小型數(shù)控臥式鏜銑床

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題題 目目： 小小型型數(shù)數(shù)控控臥臥式式鏜鏜銑銑床床主主軸軸箱箱升升降降和和制制動(dòng)動(dòng)裝裝置置設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 學(xué)學(xué)生生姓姓名名 ： 史史延延江江學(xué)學(xué) 院院 ： 機(jī)機(jī)械械學(xué)學(xué)院院班班 級(jí)級(jí)： 機(jī)機(jī)電電 12-3指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師 ： 秦秦建建國(guó)國(guó) 講講師師 2016 年 1 月 22 日學(xué)校代碼：學(xué)校代碼： 1012810128學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：201230102058201230102058課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課程名稱：課程名稱： 專業(yè)綜合設(shè)計(jì)專業(yè)綜合設(shè)計(jì)2 _ 學(xué)院：學(xué)院： 機(jī)械學(xué)院機(jī)械學(xué)院 班級(jí)：班級(jí)： 機(jī)電機(jī)電12-312-3 一、題目一、題目小型數(shù)控

2、臥式鏜銑床主軸箱升降和制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱升降和制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)二、目的與意義二、目的與意義專業(yè)綜合設(shè)計(jì) 2課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是機(jī)械類高年級(jí)學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課等知識(shí)體系，將機(jī)械、驅(qū)動(dòng)、傳感及計(jì)算機(jī)控制有機(jī)地集成融合在一起，獨(dú)立設(shè)計(jì)一種具有特定功能的機(jī)電裝備。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)機(jī)電裝備設(shè)計(jì)課程的知識(shí)，對(duì)典型機(jī)電裝備的工作原理、組成要素及核心技術(shù)問(wèn)題的分析能力；培養(yǎng)學(xué)生用機(jī)電裝備設(shè)計(jì)的知識(shí)及相關(guān)知識(shí)體系，掌握如何將機(jī)械和電氣驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制融合在一起，如何構(gòu)成一種性能優(yōu)良、工作可靠及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)

3、電裝備的一般設(shè)計(jì)方法和規(guī)律，提高設(shè)計(jì)能力；通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，熟悉設(shè)計(jì)過(guò)程，學(xué)會(huì)正確使用資料、正確使用圖書特別是電子圖書資源、網(wǎng)絡(luò)資源，查閱技術(shù)文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)計(jì)算、分析設(shè)計(jì)結(jié)果及繪制機(jī)械、電氣圖樣，在機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用上得到訓(xùn)練；通過(guò)課程設(shè)計(jì)的全過(guò)程，為學(xué)生提供一個(gè)較為充分的設(shè)計(jì)空間，使其在鞏同所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中深刻領(lǐng)會(huì)機(jī)電裝備設(shè)計(jì)的內(nèi)涵。 三、要求三、要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、圖紙量、工作量要求等） 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)1、主軸箱垂直提升行程：500； 2、主軸箱尺寸：長(zhǎng)長(zhǎng)寬寬高高500400250； 3、主軸箱總重： 1000N； 4、最高運(yùn)行速度：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方

4、式： 空載：0.6m/min; 切削：0.2m/min；交流伺服電機(jī)運(yùn)行方式：空載：8m/min;切削：2m/min；5、系統(tǒng)分辨率：開環(huán)模式 0.01mm/step；半閉環(huán)模式 0.005mm/step；6、系統(tǒng)定位精度：開環(huán)模式0.10mm；半閉環(huán)模式 0.01mm；7、切削負(fù)載：X 向 500N；Y 向 800N；Z 向 1200N設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求1、實(shí)現(xiàn)垂直平穩(wěn)升降，具有快速升降功能；2、用步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)作驅(qū)動(dòng)元件；3、工作時(shí)離合器脫開，主軸不工作時(shí)，離合器鎖死，主軸箱停在任意位置；4、具有行程越位報(bào)警功能；5、采用滾動(dòng)導(dǎo)軌塊作支承；6、具有斷電鎖緊功能。圖紙量和工作量要求圖紙

5、量和工作量要求1、機(jī)械總裝配圖、機(jī)械總裝配圖在CAXA環(huán)境下繪制主軸箱升降制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)主軸箱升降制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖，并進(jìn)行詳細(xì)修改和設(shè)計(jì)，最后用A1號(hào)圖紙打印輸出。2、硬件電路圖硬件電路圖控制芯片可采用 8031、80C31 或基于 PLC 的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，在 Protel 99 環(huán)境下，進(jìn)行控制電路圖的設(shè)計(jì)，電路圖幅為 A2A1 為宜。3、設(shè)計(jì)說(shuō)明書、設(shè)計(jì)說(shuō)明書要嚴(yán)格按照內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書書寫規(guī)范內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書書寫規(guī)范認(rèn)真撰寫，說(shuō)明書不少于6000字。四、工作內(nèi)容、進(jìn)度安排四、工作內(nèi)容、進(jìn)度安排 1、總體設(shè)計(jì)分析、確定方案、設(shè)計(jì)計(jì)算- -0.5 周2

6、、機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配圖繪制-1.0 周3、硬件電路設(shè)計(jì)-0.5 周4、撰寫說(shuō)明書-5 天5、答辯-2天五、主要參考文獻(xiàn)五、主要參考文獻(xiàn)1 林述溫等. 機(jī)電裝備設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.2 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（三分冊(cè)）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.3 王愛(ài)玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)M.北京：兵器工業(yè)出版社，1999.4 尹志強(qiáng)等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200975 滾珠絲杠、線性滑軌OL. 漢意精工.http:/www.taiwan-6 滾珠絲杠、線性滑軌OL.天津海特傳動(dòng)機(jī)械有限公司.http:/www.hit-7 步進(jìn)電機(jī)

7、及驅(qū)動(dòng)器OL.北京斯達(dá)微步控制技術(shù)有限公司.http:/8 步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、交流伺服電機(jī)及系統(tǒng)OL.步進(jìn)機(jī)電有限公司.http:/www.step-9 伺服電機(jī)相關(guān)技術(shù)、直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品、光電傳感器OL.深圳市湘聚事業(yè)有限公司，http:/10 RORZE 高精度步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器OL.北京偉恒升級(jí)團(tuán).http:/11 步進(jìn)聯(lián)軸器，編碼器聯(lián)軸器，微型電機(jī)聯(lián)軸器OL.廣州菱科自動(dòng)化設(shè)備有限公司：http:/12 日本富士、美國(guó) Copley 等交流伺服電機(jī)OL.重慶鈞智自動(dòng)化儀器控制有限公司http:/13 山東博特精工股份有限公司：http:/ 臺(tái)達(dá)交流伺服電機(jī)等. OL. 臺(tái)灣電子工業(yè)股份有限公

8、司:http:/.tw/審核意見(jiàn)審核意見(jiàn)系（教研室）主任（簽字）系（教研室）主任（簽字） 指導(dǎo)教師下達(dá)時(shí)間指導(dǎo)教師下達(dá)時(shí)間 20162016 年年 1 1 月月 4 4 日日指導(dǎo)教師簽字：指導(dǎo)教師簽字：_摘摘 要要小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱沿著 X 軸升降。數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)、立體倉(cāng)庫(kù)中堆垛機(jī)的升降系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等,盡管結(jié)構(gòu)和功能各不相同,但基本原理相同。機(jī)電一體化系統(tǒng)是將機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結(jié)合而形成的一個(gè)有機(jī)整體。本文通過(guò)對(duì)小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱的機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及接口電路的設(shè)計(jì),闡述了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中共性和關(guān)鍵的技術(shù)。 本說(shuō)明書簡(jiǎn)要明確的說(shuō)明了小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱升

9、降和制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的過(guò)程及內(nèi)容，包括機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)部分包含了確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量和切削力，滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型，電機(jī)的計(jì)算和選型。本次課程設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)和研究小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱升降和制動(dòng)裝置及其電氣原理圖。確定小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱升降的傳動(dòng)系統(tǒng)，并且選擇了螺旋傳動(dòng)，驗(yàn)算了螺旋傳動(dòng)的剛度、穩(wěn)定性，壽命等參數(shù)；還設(shè)計(jì)了導(dǎo)軌，根據(jù)其用途和使用要求，選擇了直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，確定了其類型、轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。利用8031、6264、2764、373、8155、8255 等 MCS51 單片機(jī)設(shè)計(jì)其硬件電路圖。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：滾珠絲杠螺母副；直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副；步進(jìn)電

10、機(jī)；MCS51 單片機(jī)目 錄第一章 總體方案設(shè)計(jì).11.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇 .11.2 機(jī)械傳動(dòng)方式 .11.3 電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .1第二章 主軸箱升降進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算.32.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 .32.2 確定系統(tǒng)切削 .32.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算和選型 .32.3.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的額定壽命.32.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 .52.4.1 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算 .52.5 聯(lián)軸器的選型 .92.6 步進(jìn)電機(jī)變速箱的選用 .92.7 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型 .92.7.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jep.92.7.2 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī).92.7.3

11、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 .122.7.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 .12第三章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).143.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) .143.2 單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容 .143.2.1 繪制電氣控制系統(tǒng)框圖 .143.2.2 選擇 CPU 的類型 .153.2.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) .153.2.4 I/O 接口電路設(shè)計(jì).163.3 各類芯片簡(jiǎn)介 .163.3.1 8031 芯片簡(jiǎn)介.163.3.2 373 芯片簡(jiǎn)介.163.3.3 6264 芯片簡(jiǎn)介.173.3.4 2764 芯片簡(jiǎn)介.173.3.5 8155 芯片簡(jiǎn)介.173.3.6 8255 芯片簡(jiǎn)介.173.4 存儲(chǔ)器

12、擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) .183.4.1 程序存儲(chǔ)器 ROM 的擴(kuò)展 .183.4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 的擴(kuò)展 .183.4.3 譯碼電路的設(shè)計(jì) .193.5 I/O 接口電路的設(shè)計(jì).193.5.1 8155 通用可編程接口芯片.193.5.2 8255 可編程接口芯片.203.5.3 鍵盤顯示接口電路 .203.6 8031 的時(shí)鐘電路.213.7 復(fù)位電路 .213.8 越界報(bào)警電路 .223.9 掉電保護(hù)電路 .223.10 控制系統(tǒng)的功能 .223.11 控制系統(tǒng)的工作原理 .22參考文獻(xiàn).24內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1第一章第一章 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)1.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與驅(qū)

13、動(dòng)系統(tǒng)的選擇為了實(shí)現(xiàn)鏜銑床主軸箱升降和制動(dòng)，運(yùn)動(dòng)定位、暫停、急停等功能，故選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到對(duì)工作臺(tái)實(shí)際位移的檢測(cè)，補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，故采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)，利用交流伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖 1-1 所示。 驅(qū)動(dòng)單元步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行部件圖 1-1 開環(huán)控制系統(tǒng) 1.2 機(jī)械傳動(dòng)方式為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)絲杠。為了保證一定的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除傳動(dòng)間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。1.3 電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)單片機(jī)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用 8 位微機(jī)。由于 MCS51 系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、

14、速度快、抗干擾能力強(qiáng)，高性價(jià)比等特點(diǎn)，故采用 MCS51 系列的8031、80C31、8086、DSP、基于 DSP 的運(yùn)動(dòng)控制芯片，ARM 嵌入式微處理器技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O 接口及光電隔離電路。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書2息。小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱升降和制動(dòng)裝置電氣控制系統(tǒng)單片機(jī)方案設(shè)計(jì)如圖1-2 所示。圖 1-2 小型數(shù)控臥式鏜銑床主軸箱升降和制動(dòng)裝置電氣控制系統(tǒng)單片機(jī)方案內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書3第二章第二章 主軸箱升降進(jìn)給伺服系統(tǒng)主軸箱升降進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

15、設(shè)計(jì)計(jì)算伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量、區(qū)定系統(tǒng)的負(fù)載、運(yùn)動(dòng)部件慣量計(jì)算，空載起動(dòng)及切削力矩計(jì)算，確定伺服（步進(jìn)）電機(jī)，傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選用，繪制機(jī)械部分裝配圖等。現(xiàn)分述如下：2.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量一個(gè)進(jìn)給脈沖，使運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量，稱為脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用的脈沖當(dāng)量是 0.01mm/step。2.2 確定系統(tǒng)切削根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)床的切削負(fù)載為：X 向 500N；Y 向 800N；Z 向 1200N。2.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算和選型目前，滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用非常廣泛，因?yàn)槠淠Σ料禂?shù)小

16、（0.00250.005） ；動(dòng)、靜摩擦系數(shù)很接近，幾乎不受運(yùn)動(dòng)速度變化的影響，運(yùn)動(dòng)輕便、靈活，所需驅(qū)動(dòng)功率小，摩擦發(fā)熱小，磨損小，精度保持性好，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因而定位精度高，故選滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)包括選擇結(jié)構(gòu)形式，確定預(yù)緊方式，計(jì)算和確定幾何參數(shù)。2.3.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的額定壽命1）作用于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副工作載荷的計(jì)算工作載荷是影響導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。對(duì)于升降工作臺(tái)，多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的工作臺(tái)滑塊間距分布圖及受力情況如圖 2-1 所示。采用雙導(dǎo)軌，四滑塊的支撐形式。考慮最不利的情況，即垂直于工作臺(tái)的最大垂直方向載荷為： (2-FyGFmax內(nèi)蒙古工業(yè)

17、大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書41)查表 3-41，根據(jù)工作載荷,初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為NF1400max KL 系類的 JSA-LG15 型，其額定載荷 Ca=7.94KN,額定靜載荷 Coa=9.5KN,選取導(dǎo)軌長(zhǎng)度 640mm。2）滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副額定壽命 L 的計(jì)算 上述選取的 KL 系列 TSA-LG15 型導(dǎo)軌副的滾動(dòng)導(dǎo)軌硬度 60HRC,工作溫度不超過(guò)600，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級(jí)，工作速度較低載荷不大。 (2-2)()(503maxkmLFCfffffawacth式中：硬度系數(shù)，=1.0；hfhf溫度系數(shù)，=1.00；tftf接觸系數(shù)，=0.81;cfcf精度系數(shù)，=

18、0.9；afaf運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取=1.21.5，計(jì)算取 1.5；wfwf帶入數(shù)據(jù) 得 L=1047 Km 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于期望值 50 Km，故距離額定壽命滿足。2.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。2.4.1 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算1）計(jì)算進(jìn)給牽引力 NFm內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書5 圖 2-1 主軸箱升降示意圖作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。選用綜合導(dǎo)軌，則進(jìn)給牽引力： (2-3)(FzGKFxFm式中：K考慮顛覆力矩影響

19、的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 K=1.15；u導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌型式而不同。滾動(dòng)導(dǎo)軌數(shù)值在f0.00250.005 之間，取 0.15；主軸箱總重。G主軸箱配重，。代入數(shù)據(jù) 得 Fm=905N。GGG 2）最大動(dòng)負(fù)載 FQ 計(jì)算 選用滾珠絲桿副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)15000h 后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)荷的最大值即為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)荷 FQ。絲桿轉(zhuǎn)速 (2-4)min)/ r (P/vnh n = 60(r/min)絲桿壽命系數(shù)（以轉(zhuǎn)為 1 單位） (2-5)61061060TnL L = 54(r/min)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明

20、書6最大動(dòng)負(fù)荷 (2-6)3LFffFmhwQ FQ = 3421N式中：絲杠軸向當(dāng)量負(fù)載；Fm最大切削力下的進(jìn)給速度（m/min），可取最高進(jìn)給速度的 300m/s；v滾珠絲杠導(dǎo)程，=4mm；hPhP硬度系數(shù)，取 1.0；hf載荷系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取=1.21.5，計(jì)算取 1.2；wfwf滾珠絲桿的使用壽命，取 15000h；T所計(jì)算出來(lái)的最大動(dòng)負(fù)荷應(yīng)小于滾珠絲桿的額定動(dòng)載荷。QFaC 驗(yàn)證所初步選擇的滾珠絲杠螺母副是否符合要求。3）初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 G 系列 20043 型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑

21、為 20mm，導(dǎo)程為 4mm，循環(huán)滾珠為 3 圈 X 1 列，精度等級(jí)取 5 級(jí)，額定動(dòng)載荷為 5243N，大于，滿足要求。4）傳動(dòng)效率 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率一般在 0.80.9 之間，由下式計(jì)算。 (2-7)(tgtg= 95.5% =arctan/（） (2-8)0= 364式中：公稱直徑=20mm，導(dǎo)程為4mm0=絲杠螺旋升角；內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書7摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)=0.0030.004，其摩擦角約f等于 10。5）系統(tǒng)剛度驗(yàn)算滾珠絲桿副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。因此，應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：絲杠的拉伸或壓縮變形量、滾珠與螺

22、紋滾道間接觸1變形。2主軸箱升降進(jìn)給滾珠絲杠副的支承方式草圖如圖 2-2 所示。臥式鏜銑床的主軸箱升降的滾珠絲杠副的支承采用“一端雙推-端游動(dòng)。絲杠一端為雙向推力球軸承一端深溝球軸承。上下兩支承德中心距離 L=600mm絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的 1/3，選擇波形管防護(hù)裝置。圖 2-2 主軸箱升降進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 (2-9)非常小，此項(xiàng)忽略）由于M(221LMESFmL1 =0.01124mm式中：E剛的彈性慣量，取；MPa101 . 25絲杠低徑，查表 3-31 得 17.1mm；2d滾珠直徑，查表 3-31 得 2.381mm;wD內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書8S

23、絲杠截面積，取;mmdS230422 (2-10)32210/100013. 0ZFDFmyjw2 =0.0036 mm式中：絲杠預(yù)緊力，yjFNFFmyj3 .3013/ Z單圈滾珠數(shù)，由與該型號(hào)為單螺母，滾珠圈數(shù)2430wDdZ列數(shù) 為 31 所以滾珠總數(shù)為 64。根據(jù)以上計(jì)算得到滾珠絲杠的總體變形量：m128. 021在此次設(shè)計(jì)中,絲杠有效行程為 500mm,由表 3-27 知，五級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在 315-500mm 之間時(shí)，行成誤差可達(dá) 25m，可見(jiàn)，絲杠剛度足夠。6）穩(wěn)定性校核滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，對(duì)已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負(fù)荷時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其是否

24、產(chǎn)生彎曲失穩(wěn)現(xiàn)象。產(chǎn)生失穩(wěn)的計(jì)算臨界負(fù)載)(NFK (2-11)22kKKLEIfFFmFk = 2497N式中 絲杠材料彈性模量，鋼：；E24/106 .20mmNE截面慣性矩，絲杠：，為絲杠螺紋的底徑；I2mm42d64I2d絲杠兩支承端距離；Lmm絲杠支承方式系數(shù)，由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P42kf內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書9表 3-34 查取。故絲杠不失衡，是穩(wěn)定的。2.5 聯(lián)軸器的選型選小型撓性聯(lián)軸器型號(hào)為：SRL.65C L=50, A=452.6 步進(jìn)電機(jī)變速箱的選用根據(jù)式 i=（）/（360 ）=1 脈沖當(dāng)量，取 0.01mm/脈沖；滾珠絲杠的導(dǎo)程，取 4mm；

25、初選步進(jìn)電機(jī)的補(bǔ)距角，??；0.9由于傳動(dòng)比為 1，絲杠可與聯(lián)軸器直接相連，不需減速箱。2.7 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型2.7.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jep已知：滾珠絲杠的公稱直徑=20mm，總長(zhǎng) l=840mm，導(dǎo)程=4mm，材料密度0=7.85 X Kg/；移動(dòng)部件總重力 G=800N，傳動(dòng)比 i=1.10 32滾珠絲杠的傳動(dòng)慣量 = (2-12)28 Js=1.035 Kg2主軸箱折算到絲杠的傳動(dòng)慣量= (2-13)（2）2 Jw=0.537 Kg2內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書102.7.2 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 90BYG2502，為兩相混合式，由常州寶

26、馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相八拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為 0.9。，查的該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=4Kg。 2則加在不僅電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：Jep=Jm+Jw+Js (2-14)Jeq=5.572 Kgcm3計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 分快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1.快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括三部分：一部分是快速空1載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上；的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，相對(duì)于和很小，可以00忽略不計(jì)。則有 （2-14）1=

27、+ 考慮傳動(dòng)鏈的總效率 ，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： （2-15）=2601式中 對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為 s。 其中： （2-16）=360式中 空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為 600mm/min； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為； 0.9 脈沖當(dāng)量，本例 =0.01mm/脈沖。 將以上各值代入，算得167r/min=設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要時(shí)間0.4s，傳動(dòng)鏈總效率。=95. 0則：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書11 1/ （2-=26017） Tamax=0.02

28、4Nm移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： （2-i2P)FF(Thxzf18）式中 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取 0.005； 垂直方向的銑削力，空載時(shí)取 0； 傳動(dòng)鏈總效率，取 0.7。得： Tf0.006Nm最后，求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： (2-19)1= + Teq1 =0.030 Nm 2.最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括三部分：一部分是折2算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還要有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對(duì)于很小，可以忽略不計(jì)。則有：00和 (2-2

29、0)2= + 其中，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載 Tt=Ff Ph /2 i (2-21) Tt=0.512 Nm 承受最大工作負(fù)載情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： Tf=(Fx+Fz)Ph/2 i (2-22) Tf=0.006 Nm最后，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書12 Teq2 = Tt + Tf (2-23) Teq2 = 0.518 Nm經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為： (2-24)= 1，2 Tep = 0.518 Nm2.7.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)

30、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)喧雜步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù) K = 4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： 4 (2-25) Teq = 2.072 Nm上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 90BYG2502，查的該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。可見(jiàn),滿足要求。2.7.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定的最快工進(jìn)速度800 mm/min，脈沖當(dāng)量，= = 0.01/脈沖求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率從 90BYG2502 電動(dòng)機(jī)的HzVff3 .33301. 0602

31、0060maxmax運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，遠(yuǎn)遠(yuǎn)NmT5max大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩0.518 Nm，滿足要求2= 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定最快空載移動(dòng)速度，求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率smV/600max。用差補(bǔ)法求得在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩HzVff100001. 06060060maxmax內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書13，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩0.030Nm，滿足要求。NmT. 5max 1=最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 最快空載移動(dòng)速度 應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率 1000Hz，查表可知 90GBY2502 電動(dòng)機(jī)的空smV/

32、600max載運(yùn)行頻率可達(dá) 20000Hz，可見(jiàn)沒(méi)有超出上限。2.7.5 起動(dòng)頻率的計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng) Jep=095Kg，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2電動(dòng)機(jī)步帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率。則可以求出步= 42= 1800進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率： (2-26)4/095. 511800/1meqqLJJff fL = 1179Hz上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于 1179Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選更低，通常只有 100Hz。綜上所述，本例中選用的 90BYG2502 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

33、14第三章第三章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由 CPU，存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，I/O 接口電路，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，檢測(cè)電路等幾部分組成。微機(jī)是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其他裝置都是在微機(jī)的指揮進(jìn)行工作的。系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)中所用的微機(jī)直接相關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)微機(jī)的要求是多方面的，但主要指標(biāo)是字長(zhǎng)和速度。字長(zhǎng)不僅影響系統(tǒng)的最大加工尺寸，而且影響加工的精度和運(yùn)算精度。字長(zhǎng)較長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)，價(jià)格顯著上升，而字長(zhǎng)較短的計(jì)算機(jī)，要進(jìn)行雙字長(zhǎng)和三字長(zhǎng)的運(yùn)算，就會(huì)影響速度，根據(jù)機(jī)床要求，綜合考慮采用 8 位微機(jī)。由于 MCS-51 系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，

34、抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性價(jià)比特點(diǎn)，決定采用 MCS-51 系列的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機(jī)部分，鍵盤、顯示器、I/O 接口及光電隔離電路，步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等幾部分組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用 LED 顯示器。32 單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容3.2.1 繪制電氣控制系統(tǒng)框圖數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件軟件才能有效的運(yùn)行。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書15RAMROMCPUI/O接口外 設(shè)鍵盤、顯示器及其它驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)圖 3-1 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（半閉環(huán)系統(tǒng)）機(jī)床硬件電路圖由以下幾部分組成：1.主

35、控制器，即 CPU2.總線，包括數(shù)據(jù)，地址，控制總線3.存儲(chǔ)器 ROM，RAM4.接口，即 I/O 接口電路5.外設(shè)，如 鍵盤，顯示器及光電輸入機(jī)等。3.2.2 選擇 CPU 的類型目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，推薦采用 MCS-51 系列單片機(jī)作為主控制器3.2.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路應(yīng)該包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，要考慮 CPU 與 EPROM 時(shí)序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量問(wèn)題存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 驅(qū)動(dòng)器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書163.2.4 I/O 接口電路設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)內(nèi)容包括接口

36、芯片的選用，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)（例如復(fù)位電路，越界報(bào)警電路，掉電保護(hù)電路等）3.3 各類芯片簡(jiǎn)介3.3.1 8031 芯片簡(jiǎn)介Vss：接地VCC：+5 伏電壓XTAL1：內(nèi)部振蕩電路反向放大器輸入端XTAL2：內(nèi)部振蕩電路反向放大器輸出端RST/VPD：復(fù)位/備用電源ALE/PROG：鎖存/接收編程脈沖PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端EA/VPP：EA 為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)起選擇端，對(duì)于 8031 始終保持低電平；VPP 為在 EPROM 編程期間加 21 伏編程電壓P0.0P0.7：在訪問(wèn)外存時(shí)，分時(shí)傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù)總線P1.0P1

37、.7：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，每一位都可作為可編程的輸入或輸出線P2.0P2.7：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，訪問(wèn)外存時(shí)輸出高 8 位地址P3.0P3.7：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口及第二功能口 3.3.2 373 芯片簡(jiǎn)介 D0D7： 數(shù)據(jù)輸入端Q0Q7： 數(shù)據(jù)輸出端LE ： 鎖存信號(hào)輸入端OE ： 鎖存信號(hào)輸出端 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書173.3.3 6264 芯片簡(jiǎn)介A0A12： 地址線I/O0I/O7：雙向數(shù)據(jù)線CE1：片選線 1CE2：片選線 2WE： 寫允許線OE： 讀允許線 3.3.4 2764 芯片簡(jiǎn)介A0A12：地址線I/O0I/O7：數(shù)據(jù)輸出線CE： 片選線OE：

38、數(shù)據(jù)輸出選通線PGM：編程脈沖VPP：編程電壓 3.3.5 8155 芯片簡(jiǎn)介AD0AD7：地址數(shù)據(jù)總線RESET：由 8031 提供復(fù)位信號(hào)CE：CE=0 時(shí)，器件才允許被啟用IO/M：當(dāng) IO/M=1 時(shí)，選擇 I/O 口電路；當(dāng) I/O=0 時(shí)，選擇存儲(chǔ)器ALE：接 8031ALERD：為主機(jī)發(fā)來(lái)的讀信號(hào)輸入端WR：為主機(jī)發(fā)來(lái)的寫信號(hào)輸入端 3.3.6 8255 芯片簡(jiǎn)介RESET：由 CPU 提供復(fù)位信號(hào)CS：片選信號(hào)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書18RD：為主機(jī)發(fā)來(lái)的讀數(shù)脈沖輸入端WR：為主機(jī)發(fā)來(lái)的讀數(shù)脈沖輸入端A1、A0 ：端口選擇信號(hào) 3.4 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) MCS-51

39、系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合 MCS-51 系列的最小系統(tǒng)用一片 8031 外擴(kuò)一片 EPROM 就能滿足功能的要求。對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，可利用 MCS-51 的擴(kuò)展功能，構(gòu)成功能強(qiáng)，規(guī)模大的系統(tǒng)。3.4.1 程序存儲(chǔ)器 ROM 的擴(kuò)展MCS-51 的程序存儲(chǔ)器的尋址空間為 64K B。8031 不帶 ROM，用作程序存儲(chǔ)器的器件是 EPROM。(1)16 位地址總線的擴(kuò)展由于 P0 口分時(shí)傳送低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)，所以接入 74LS373 鎖存器，8031 的 ALE接 373 的 LE，373 的 OE 接地，使 373 常輸出。74LS373 的輸出口

40、Q 與 P2 口一起擴(kuò)展出 16 位地址總線 AB，其高三位 A13、A14、A15分別與 138 的 A、B、C 引腳相連。(2）地址線的連接根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要擴(kuò)展兩片 2764。兩片 2764 的地址線分別與地址總線 AB 相連。(3）數(shù)據(jù)線的連接兩片存儲(chǔ)器的 8 位數(shù)據(jù)線分別與數(shù)據(jù)總線 DB 按位依次相連。(4）控制線的連接8031PSEN 與 EPROM 的 OE 相連；8031 的 EA 接地；2764（1）的 OE 與 138 Y0相連，2764（2）的 OE 與 138 Y1相連。3.4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 的擴(kuò)展由于 8031 芯片內(nèi)部 RAM 只有 128 字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿

41、足系統(tǒng)的需要，需擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，選擇 6264 芯片即可滿足設(shè)計(jì)要求。6264 的連接和 2764 大致相同，唯控制信號(hào)線的連接不同；6264 的 OE，WE 與內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書198031 的 RD，WR 相連，CE 與 138 的 Y1相連，CE2 高電平有效。3.4.3 譯碼電路的設(shè)計(jì)8031 單片機(jī)允許擴(kuò)展 64K ROM 和 64K RAM（包括 I/O 借口芯片）(1） 、MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的地址譯碼規(guī)則第一：ROM 與 RAM 獨(dú)立編址ROM 地址和 RAM 地址可以重疊使用，都從 0000HFFFFH。地址的重復(fù)靠片選信號(hào)和控制信號(hào)區(qū)分

42、。第二：外圍 I/O 與 RAM、ROM 的統(tǒng)一編址外圍 I/O 不僅占用 RAM 的單元，而且使用 RAM 的讀/寫指令，本次課程設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一編址。 (2） 、地址譯碼法常用地址的譯碼方法有線選法和全地址譯碼，在這里選擇全地址譯碼。對(duì)于容量較大的的系統(tǒng)，擴(kuò)展的外圍芯片較多，芯片所需的片選信號(hào)多于可利用的地址線時(shí)，就需要用全地址譯碼的方法。通常采用 3-8 譯碼器（74LS138） 。輸入端占用 3 根最高地址線，剩余的 13 根低位地址線可作為片內(nèi)的地址線。74LS138 譯碼器的 8 根輸出線分別對(duì)應(yīng) 8 個(gè) 8K 字節(jié)的地址空間。3.5 I/O 接口電路的設(shè)計(jì)8031 單片機(jī)共有 4 個(gè)

43、 8 位并行 I/O 口，但可供用戶使用的只有 P1 口和部分 P3口，因此在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都需要擴(kuò)展 I/O 口芯片，本擴(kuò)展系統(tǒng)采用 8155 和8255 芯片。3.5.1 8155 通用可編程接口芯片8155 是可編程的 RAM/IO 擴(kuò)展接口電路。 （256 個(gè) RAM 單元，2 個(gè) 8 位口，1 個(gè) 6位口，1 個(gè) 14 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器）(1）8155 的工作方式8155 I/O 口工作方式選擇通過(guò)對(duì) 8155 內(nèi)部命令寄存器設(shè)定命令控制字實(shí)現(xiàn)。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書20(2）狀態(tài)查詢8155 有一個(gè)狀態(tài)寄存器，用于鎖存 I/O 口和定時(shí)器的當(dāng)前狀態(tài)，供 CPU 查詢用。

44、C/S 寄存器共用一個(gè)地址。命令寄存器只能寫入不能讀出；而狀態(tài)寄存器只能讀出不能寫入，所以可以認(rèn)為。CPU 讀該地址時(shí)，作為 S 寄存器，相反則作為 C 寄存器。(3）8155 的定時(shí)功能8155 芯片內(nèi)有一個(gè) 14 位減法計(jì)數(shù)器，可對(duì)輸入脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。外部有定時(shí)引腳 TIMERIN 和 TIMEROUT。(4) 8031 和 8155 的接口8155 芯片可以直接和 MCS-512 系列單片機(jī)連接，不需要任何外加邏輯電路。通常用 P2 口的高位地址線作為 8155 芯片的片選信號(hào)及 IO/M 的選擇信號(hào)。8031 的P2.0 于 IO/M 連接。由于 8155 內(nèi)部有地址鎖存器，所以 8

45、031 的 ALE 端可以和 8155的 ALE 端直連，利用 8031 的 ALE 的信號(hào)的下降沿鎖存 8031P0 送出的低 8 位地址信息。相應(yīng)的讀寫信號(hào)也直接相連。 3.5.2 8255 可編程接口芯片8255 是 INTER 公司開發(fā)的可編程輸入輸出接口芯片，它具有 3 個(gè) 8 位的并行I/O 口，分別為 PA、PB、PC 口，其中 PC 口又分為高 4 位和低 4 位，他們都可以通過(guò)軟件編程來(lái)改變 I/O 口的工作方式，8255 可與 8031 直接連接。（1）8255 的三種工作方式方式 0：基本輸入輸出方式方式 1：應(yīng)答式輸入輸出工作方式方式 2：應(yīng)答式雙向輸入輸出工作方式（僅

46、 A0 口可選此種方式，此時(shí) C 口的PC7PC3 五位作為其應(yīng)答信號(hào)使用。（2）8031 和 8255 的接口連接無(wú)需任何外加邏輯電路，直接連接即可。138 的 Y2 接 CS，373 的 Q1，Q2分別接 A0，A1。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書213.5.3 鍵盤顯示接口電路（1）顯示器工作原理數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有 LED 和 LCD 也有采用 CRT 的。這里采用 LED 顯示器，一般分為共陽(yáng)極顯示和共陰極顯示，共陽(yáng)極顯示的段碼與共陰極顯示的段碼是邏輯非的關(guān)系。通常顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示，調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)高亮度較高較穩(wěn)的顯示。這里采用的是 7 位共陰極的顯示器和 81

47、55 的接口。8155 的 B 口作為掃描口。經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器 74LS04 接顯示器的公共極，A 口作為段選數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器 7407接顯示器的各個(gè)極。 （2）鍵盤接口原理當(dāng)鍵盤上沒(méi)有鍵閉合時(shí)，所有的行線和列線都斷開，行線都呈高電平，當(dāng)鍵盤上某一鍵閉和時(shí)，則該鍵所對(duì)應(yīng)的行線列線短路。如果把行線接到微機(jī)的輸入口，列線接到微機(jī)的輸出口，則在微機(jī)的控制下，先使第一列線為低電平，其余列先都為高電平，然后微機(jī)通過(guò)輸入口讀行線的狀態(tài)，如果行線都為高點(diǎn)平，則第一列上沒(méi)有鍵閉合，如果讀出的行線不全為高電平，則輸入為低電平的行線合第一列相交的鍵處于閉合狀態(tài)；如果第一列上沒(méi)有鍵閉合，接著使列線的第二列為低電平，其余列線為高電平，用同樣的方法檢查第二列上有無(wú)鍵閉合，依次類推，這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過(guò)稱為對(duì)鍵盤的一次掃描。 （3）利用 8155 芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤顯示器接口在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，同時(shí)需要使用鍵盤和顯示器，常常把鍵盤和顯示器做在一起，以節(jié)省 I/O 線鍵盤的列線及 LED 顯示器的字位控制共用 8155 的