儲(chǔ)器擴(kuò)展的常用芯片地址存儲(chǔ)器為什么要用地址存儲(chǔ)器 P0 地址/數(shù)據(jù)復(fù)用常用地址鎖存器 74LS-373、74LS-273 等芯片我們這里選用的是 74LS373下面介紹 74LS-373 鎖存器引腳功能 20 腳電源線 Vcc GND輸入輸出線 輸入線 D0~D7輸出線 Q0~Q7控制線片選端線 當(dāng) =0 時(shí)鎖存輸出，當(dāng) =1 時(shí)輸出成高阻態(tài)a?OEEOEG-鎖存線 當(dāng) G=0 時(shí) D0~D7 的信息輸入 Q0~Q7 的低，b8 為地址鎖存到鎖存器中，當(dāng) G=1 時(shí)鎖存器輸出端（ Q0~Q7）狀態(tài)和輸入， 端 D0~D7 狀態(tài)相同2.程序器的擴(kuò)展（1）①類型②容量③速度。MCS-51 芯片（8301）用晶體頻率為 12Hz=240ms（2）擴(kuò)展的方法①擴(kuò)展一片，EPROM（擴(kuò)展 8 個(gè) KB）包括地址線，控制線，數(shù)據(jù)線其中控制線包括：地址鎖存 ALE、片選端 、輸出允許端CEOE②兩片 16KBEPROM南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 58 頁(yè) 共 98 頁(yè)3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展跟地址存儲(chǔ)器差不多，我們需要注意下面幾點(diǎn)引腳的功能就可以了 就可以了。在這里不詳細(xì)、1CSWEO、、、 2介紹了。4、存儲(chǔ)器地址空間的分配線選法——線選法尋址譯碼器選址部分譯碼法a?全部譯碼法b5、I/O 接口的擴(kuò)展1）概述簡(jiǎn)單 I/O 接口的擴(kuò)展通過(guò)可編程通用 I/O 擴(kuò)展芯片來(lái)擴(kuò)展通過(guò)串行口來(lái)擴(kuò)展簡(jiǎn)單 I/O 口擴(kuò)展我們采用總線擴(kuò)展法、或不可編程芯片擴(kuò)展采用普通 TTL 芯片擴(kuò)展構(gòu)成輸出口時(shí)，接口芯片應(yīng)該具有鎖存的功能構(gòu)成輸入口時(shí)，接口芯片應(yīng)該具有三態(tài)緩沖和鎖存功能擴(kuò)展入口的典型芯片有：74LS373、244、245擴(kuò)展出口的典型芯片有：74LS372、27374LS245——三態(tài)邏輯緩沖器，總線雙向擴(kuò)展芯片○ 1電源線 Vcc、GND輸入輸出線 A0~A7、BO~B7控制線—片選端，低電平有效。CE—方向控制端DIR當(dāng) =0 時(shí)、 =0，數(shù)據(jù)從 A—BI南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 59 頁(yè) 共 98 頁(yè)當(dāng) =0 時(shí)、 =1 時(shí)，數(shù)據(jù)從 B—ACEDIR74LS244—三態(tài)邏輯緩沖器總線單向擴(kuò)展芯片○ 2它的引腳有：1A1~1A4 2A1~2A41Y1~1Y4 2Y1~2Y4用 控制、1G21CE274LS273—8D 鎖存器○ 3輸入線 D0~D7輸出線 Q0~Q7控制線 CLK—選通端CLR—清零端P2.6 和 同時(shí)有效時(shí)，通過(guò) 244 輸入按鍵的數(shù)據(jù)RDP2.7 和 同時(shí)有效時(shí)，273 輸出數(shù)據(jù)顯示W(wǎng)2）利用專用芯片來(lái)擴(kuò)展（8155 可編程多功能芯片 I/O 的擴(kuò)展）.8155 引腳功能○ 18155 片內(nèi)含有 256 個(gè)字節(jié) RAM1 個(gè) 14 位定時(shí)/數(shù)據(jù)器和兩個(gè) 8 位，一個(gè) 16 位可編程并行 I/O 口多功能通用接口芯片 8155/8156 都是 40 腳雙列直接封裝.引腳功能○ 2電源線 Vcc 、Vss地址/數(shù)據(jù)線 AD0~AD7。 ALE=1 時(shí)輸出的是地址，ALE=0 時(shí)或其它是數(shù)據(jù)③端口線 PA0~PA7 、 PB0~PB7 、 PC0~PC5、④控制線 ALE 地址鎖存線IO/M—IO 與存儲(chǔ)器選擇線。當(dāng) IO/M 為高電平時(shí)作 I/O 口用當(dāng) IO/M 為低電平時(shí)，作存儲(chǔ)器用（數(shù)據(jù)）片選端 /CE 低電平有效（8155） CE（8156）高電平有效CE南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 60 頁(yè) 共 98 頁(yè)讀寫線 RDWRST—信號(hào)傳入復(fù)位端定時(shí) TiMIN 輸入 TiMOUT 輸出3.8155 工作方式作片外 RAM—IO/M=0 時(shí)用做擴(kuò)展 I/O 使用—IO/M=1 時(shí)作 定時(shí)數(shù)據(jù)器用4）.8155 與單片機(jī)的連接詳細(xì)情況見(jiàn)所畫電路圖5）8255 可編程擴(kuò)展并行 I/O 接口.8255 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（可編程通用并行的輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)的借口芯片）○ 140 腳雙列直接封裝由單一的+5v 電源供電有三個(gè) 8 位并行 I/O 口 PA、PB 、PC 口具有三種工作方式使用靈活方便通用性強(qiáng).8255 引腳功能○ 2電源線 Vcc、Vss 、GND數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)輸入線 D0~D7數(shù)據(jù)輸出線 PA0~PA7 PB0~PB7數(shù)據(jù)信號(hào)線 PC0~PC7尋址線 、A0 和 A1CS片選線低電平有效A0 和 A1 地址線與對(duì)應(yīng)的地址總線相連（AO/A1）.8031 與 8255 相連，這里不在重復(fù)，詳細(xì)見(jiàn)電路圖○ 3（六） 、鍵盤及鍵盤接口設(shè)計(jì) 鍵盤可分為：①獨(dú)立式鍵盤、②矩陣式鍵盤、③撥碼式鍵盤。工作方式可分為：① 掃描式，②中斷式：編程掃描式、定時(shí)掃描式1） 、獨(dú)立式鍵盤及鍵盤設(shè)計(jì).按鈕相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵個(gè)接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作○ 1狀態(tài)不會(huì)影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。它有其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 61 頁(yè) 共 98 頁(yè)缺點(diǎn)：每個(gè)按鍵需要一口線.用擴(kuò)展 I/O 接口來(lái)搭獨(dú)立式鍵盤○ 2采用 8155 或 8255 擴(kuò)展 I/O 來(lái)搭接獨(dú)立式鍵盤采用 TTL 芯片2） 、矩陣式鍵盤及鍵盤接口設(shè)計(jì).矩陣式鍵盤工作原理。由行線和列線組成○ 1.矩陣式鍵盤工作方式。掃描方式（循環(huán)掃描和定時(shí)掃描） 、中斷方式○ 2.用擴(kuò)展 I/O 接口來(lái)搭接○ 3本設(shè)計(jì)采用矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤適用于按鍵較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列交叉點(diǎn)上。如一個(gè) 4×4 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有 16 個(gè)按鍵的鍵盤等等。在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣鍵盤比獨(dú)立鍵盤節(jié)省了很多 I/O 口。按鍵設(shè)置在行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V 上。平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的行和列電平。所以，必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。對(duì)于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一確定，所以分別對(duì)行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高 4 位是行號(hào)，低 4 位是列號(hào)將是非常直觀的。（七） 、顯示器接口設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED。LED 顯示塊由發(fā)光二極管顯示字段組成，有 7 段和“米”字型之分，一片顯示塊顯示一位字符。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。由于 7 段 LED 顯示塊有 7 個(gè)段發(fā)光二極管，所以其字形碼為一個(gè)字節(jié)；南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 62 頁(yè) 共 98 頁(yè)“米”字形 LED 顯示塊有 15 段發(fā)光二極管，所以字形碼為兩個(gè)字節(jié)。由 n片 LED 顯示塊可拼接成 n 位 LED 顯示器，共有 n 根位選線和 8×n 根段選線，根據(jù)顯示方式不同，位選線和段選線的連接也各不相同，段選線控制顯示字符的字型，而位選線則控制顯示位的亮、暗。LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。在多位 LED 顯示時(shí)，為了節(jié)省 I/O 口線，簡(jiǎn)化電路，降低成本，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示方式是一位一位地分別輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對(duì)每位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間輪流點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮和熄滅時(shí)間的比例有關(guān)。這種顯示方式將七段 LED 顯示器的所有段選位并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 I/O 口控制，實(shí)現(xiàn)各位顯示器的分時(shí)選通。下圖是 LED 顯示器采用共陰極方式， 6 個(gè)顯示器的段選碼由 8155 的 PB口提供，位選碼由 8155 的 PA 口提供（PA 口同時(shí)也提供行列式未編碼鍵盤的列線） ，行列式未編碼鍵盤的行線由 PC 口提供。圖中設(shè)置了 36 個(gè)鍵。如果繼續(xù)增加 PC 口線，設(shè)全部 PC 口線（PC0-PC5 ）用作鍵盤的行線，全部 PA口線（PA0-PA7 ）作鍵盤列線，則按鍵最多可達(dá) 8×6 個(gè)。下圖中 8155 的 PB 口掃描輸出總是只有一位為高電平，即 PB 口經(jīng)反相后僅有一位公共陰極為低電平，8155 的 PA 口則輸出相應(yīng)位（PB 口輸出為高對(duì)應(yīng)的位顯示器）的顯示數(shù)據(jù)，使該位顯示與顯示緩沖器相對(duì)應(yīng)的字符，而其余各位均為熄滅，依次改變 8155 的 PB 口輸出為高的位， PB 口輸出對(duì)應(yīng)的顯示緩沖器的數(shù)據(jù)。南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 63 頁(yè) 共 98 頁(yè)1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 29-May-2004 Sheet of File: G:\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\protel\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè).ddb Drawn By:A B C D E F G H+5V+5V100Ω×85.1KΩ×6AD012 PA0 21AD113 PA1 22AD214 PA2 23AD315 PA3 24AD416 PA4 25AD517 PA5 26AD618 PA6 27AD719 PA7 28PB0 29CE8PB1 30RD9PB2 31WR10PB3 32IO/M7PB4 33ALE11PB5 34PB6 35PB7 36TMROUT6PC0 37PC1 38TMRIN3PC2 39PC3 1PC4 2RESET4PC5 58155（八） 、步進(jìn)電機(jī)控制電路環(huán)行分配器1）.常用的環(huán)行分配器：三相、四相、五相、六相。在本次設(shè)計(jì)中，X 向及 Y 向均選用的是 YB015 環(huán)行分配器 18○ 1腳雙列直插。：先通輸控制，低電平有效，用來(lái)控制分配器是否輸出孫許脈沖。0E：清零端低電平有效，輸出脈沖前對(duì)環(huán)行分配器必須清零，使分配器R正常工作。A0、A1 通電方式控制端當(dāng) A0、A1=0 分配器以五相五拍工作當(dāng) A0=0、A1=1 五相雙五拍工作南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 64 頁(yè) 共 98 頁(yè)當(dāng) A0=1、A1=0 五相雙五拍工作選通輸入控制，低電平有效21EEp—時(shí)鐘電路脈沖輸入端2）.環(huán)行分配器與 8031，步進(jìn)電機(jī)連接① 、 兩個(gè)輸入控制端，低電平有效。1E②A0、A1 通電方式控制端。A0、A1=0 時(shí)四相四拍，應(yīng)接地③E0 是選通輸出控制端，由 8031、P11、P14 來(lái)控制④+ 、 - 方向控制端，由 8031PA0、P13 來(lái)控制?⑤CP 時(shí)鐘脈沖輸入端，由 8155 上 TimOUT 提供⑥R 清零端，由 8031P15 提供南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 65 頁(yè) 共 98 頁(yè)3) 步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)原理每輸入一個(gè)脈沖,步進(jìn)電機(jī)就前進(jìn)一步,因此,它也稱作脈沖電動(dòng)機(jī).其種類很多,但主要分三大類:反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ,以及永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī).反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單,是應(yīng)用最廣泛的一種.按控制繞組的相樹(shù)分有三相,四相,五相,六相等等.無(wú)論哪種步進(jìn)電動(dòng)機(jī),他們的工作原理都有相同之處:數(shù)字式脈沖信號(hào)控制定子磁極上的控制繞組 ,按一定順序依次通電,在頂子和轉(zhuǎn)子的氣隙間形成步進(jìn)式的磁極軸旋轉(zhuǎn).步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng),當(dāng)然也可以閉環(huán)系統(tǒng).下圖是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的原理圖,它由以下幾部分組成:1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 29-May-2004 Sheet of File: G:\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\protel\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè).ddb Drawn By:業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) ABC業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)脈沖信號(hào)源――是一個(gè)脈沖發(fā)生器,通常脈沖頻率連續(xù)可調(diào),送到脈沖分配器的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率由控制信號(hào)控制.因脈沖頻率可調(diào),也稱為變頻信號(hào)源.脈沖分配器――脈沖按一定的順序送到功率放大器中進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作．用硬件進(jìn)行脈沖順序的分配，有時(shí)稱為環(huán)行分配器，也簡(jiǎn)稱環(huán)分．功率放大器――將脈沖分配器送來(lái)的脈沖放大，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)獲得必要的功率．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)――伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，如減速裝置，絲桿，工作臺(tái)．脈沖分配對(duì)每一個(gè)五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)而言，其脈沖分配方式是五相十拍的的．其五南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 66 頁(yè) 共 98 頁(yè)相分別用Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ表示．五相十拍的運(yùn)行方式是Ａ－ＡＢ－Ｂ－ＢＣ－Ｃ－ＣＤ－Ｄ－ＤＥ－Ｅ－ＥＡ順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊睫D(zhuǎn)動(dòng)．要改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只需改變通電的順序即可．脈沖分配器是將脈沖電源按規(guī)定的通電方式分配到各相，該分配可由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)．在微機(jī)控制中，脈沖的分配也可由軟件來(lái)完成，Ｐ１.０，Ｐ１.１，Ｐ１.２，Ｐ１.３，Ｐ１.４五位分別輸出時(shí)序脈沖，經(jīng)光電隔離、驅(qū)動(dòng)放大使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)．延時(shí)的長(zhǎng)短決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行一拍的時(shí)間，也就決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速．4) 驅(qū)動(dòng)電路由微機(jī)根據(jù)控制要求發(fā)出的脈沖，并依次將脈沖分配到各相繞組，因其功率很小，電壓不足５Ｖ，電流為 mＡ級(jí)，必須經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器將信號(hào)電流放大到若干安培，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)．因此，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)際上是一個(gè)功率放大器．驅(qū)動(dòng)器的質(zhì)量直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載是電機(jī)的繞組，是強(qiáng)電感應(yīng)負(fù)載．對(duì)驅(qū)動(dòng)器的主要要求是：失真要小，要有較好的前后沿和足夠的幅度；效率要高；工作可靠；安裝調(diào)試和維修方便．下圖是一個(gè)Ｌa 繞組的高低壓驅(qū)動(dòng)電路，脈沖變壓器Ｔp 組成高壓控制電路。南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 67 頁(yè) 共 98 頁(yè)1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 29-May-2004 Sheet of File: G:\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\protel\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè).ddb Drawn By:T4TpLaUH +80VUL +12V4.7KΩT1100Ω1KΩT220Ω200Ω3Ω TextD4TextD3D1D2業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)無(wú)脈沖輸入時(shí)，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４均截止，電機(jī)繞組Ｌa 中無(wú)電流通過(guò)，電機(jī)不轉(zhuǎn)．有脈沖輸入時(shí)，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４飽和導(dǎo)通，在Ｔ２由截止到飽和期間，其集電極電流也就是脈沖變壓器的初級(jí)電流急速增加，在變壓器次級(jí)感應(yīng)一個(gè)電壓，使Ｔ３導(dǎo)通，８０Ｖ高壓經(jīng)高壓管Ｔ３加到繞組Ｌa 上，使電流迅速上升，約經(jīng)數(shù)百微妙，當(dāng)Ｔ２進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)后，Ｔp 初級(jí)電流暫時(shí)恒定，次級(jí)的感應(yīng)電壓降到０，Ｔ３截止，這時(shí)１２Ｖ低壓電流經(jīng)Ｄ２加到繞組Ｌa 上，維持Ｌa 中的電流為恒定值．輸入脈沖結(jié)束后，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４又均截止，儲(chǔ)存在Ｌa 中的能量通過(guò)１８Ω 的電阻和二極管泄放，１８Ω 的電阻的作用是減小放電回路的時(shí)間常數(shù)，改善電流波形后沿．由于采用高低壓驅(qū)動(dòng)，電流增長(zhǎng)快，電機(jī)的力矩和運(yùn)行頻率都得到改善，南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 68 頁(yè) 共 98 頁(yè)但由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，使電流波形頂部下凹，使平均電流下降，轉(zhuǎn)矩下降．5) .光電隔離電路設(shè)計(jì)為了避免外部設(shè)備的電源干擾，防止被控對(duì)象電路的強(qiáng)電反竄，通常采取將微機(jī)的前后向通道與被連模塊在電氣上的隔離的方法。過(guò)去通常隔離變壓器或中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而目前已廣泛被性能高、價(jià)格低的光電耦合器來(lái)代替。光電耦合器是把發(fā)光元件與受光元件封裝在一起，以光作為媒體來(lái)傳輸信息的。其封裝形式有管形，雙列直插式、光導(dǎo)纖維連接等。發(fā)光器件一般為砷化鎵紅外發(fā)光二極管。光電耦合器具有以下特點(diǎn)：信號(hào)采取光電形式耦合，發(fā)光部分與受光部分無(wú)電氣回路，絕緣電阻高達(dá) 1010-1012Ω，絕緣電壓為 1000-5000V，因而具有極高的電氣隔離性能，避免輸出端和輸入端之間可能產(chǎn)生的反饋和干擾。由于發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，動(dòng)態(tài)電阻很小，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)外的噪聲干擾信號(hào)形成低阻抗旁路，因此抗干擾能力強(qiáng)，共模抑制比高，不受磁場(chǎng)的影響，特別是用于長(zhǎng)線傳輸時(shí)作為終端負(fù)載，可以大大地提高信噪比。光電耦合器可以耦合零到數(shù)千赫的信號(hào)，且響應(yīng)速度快（一般為幾毫秒，甚至少于 10ns） ，可以用于高速信號(hào)的傳輸。下圖的光電耦合器是采用硅光電二極管作受光元件。其 CTR 為 10%-100%，脈沖上升和下降時(shí)間小于 5μs，輸出電路飽和壓降?。?0.2V-0.3V） ，電路構(gòu)件簡(jiǎn)單，是目前應(yīng)用較多的一種，主要用于驅(qū)動(dòng) TTL 電路、傳輸線隔離、脈沖放大等。晶體管輸出型的光電耦合器用于開(kāi)關(guān)信號(hào)耦合時(shí)，發(fā)光二極管和光電晶體管平常都處于關(guān)斷狀態(tài)。在發(fā)光二極管通過(guò)電流脈沖時(shí)，光電晶體管在電流脈沖持續(xù)的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通。下圖是使用 4N25 光電耦合器的接口電路，這里4N25 起到耦合脈沖信號(hào)和隔離單片機(jī) 8031 系統(tǒng)與輸出設(shè)備電氣回路的作用，使兩部分的電流相互獨(dú)立。輸出部分的地線 Vss 接地殼或大地，而單片機(jī)的電源地線（GND）浮空，這樣可以避免輸出部分電源變化對(duì)單片機(jī)電源的影南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 69 頁(yè) 共 98 頁(yè)響。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 4-Jun-2004 Sheet of File: G:\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\protel\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè).ddb Drawn By:VCCVCC+5VR1200Ω3KΩ業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)R2業(yè) 業(yè) 業(yè)業(yè) 業(yè) 業(yè)(九)、部分控制程序：1. 直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)在機(jī)電設(shè)備中，執(zhí)行部件要實(shí)現(xiàn)平面斜線和圓弧曲線得路徑運(yùn)動(dòng)，必須通過(guò)兩個(gè)方向得合成來(lái)完成，在數(shù)控機(jī)床中，這是由 X，Y 兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)得工作臺(tái)，按照插補(bǔ)控制原理實(shí)現(xiàn)得。插補(bǔ)原理在有關(guān)課程中學(xué)過(guò)。2直線插補(bǔ)程序ORG 2000HMAIN： MOV SP，#60HLP4： MOV 28H， #0C8H； XeMOV 29H， #0C8H； YeMOV 2AH, #00H; XMOV 2BH, #00H; YMOV 2EH, #00H; FMOV 70H, #0AHLP3: MOV A, 2EHJB ACC,7, LP1MOV A, 70HSETB ACC. 0CLR ACC. 2南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 70 頁(yè) 共 98 頁(yè)MOV 70H,A;LCALL MOTR； 調(diào)步進(jìn)電機(jī)得控制子程序， +X 方向進(jìn)給一步SUBB A。 29H； F-YeINC 2AH；X+1AJMP LP2LP1： MOV A ，70HSETB ACC。2CLR ACC.0；LCALL MOTR； 調(diào)步進(jìn)電機(jī)得控制子程序， +Y 方向進(jìn)給一步LCALL DELAYMOV A，2EHADD A，28H；F+YLP2： MOV 2EH，AMOV A，28HCJNE A，2AH，LP3；Xe=X ？RET程序中 MOTR 為步進(jìn)電機(jī)得控制子程序。如用硬件實(shí)現(xiàn)環(huán)分。如采用環(huán)形分配器，則需要由軟件程序完成硬件環(huán)分得功能，見(jiàn)步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)。3.圓弧插補(bǔ)程序得設(shè)計(jì)XL EQU 18HXH EQU 19HYL EQU 28HYH EQU 29HXeL EQU 1AHXeH EQU 1BHYeL EQU 2BHFL EQU 2CH南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 71 頁(yè) 共 98 頁(yè)FH EQU 2DHORG 2400HMAIN： MOV SP，#60H；MOV 70H， #08H；MOV XL， #80H；XLMOV XH，#0CH；XHMOV YeL， #80H；YeLMOV XeL，#00H；XeLMOV XeH，#00H；XeHMOV YL， #00H；YLMOV YH，#00H；YHMOV FL， #00H；FLMOV FH， #00H；FH LP3 MOV A，F(xiàn)HJNB ACC.7，LP1MOV A，70HSETB ACC.2CLR ACC.0； LCAAL MOTR；MOV R1， #28H；MOV R0，#1CH；MOV R7，#02H；LCALL MULT2； 2*YADD CLR CMOV A,FLADDC A,1CHMOV FL,AMOV A,FHADDC A,1DH;F+2YMOV FH,A南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 72 頁(yè) 共 98 頁(yè)CLR CMOV A,YLADD A,#00HMOV 28H,AMOV A,YHADDC A,#00HMOV YH,ACLR CMOV A,FLADD A,#01HMOV FL,AMOV A,FHADDC A,#00HMOV FH,A;F+2Y+1AJMP LP2MOV A,70HSETB ACC.0MOV 70H,A;LCALL MOTRMOV R1，#18H；XLMOV R0，#1CHMOV R7#02HLCALL MULT2，2* SUB CLR CMOV A，1CHSUBB A，F(xiàn)LMOV FL，AMOV A，F(xiàn)HSUBB A，1DH南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 73 頁(yè) 共 98 頁(yè)MOV XL，AMOV A，XLSUBB A，#00HMOV XH，A；X-1CLR CMOV A，F(xiàn)LADD A，##01HMOV FL，AMOV A，F(xiàn)HADDC A，#00HMOV FH，A；F-2X+1LP2： MOV A，YHCJNE A，YeH，LP3A；YH=Ye？]MOV A，YLCJNE A，Ye ，LP3A；YL=YeL？LP3A： AJMP LP3ORG 2500HMULT2： PUSH PSW；雙字節(jié)乘 2 子程序PUSH APUSH BCLR CMOV R2，#00HSH1： MOV A，@R1MOV B,#02HMUL ABPOP PSWADDC A,R2MOV R0,AINC R0INC R1南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 74 頁(yè) 共 98 頁(yè)DJNZ R7,SH1POP BPOP PSWRET4、LED 動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)中采用 LED 動(dòng)態(tài)顯示方式：其電路接口電路形式為：數(shù)碼管是八位共陰極，所以發(fā)光時(shí)字形驅(qū)動(dòng)輸出“1”有效，位選驅(qū)動(dòng)輸出“0”有效。對(duì) 8155 來(lái)講，字形碼輸出“0”有效，位選掃描電平為“1”有效。各數(shù)碼管雖然是分時(shí)輪流通電，但由于發(fā)光管具有余輝特性及人眼具有視覺(jué)暫留作用，所以適當(dāng)選取循環(huán)掃描頻率時(shí)，看上去所以的數(shù)碼管是同時(shí)亮的，察覺(jué)不出有閃爍現(xiàn)象。不過(guò)這種方式數(shù)碼管不宜太多，一般在 8 個(gè)以內(nèi)，否則每個(gè)數(shù)碼管所分配到實(shí)際導(dǎo)通的時(shí)間會(huì)太少，使得亮度不足。通常南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 75 頁(yè) 共 98 頁(yè)采用動(dòng)態(tài)顯示字形碼輸出及位選信號(hào)輸出因經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后再與數(shù)碼管相連。以下是對(duì) LED 動(dòng)態(tài)顯示電路的程序設(shè)計(jì)：LED 動(dòng)態(tài)顯示接口MOD： PUSH ACC ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PUSH DPHPUSH DPLSETB RS0MOV R0，#CWR ；指向 8155 控制口MOV A，#4DH ；設(shè)置 8155 工作方式字MOVX @R0,A ；設(shè) A 口、C 口都為輸入DIR： MOV R0，#DIS5 ；指向顯示緩沖區(qū)首單元MOV R6，#20H ；選中最左數(shù)碼管MOVX R7，#00H ；設(shè)定顯示時(shí)間MOV DPTR，#TAB ；指向字形表首址DIRI： MOV A，#00HMOV R1，#POC ；指向 8155A 口（字形口）MOVX @R1,AMOVX A,@R0 ；取要顯示的數(shù)MOVC A，@A+DPTR ；查表得字形碼 ]MOV R1，#POA ；指向 8155A 口（字形MOV @R1，A ；送字形碼MOV A，R6 ；取位選字MOV R1，#POC ；指向位選口MOV @R1，A ；送位選字HERE： DJNZ R7，HERE ；延時(shí)INC R0 ；更新顯示緩沖單元CLR CMOV A，Ra南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 76 頁(yè) 共 98 頁(yè)RRC A ；位選字移位MOV Ra，AJNZ DIR1 ；未掃描完繼續(xù)循環(huán)CLR RS0 ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)POP DPLPOP DPHPOP ACCRETTAB： DB 3FH,06,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07 ；0—7DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ；8—0FH5、串行擴(kuò)展口的鍵盤、顯示器接口電路軟件設(shè)計(jì)：此接口電路能實(shí)現(xiàn)的軟件功能是：上電后要求第一位顯示器顯示提示符“H”，然后等待鍵輸入。在按“0”或“1”鍵后將分別轉(zhuǎn)入 #0 鍵功能和#1 鍵功能程序。程序框圖如下：南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 77 頁(yè) 共 98 頁(yè)串行口擴(kuò)展的鍵盤、顯示接口電路MAIN: CLR P 1.4 ;清顯示SETB P1.3 ;開(kāi)顯示輸入SETB P1.4 ;開(kāi)顯示MOV SCON,#00H ;設(shè)串口方式為 0MOV A，#76H ；“76H”為 H 的段代碼MOV SBUF，A ；段選碼串行輸入STP： JNB T1， STP ；輸出等待CLR T1 ；清發(fā)送完標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備下次發(fā)送CLR KET ；調(diào)鍵盤子程序MOV DPRT，#PL0 ；置散轉(zhuǎn)入地址表南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 78 頁(yè) 共 98 頁(yè)MOV R2，A ；鍵值送 R2 ADD A，R2 ；由于 LJMP 為三字節(jié)指令，需對(duì)鍵值；進(jìn)行修正，以形成正確的散轉(zhuǎn)入口偏；移量ADD A，R2JMP @A+DPTRKEY： MOV A，#00H ；送全掃描字，判斷是否有鍵按下MOV SBUF，A ；全掃描字從串行口輸入STP2： JNB T1，STP2 ；等待發(fā)送CLR T1STP3 JB P1.5，STP3 ；若無(wú)鍵按下，等待LCALL TIME ；若有鍵按下，調(diào)延時(shí)子程序消抖動(dòng)JB P1.5，STP3 ；是鍵抖動(dòng)，返回鍵等待MOV R7，#08H ；查鍵號(hào)初始化，列數(shù)→R7MOV R6，#0FEH ；首列掃描子→R6MOV R3，#00H ；首列偏移量→R3MOV A，Ra ；送列掃描字KEYS： MOV SBUFASTP4： JNB T1， STP4CLER T1JB P1.5，NEXT ；若此鍵按下，準(zhǔn)備查詢下一列MOV A，#00H ；若此列鍵按下，送全掃描字MOV SBUF，ASTP5： JMB T1， STP5CLR T1STP6： JNB T1， STPa ；等待鍵釋放，若鍵未釋放，等待南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 79 頁(yè) 共 98 頁(yè)MOV A，R3 ；鍵號(hào)送 ARETNEXT： MOV A，R6RL AMOV R6，AINC R3DJNZ R7，KEYS ；8 列未查完，返回再查L(zhǎng)JMZ KEY ；8 列查完返回鍵掃描子程序入口散轉(zhuǎn)入口地址表：PLO+00H： LJMP PLGM0 ；PLGM0 為#00 鍵子程序入口地址PLO+03H： LJMP PLGM1 ；PLGM0 為#01 鍵子程序入口地址6、步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式采用高低壓驅(qū)動(dòng)，即在電機(jī)移步時(shí)，加額定或超過(guò)額定值的電壓，以便在較大的電流驅(qū)動(dòng)下，使電機(jī)快速移動(dòng)；而在鎖步時(shí)，則加低于額定值的電壓，只讓電機(jī)繞組流過(guò)鎖步所需的電流值。這樣，既可減少限流電阻的功率消耗，又可以提高電機(jī)的運(yùn)行速度。步進(jìn)電機(jī)控制的最大特點(diǎn)是開(kāi)環(huán)控制，不需要反饋信號(hào)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)量的誤差。在五相十拍得程序中，P1 口輸出的控制字是在程序中給定的。在五相十拍的控制中，由于控制字較多，故把這些控制字以表的形式預(yù)先存放在內(nèi)部RAM 單元中，運(yùn)行程序時(shí)以表的方式逐個(gè)取出并輸入。假定正反轉(zhuǎn)控制字依次存放在以 point 為首地址的內(nèi)部 RAM 中，表中內(nèi)容如下：Point: DB 01H ;正轉(zhuǎn) ADB 02H ；ABDB 03H ；BDB 04H ；BC南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 80 頁(yè) 共 98 頁(yè)DB 05H ；CDB 06H ；CDDB 07H ；DDB 08H ；DEDB 09H ；EDB 10H ；EADB 00H ；循環(huán)標(biāo)志DB 01H ；反轉(zhuǎn) ADB 10H ；AEDB 09H ；EDB 08H ；EDDB 07H ；DDB 06H ；DCDB 05H ；CDB 04H ；CBDB 03H ；BDB 02H ；BADB 00H ；循環(huán)標(biāo)志程序：ROUTN： JB F0，LOOP2 ；判正反轉(zhuǎn)MOV R1，#POINT ；建立正轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)指針LOOP1： MOV A。@R1 ；讀控制字JZ LOOP3 ；結(jié)束符轉(zhuǎn)MOV P1， AACALL DELAY ；延時(shí)INC R1 ；數(shù)據(jù)指針加 1AJMP LOOP1 ；循環(huán)LOOP2： MOV A，#POINT ；建立反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)指針ADD A，#06H南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 81 頁(yè) 共 98 頁(yè)MOV R1，AAJMP LOOP1LOOP3： DJNZ R0，ROUTN ；判步數(shù)到否RET（控制字表略）南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 82 頁(yè) 共 98 頁(yè)南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 83 頁(yè) 共 98 頁(yè)7、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架控制T01～T04：刀位信號(hào) 有效電平為高。當(dāng)其中的一個(gè)信號(hào)為高電平時(shí)，表示此時(shí)的刀架處于該刀號(hào)位置。連接圖如下所示：刀架定位采用 NPN 型霍爾接近開(kāi)關(guān)元件發(fā)信號(hào)，當(dāng)磁頭通過(guò)霍爾元件感應(yīng)頭時(shí)，霍爾元件導(dǎo)通，發(fā)出到位信號(hào)給系統(tǒng)。其內(nèi)部為集電極開(kāi)路形式，需在信號(hào)發(fā)送端接 2K/1W 上拉電阻。如下圖：南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 84 頁(yè) 共 98 頁(yè)換刀過(guò)程中，刀架到位后關(guān)閉刀架正轉(zhuǎn)輸出信號(hào)