CNC二維工作平臺設(shè)計要點(diǎn)

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計

課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：CNC二維工作平臺設(shè)計專 業(yè):機(jī)械電子工程班 級: 學(xué) 號: 姓名： 指導(dǎo)教師： 二0一三年十二月CNL維工作平面設(shè)計

摘要在本次設(shè)計中，我采用常規(guī)分離式主傳動設(shè)計，機(jī)床主傳動采用液壓操縱機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)十八級轉(zhuǎn)速。機(jī)床主軸箱內(nèi)的傳動齒輪均經(jīng)淬硬磨齒處理，傳動比穩(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級高精度軸承，潤滑油潤滑，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題，離合器安裝于主軸箱帶輪處，使床頭箱內(nèi)結(jié)構(gòu)大為簡化，便于維修。機(jī)床兩軸進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠的典型傳動方式， 在滑板與床鞍及床鞍與床身之間的滑動面處貼有TSF導(dǎo)軌板，滑動磨擦系數(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。機(jī)床采用立式四工位刀架，該刀架布刀方便，剛性好。進(jìn)給方面，采用開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，即步進(jìn)電機(jī)數(shù)控進(jìn)給方式。采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)已基本能滿足進(jìn)給精度的要求。主傳動由于采用了分離傳動發(fā)案，可較好的隔離電機(jī)及變速箱的震動，解決了熱變形對主軸的影響，提高機(jī)床的加工精度。再者，數(shù)控系統(tǒng)采用單片機(jī)技術(shù)，可靠性高，成本低，經(jīng)濟(jì)性好。在總體性能上可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)精密數(shù)控機(jī)床之列，達(dá)到較好的性價比。該機(jī)床可以加工各種軸類、盤類零件，可以車削各種螺紋、圓弧、圓錐及回轉(zhuǎn)體的內(nèi)外曲面。作為通用型機(jī)床，特別適合汽車工業(yè)、摩托車行業(yè)、電子工業(yè)、航天、軍工等行業(yè)，對旋轉(zhuǎn)體類零件進(jìn)行高效、大批量、高精度加工時采用。機(jī)床采用機(jī)、電、液一體化結(jié)構(gòu)，整體布局緊湊合理，便于維修和保養(yǎng)，外形符合人機(jī)工程學(xué)的原理，宜人性好，便于操作。關(guān)鍵詞：CNC;CJ6132;分離傳動；步進(jìn)電機(jī)目錄TOC\o"1-5"\h\z任務(wù)分酉己 1..第1章緒論 2.\o"CurrentDocument"設(shè)計背景 2\o"CurrentDocument"系統(tǒng)總體方案設(shè)計概述 2第2章方案設(shè)計 3.\o"CurrentDocument"性能要求 3\o"CurrentDocument"設(shè)計思路 3\o"CurrentDocument"尺寸設(shè)計 3第3章機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計（傳動系統(tǒng)設(shè)計） .4床身 4.\o"CurrentDocument"床頭箱結(jié)構(gòu) .4.\o"CurrentDocument"進(jìn)給系統(tǒng) 4刀架 4.尾座米用手動尾座 4冷卻系統(tǒng) .4.卡盤 4.\o"CurrentDocument"電氣系統(tǒng) 5\o"CurrentDocument"安全保護(hù) 5第4章CNC二維平臺的控制電路的設(shè)計（硬件系統(tǒng)的設(shè)計）........6\o"CurrentDocument"主要參數(shù)的確定 6傳動系統(tǒng)圖擬定 6電機(jī)選擇 .6.\o"CurrentDocument"進(jìn)給系統(tǒng)計算 7.第5章數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計 .9.\o"CurrentDocument"單片機(jī)系統(tǒng)控制設(shè)計的基本要求 9\o"CurrentDocument"數(shù)字控制系統(tǒng)框圖 9\o"CurrentDocument"數(shù)控系統(tǒng)的硬件特點(diǎn) 9控制系統(tǒng)圖及芯片的選擇 10系統(tǒng)的選用 10\o"CurrentDocument"系統(tǒng)的擴(kuò)展 10\o"CurrentDocument"標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng) 11MCS-51系列（三總線結(jié)構(gòu)） 13\o"CurrentDocument"振蕩器和時鐘電路 1.3\o"CurrentDocument"存儲器及系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計。 14基本知識 14IITOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"程序器的擴(kuò)展 1.6\o"CurrentDocument"數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 1.6\o"CurrentDocument"存儲器地址空間的分配 16I/O接口的擴(kuò)展 1.6\o"CurrentDocument"鍵盤及鍵盤接口設(shè)計 18\o"CurrentDocument"顯示器接口設(shè)計 1.9\o"CurrentDocument"步進(jìn)電機(jī)控制電路 21課程設(shè)計心得 27附錄1 28\o"CurrentDocument"附錄2 29參考文獻(xiàn) 30iii

任務(wù)分配任務(wù)分配總體方案設(shè)計：劉飛傳動系統(tǒng)設(shè)計：劉洋動力電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計：王凱控制電路設(shè)計：孫奉斌軟件編程：孫善東電力供電系統(tǒng)：劉飛附上整體效果圖【圖片】第1章緒論設(shè)計背景機(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)效益和社會效益。因此，從事機(jī)床設(shè)計的人員，應(yīng)不斷地把經(jīng)過實(shí)踐檢驗的新理論、新技術(shù)、新方法應(yīng)用到設(shè)計中，做到既要技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益好、效率高。要不斷的吸收國外的成功經(jīng)驗，做到既要符合我國國情，又要趕超國際水平。要不斷的開拓創(chuàng)新，設(shè)計和制造出更多的生產(chǎn)率高、靜態(tài)動態(tài)性能好、結(jié)構(gòu)簡單、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)計本著以上原則進(jìn)行，盡量向低成本、高效率、簡化操作、符合人機(jī)工程的方向考慮。系統(tǒng)總體方案設(shè)計概述床身上最大回轉(zhuǎn)直徑mm320最大工件長度mm750最大切削直徑mm320最大切削長度mm750床鞍（滑板）上最大切削直徑mm250主軸前端錐孔莫氏6號錐度主軸孔徑mm350主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min40-1800主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)18級主軸電機(jī)輸出功率（普通）kW5中心高距床身mm250距地面mm1130尾座套筒直徑mm65尾座套筒行程mm150尾座套筒錐孔錐度莫氏5號第2章方案設(shè)計2.1性能要求1、根據(jù)零件材料HT200確定毛坯為鑄件，3-小11和3-小18的內(nèi)孔不鑄出，均在鉆床上鉆出后加工。2.由于本零件要求生產(chǎn)批量為中批量生產(chǎn)，毛坯鑄造方法選用金屬型鑄造（查機(jī)械加工工藝設(shè)計資料P4表1.2-1）,鑄造的毛坯尺寸公差等級為8級（查機(jī)械加工工藝設(shè)計資料P6表1.2-5）,選擇錯型值為0.7（查機(jī)械加工工藝設(shè)計資料P6表1.2-4）。設(shè)計思路主運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計采用分離式主傳動系統(tǒng)，包括變速箱、主軸箱兩部分。其中，變速箱與電動機(jī)至于機(jī)座內(nèi)，主軸箱與變速箱采用帶傳動連接。所有的變速都采用液壓操作。進(jìn)給運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)本次所設(shè)計的機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動均由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制， 因此在X、Y方向上，進(jìn)給運(yùn)動均采用滾珠絲杠螺母副，其動力由步進(jìn)電機(jī)通過齒輪傳遞。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，各個控制按扭均安裝在控制臺上，而控制臺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、行程開關(guān)等，以及標(biāo)準(zhǔn)件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購形式。尺寸設(shè)計對于批量生產(chǎn)的鑄件加工余量（查機(jī)械加工工藝設(shè)計資料P7表1.2-7）,初步將本零件的加工余量定為5mm,毛坯尺寸偏差由表1.2-2查得為1.8。第3章機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計（傳動系統(tǒng)設(shè)計）床身機(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?；瑒訉?dǎo)軌面采用中頻淬火，淬硬層深。硬度達(dá)HRC52以上，拖板滑動面貼塑，使得進(jìn)給系統(tǒng)的剛度，摩擦阻尼系數(shù)等動、靜特性都處于最佳狀態(tài)。床頭箱結(jié)構(gòu)機(jī)床主傳動采用液壓操縱機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)十八級轉(zhuǎn)速。機(jī)床主軸箱內(nèi)的傳動齒輪均經(jīng)淬硬磨齒處理，傳動比穩(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級高精度軸承，潤滑油潤滑，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)大為簡化，便于維修。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)動滾珠絲杠的典型傳動方式，在滑板與床鞍及床鞍與床身之間的滑動面處貼有TSF導(dǎo)軌板，滑動磨擦系數(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)各滑動處及兩軸絲杠絲母處都設(shè)置了潤滑點(diǎn)。刀架機(jī)床采用立式四工位刀架，該刀架布刀方便，剛性好。尾座米用手動尾座冷卻系統(tǒng)冷卻箱放在后床腿中?？ūP機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)配置為_250手動卡盤。4電氣系統(tǒng)電路的動力回路，均有過流、短路保護(hù)，機(jī)床相關(guān)動作都有相應(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觀察到機(jī)床各部分的運(yùn)行狀態(tài)。安全保護(hù)當(dāng)機(jī)床遇到外部突然斷電或自身故障時，由控制電路的設(shè)計，機(jī)床可動進(jìn)給軸，冷卻電機(jī)等如已在啟動”狀態(tài)者，將進(jìn)入停止”狀態(tài);如已在停止”狀態(tài)的則不可自行進(jìn)入啟動狀態(tài)，確保了機(jī)床的安全。另外由于機(jī)床計算機(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，不會丟失計算機(jī)內(nèi)存儲的程序菜單。機(jī)床具有報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，報警可通過顯示器顯示文字及報警號，通過操作面板的指示燈指示；機(jī)床根據(jù)情況將報警的處理方式分為三類：對緊急報警實(shí)行急?！?；對一般報警實(shí)行進(jìn)給保持”；對操作錯誤只進(jìn)行提示”。第4章CNC二維平臺的控制電路的設(shè)計（硬件系統(tǒng)的設(shè)計）主要參數(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：直接反映出機(jī)床的加工能力和特性；決定其他基本參數(shù)值的大小；作為機(jī)床設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)；作為用戶選用機(jī)床的主要依據(jù)。對于通用機(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，才采用其他尺寸或物理量。如臥式鏈床的主參數(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)：與工件尺寸有關(guān)的參數(shù)；與工、夾、量具標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)的參數(shù)；與機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)；與機(jī)床運(yùn)動特性和動力特性有關(guān)的參數(shù)。這些基本參數(shù)可以歸納為尺寸參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)三種。傳動系統(tǒng)圖擬定電機(jī)選擇按在各種加工情況下較經(jīng)常遇到的最大切削力和最大切削速度來計算，在車床中，切斷工件的切削力大于外圓車削，因而按用硬質(zhì)合金刀具切斷鋼材時來計算。即：N切=N切=Fzv

61200式中Fz——主切削力的切向分力（N）切削速度（m/min）具體計算見下章

Fz=1.25pVBgfFy=(0.4~0.55)Fz(kgf由查《機(jī)床設(shè)計手冊》得出參數(shù)：P=200B=6 f=0.3mm/rWJ Fz=1.2520069.80.3=4410N所以得有效功率為：N切=441040N切=44104061200=2.9kw取“m=0.8,則由經(jīng)驗公式可得電動機(jī)總功率為:=2=2,9^08=3.625kw在選擇電動機(jī)時，必須使得P額定》P總，根據(jù)這個原則，查《機(jī)械設(shè)計手冊》選取Y112-M-4型電動機(jī).0進(jìn)給系統(tǒng)計算最大工作直徑(mm)最大工作長度(mm)溜板及刀架重量(N)刀架快移速度(m/min)床身上床鞍上縱向橫向縱向橫向3201607508006002.41.2最大進(jìn)給速度(m/min)定位精度(mm)主電動機(jī)功率(Kw)起動加速時間(ms)滾珠絲桿導(dǎo)程(mm)縱向橫向縱向橫向縱向橫向7

0.60.30.010.0053055第5章數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計5.1單片機(jī)系統(tǒng)控制設(shè)計的基本要求系統(tǒng)應(yīng)該具有以下功能及特點(diǎn)：(1)、控制機(jī)床主軸箱(即刀具)，工作臺縱橫向的速度和位移(2)、控制走刀速度，一般為0、1,,9、A,,F等16檔，并可隨時進(jìn)行換檔(3)、單片機(jī)機(jī)(I/O)接口發(fā)送和接受各種信號作為機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)，各個運(yùn)動的控制及反饋信號，它程序的自動與循環(huán)功能想結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)加工的全自動化功能。(4)、具較高的可靠性和可維修性，為實(shí)現(xiàn)高度的可用性，可維修性，應(yīng)該使系統(tǒng)通過相同電子電路的集裝件的替換而得到快速修理，另外，數(shù)控系統(tǒng)具有一定的自診斷性能。數(shù)字控制系統(tǒng)框圖通信接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)開關(guān)量控制電路通信接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)開關(guān)量控制電路圖5-1數(shù)字控制系統(tǒng)框圖數(shù)控系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)1、中央處理器為Z80CPU,晶振頻率為6MHz其系統(tǒng)時鐘為4MHz,采用高集成度的存儲核心，Z80CPU是一個具有40條引角，雙列直插式結(jié)構(gòu)的大規(guī)模集成電路(LS1)芯片。2、存儲器設(shè)計成有7個24腳的插座，可以插5片2KX8的存儲器最大擴(kuò)展為64KB?？刂葡到y(tǒng)圖及芯片的選擇系統(tǒng)的選用選MCS-51系列的8031單片機(jī)，系統(tǒng)的擴(kuò)展由于8031只有4KBRAM,沒有ROM,I/O端口，32跟線等組成。（1）、程序存儲器EPROM的擴(kuò)展此處擴(kuò)展二片2764EPROM用來存放系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)程序）。（2）數(shù)據(jù)存儲器RAM擴(kuò)展為一片6264SRAM,用來存放加工程序和數(shù)據(jù)，掉電保護(hù)等等。I/O接口的擴(kuò)展，采用I/O接口芯片，I/O口的擴(kuò)展芯片有三種類型專用I/O口擴(kuò)展芯片，主要有8255,8255A（全名可編程并行I/O擴(kuò)展接口芯片），此處我們選用8255來控制開關(guān)和步進(jìn)電機(jī)。I/O擴(kuò)展的復(fù)合芯片，此芯片除能作I/O擴(kuò)展用外，還能作其它功用最常用的是8155。TTL集成電路芯片，這類芯片廣泛用作MCS-51）（單片機(jī)接口的擴(kuò)展用）用的較多的是74LS-373、273、244、245等，本次設(shè)計選用白^是74LS-373,TTL芯片用手動開關(guān)。（4）人機(jī)接口方面，當(dāng)擴(kuò)展接口8255A（或8255）不夠用時，采用通用可編程鍵盤顯示器接口8279。、統(tǒng)中斷處理方面，8031、8051有5個中斷源2個優(yōu)先級別INT0、INT1外部中斷入口INT1用于8279鍵盤，輸入中斷用外部中斷入口INT0用語實(shí)時處理，緊急停車，暫停，限位等功能。2）、步進(jìn)電機(jī)控制方面由8255A的PA口控制，PA口輸出的信號經(jīng)環(huán)行電路分配一光電隔離電路一功率放大電路，最后到步進(jìn)電機(jī)。、接口方面。串行接口上RRL電平經(jīng)過MC1488/1489芯片轉(zhuǎn)換為RS-232C電平后接在PC機(jī)。傳輸線發(fā)送器MC1488、傳輸線接收口MC1489。4）、其它輔助電路復(fù)位電路可分為三種：①上電復(fù)位，②按鈕復(fù)位，③上電按鈕10復(fù)位。時鐘電路：①內(nèi)部方式，②外部方式。5.4.3標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計.微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計的內(nèi)容CNC、NCCPU、.三總線、存儲器、輸入輸出接口電路（2）主控微機(jī)設(shè)計1）、主控微機(jī)的選擇。采用單片機(jī)主控微機(jī)2）、MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051是一個八位的CPU、128BRAM、4KBROM、2個特殊功能寄存器4個8位并行I/O接口，一個全能的串行接口，2個16位定時/計算器8751——4KBEPROM,8031沒有ROM這里為了更多掌握擴(kuò)展芯片的方法，我們選用較為復(fù)雜的8031芯片，這樣有利于掌握電路。①CPU②RAM③ROM④并行I/O接口⑤串行I/O接口⑥定時/計算器⑦時鐘電路⑧中斷電路MCS-51單片機(jī)的基本特性：具有8位的CPU芯片內(nèi)有時鐘電路具有4KB字節(jié)的內(nèi)部程序存儲器ROM具有128個字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM具有21個特殊功能的寄存器具有4個并行I/O端口（32跟I/O線）具有2個16位可編程的定時/數(shù)據(jù)器具有一個全功能串行接口（2跟線）具有5個中斷電路2個優(yōu)先級別外部的程序存儲器，可擴(kuò)展64KB外部的數(shù)據(jù)存儲器，可擴(kuò)展64KBMCS-51引腳功能40個引腳雙列直接封裝形式（DIP）由于受到引腳的數(shù)量限制，有一部分具有第二功能40個引腳的分類：電源引腳（2跟線）時鐘引腳（2跟線）控制引腳（4跟線）作I/O引腳（每個8跟，共32條線）11電源Vcc——芯片電源+5v（40引腳）Vss——接地線（20引腳）時鐘XTAL1（19腳）接晶體振蕩電路的輸入端XTAL2（18腳）接晶體振蕩電路的輸出端控制線一一控制線引腳（4跟線）RST/Vpp（第9弓唧）一一復(fù)位/備用電源的輸出正常工作時，RST為復(fù)位信號輸入端，只要在RST引腳止，連續(xù)保持2個機(jī)器周期上的高電平MCS-51單片機(jī)實(shí)復(fù)位。在Vcc掉電情況下，此腳還可接備用電源，由Vpp向內(nèi)部RAM供電，保持?jǐn)?shù)據(jù)不掉失。ALE/PROG（30-）一一地址鎖存輸出/編程脈沖輸入端其中PROG只用于8751。.正常使用時為ALE,用來鎖存Po口送出的存儲地址當(dāng)ALE信號有效時，Po口傳送的是低8位的地址信號。當(dāng)ALE信號無效時,Po口傳送的是低8位的數(shù)據(jù)信號。PROG——當(dāng)8751片內(nèi)EPROM編程期間引腳。.PSEN（21腳）外部程序存儲器讀選信號端，在MCS-51單片機(jī)讀ROM時，每個機(jī)器周至內(nèi)PSEN兩次有效輸出PSEN作為外部ROM芯片輸出允許端OE的選通信號在讀片內(nèi)ROM時此.麗小。.EA/Vpp引腳二外部訪問允許編程電源輸入端a.當(dāng)正常工作時EA為內(nèi)外ROM選擇端。a'當(dāng).EA端輸入高電平時，訪問內(nèi)部ROM。b‘ 當(dāng).EA端輸入火電平時，（接地）CPU訪問片外ROM,8031沒有片內(nèi)ROM故EA接地。b.對8751單片機(jī)有EPROM在編程期間，此引腳接Vpp.I/O線（4個8位的并行I/O口線）Po———8位雙向I/O口Po0——Po7訪問存儲器時Po用于分時傳送低8位的地址信號Po能驅(qū)動8個LSTTL門電路12P1口8位準(zhǔn)雙向I/O口P1.0~P1.7能帶動4個LSTTLP1口P2———8位準(zhǔn)雙向I/O口P2.0~P2.7,在CPU訪問外部存儲器，P2口用于傳送高8位地址信號，只能帶4個TTL門電路P3———8為準(zhǔn)雙向I/O口P3.0~P3.7,可用第一功能，做一般I/O接口用，第二功能P3.0--用行卒&入端（RXD）P3.1——用行卒&出端（TXD）P3.2——INT0外部中斷D7請求輸入端P3.3——INT1外部中斷1.7請求輸入端P3.4——T0定時計數(shù)器用的0外部信號輸入端P3.5——T1定時計數(shù)器用的1外部信號輸入端P3.6——外部RAM“寫”選通信號輸出端P3.7——外部RAM“讀”選通信號輸出端P3口負(fù)載能64個LSTTL門MCS-51系列（三總線結(jié)構(gòu)）.地址總線AB寬度16位，外部存儲器直接64KB16位地址總線中，Po口線鎖存器提高低8位地址A0~A7P2口提供高8位地址A0~A15.數(shù)據(jù)總線DB寬8位P0口提供D0~D7.控制總線CB四跟專用的控制線P3口提供的第二功能提高8根振蕩器和時鐘電路內(nèi)部時鐘電路方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器，產(chǎn)生自激振蕩定時元件用石英晶體外部時鐘電路7.復(fù)位和復(fù)位電路復(fù)位復(fù)位電路上點(diǎn)復(fù)位手動復(fù)位（按鈕復(fù)位）上電手動復(fù)位13系統(tǒng)復(fù)位a‘將單片機(jī)復(fù)位端RST和I/O接口電路的復(fù)位端RST接單片在上電按鈕自動復(fù)位電路中增加施密特電路單片機(jī)復(fù)位電路和I/O接口復(fù)位電路分開設(shè)置。（3）.集電板開路“與非門”oc門電路這類芯片有TTL系列：74系列高速系列74H系列74S肖特基系列74LS系列低耗肖特基，TTL三態(tài)輸出“與非”門3.我們要用的電路有MS門電路（雙極性、MOS型）NMOS電路CMOS門電路5.5存儲器及系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計。基本知識、半導(dǎo)體存儲器的分類按與CPU的連接方式和用途分有：內(nèi)存、外存。半導(dǎo)體存儲器按存取功能分只讀存儲器ROM（程序存儲器）ROM、PROM、EPROM、EEPROM隨機(jī)存儲器RAM特點(diǎn)讀寫速度快（數(shù)據(jù)存儲器）。.存儲器的主要性能：存儲器的容量存儲器芯片的容量，存儲單元數(shù)X數(shù)據(jù)位數(shù)存取的速度。低速存取時300ms以上。中速存取時100?200ms以上，超高速存取時已小于20ms.存儲器的選擇型號的選擇：ROM我們選擇EPROMRAM我們選擇SRAM（注意選擇的存儲器引腳要能兼容）存儲器芯片容量的選擇速度的選擇14CPU可能提供的讀寫時間＞存儲器芯片所要求的讀取時間.常用的存儲器芯片a、常用的程序存儲器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8KBX8讀取時間為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——接地數(shù)據(jù)線8條D0?D7地址線13條A0?A12控制線CE片選端線（或片選信號線，低電平有效）°E 數(shù)據(jù)輸出選通信號線，低電平有效PGM編程冒充輸入端。只對8751有效b、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?D7控制線CE1（CS1）片寫信號線（片選端）尸2片寫信號線（片選端）OE讀控信號線低電平有效WE寫控信號線低電平有效.存儲器擴(kuò)展的常用芯片地址存儲器為什么要用地址存儲器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VccGND輸入輸出線輸入線D0?D7輸出線Q0?Q715控制線a，0E片選端線當(dāng)°E=o時鎖存輸出，當(dāng)°E=1時輸出成高阻態(tài)b'G-鎖存線 當(dāng)G=0時D0~D7的信息輸入Q0~Q7的低,8為地址鎖存到鎖存器中，當(dāng)G=1時鎖存器輸出端(Q0~Q7)狀態(tài)和輸入,端D0~D7狀態(tài)相同程序器的擴(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KB)包括地址線，控制線，數(shù)時季其中控制線包見地址鎖存ALE、片選端CE、輸出允許端OE②兩片16KBEPROM數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展跟地址存儲器差不多，我們需要注意下面幾點(diǎn)引腳的功能就可以了CS1、CS2、CS22、OE、WE就可以了。在這里不詳細(xì)介紹了。存儲器地址空間的分配線選法一一線選法尋址譯碼器選址a'部分譯碼法b.全部譯碼法I/O接口的擴(kuò)展1)概述簡單I/O接口的擴(kuò)展通過可編程通用I/O擴(kuò)展芯片來擴(kuò)展通過用行口來擴(kuò)展簡單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，接口芯片應(yīng)該具有鎖存的功能16構(gòu)成輸入口時，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、273?74LS245-一三態(tài)邏輯緩沖器，總線雙向擴(kuò)展芯片電源線Vcc、GND輸入輸出線A0~A7、BO-B7控制線CE一片選端，低電平有效。DIR一方向控制端當(dāng)ce=0時、DIR=0,數(shù)據(jù)從A-B當(dāng)「=0時、DIR=1時，數(shù)據(jù)從B—A③74LS244一三態(tài)邏輯緩沖器總線單向擴(kuò)展芯片它的引腳有：1A1-1A4 2A1-2A41Y1~1Y4 2Y1~2Y4用無G2控制CE1CE2?74LS273—8D鎖存器輸入線D0~D7輸出線Q0~Q7控制線CLK一選通端CLRT上端P2.6和RD同時有效時，通過244輸入按鍵的數(shù)據(jù)P2.7和WR同時有效時，273輸出數(shù)據(jù)顯示2）利用專用芯片來擴(kuò)展（8155可編程多功能芯片I/O的擴(kuò)展）0.8155引腳功能8155片內(nèi)含有256個字節(jié)RAM1個14位定時/數(shù)據(jù)器和兩個8位，一個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②.引腳功能電源線Vcc、Vss地址/數(shù)據(jù)線AD0~AD7。ALE=1時輸出的是地址，ALE=0時或其它是數(shù)據(jù)③端口線PA0~PA7、PB0~PB7、PC0~PC5④控制線ALE地址鎖存線IO/M—IO與存儲器選擇線。當(dāng)IO/M為高電平時作17I/O口用當(dāng)IO/M為低電平時，作存儲器用（數(shù)據(jù)）片選端CE/CECE低電平有效（8155） CE（8156）高電平有效讀寫線RDWRRST一信號傳入復(fù)位端定時TiMIN輸入TiMOUT輸出3.8155工作方式作片外RAM—IO/M=0時用做擴(kuò)展I/O使用一IO/M=1時作定時數(shù)據(jù)器用.8155與單片機(jī)的連接詳細(xì)情況見所畫電路圖8255可編程擴(kuò)展并行I/O接口0.8255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40腳雙列直接封裝由單一的+5v電源供電有三個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)②.8255引腳功能電源線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)信號線PC0?PC7尋址線CS、A0和A1CS片選線低電平有效A0和A1地址線與對應(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)見電路圖5.6鍵盤及鍵盤接口設(shè)計鍵盤可分為：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、定時掃描式1）、獨(dú)立式鍵盤及鍵盤設(shè)計0.按鈕相互獨(dú)立，每個按鍵個接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會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)18優(yōu)點(diǎn)：配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：每個按鍵需要一口線②.用擴(kuò)展I/O接口來搭獨(dú)立式鍵盤采用8155或8255擴(kuò)展I/O來搭接獨(dú)立式鍵盤采用TTL芯片2）、矩陣式鍵盤及鍵盤接口設(shè)計.矩陣式鍵盤工作原理。由行線和列線組成.矩陣式鍵盤工作方式。掃描方式（循環(huán)掃描和定時掃描）、中斷方式◎.用擴(kuò)展I/O接口來搭接本設(shè)計采用矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤適用于按鍵較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列交叉點(diǎn)上。如一個4X4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有16個按鍵的鍵盤等等。在按鍵數(shù)量較多時，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關(guān)兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。平時無按鍵動作時，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時，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、列線信號配合起來并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，所以分別對行號和列號進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號將是非常直觀的。顯示器接口設(shè)計在單片機(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)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，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個段發(fā)光二極管，所以其字形碼為一個字節(jié)；“米”字形LED顯示塊有15段發(fā)光二極管，所以享形碼為兩個字節(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8Xn根段選線，根據(jù)顯示方式不同，位選線和19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)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。在多位LED顯示時，為了節(jié)省I/O口線，簡化電路，降低成本，一般采用動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式是一位一位地分別輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對每位顯示器來說，每隔一段時間輪流點(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8位I/O□控制，實(shí)現(xiàn)各位顯示器的分時選通。下圖是LED顯示器采用共陰極方式，6個顯示器的段選碼由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)8X6個。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口輸出對應(yīng)的顯示緩沖器的數(shù)據(jù)。20

vvvvvvvv100QX8+5VABCDEFGH30063037383912529373839125293031323334353621222324252627285.1KQX6+5V圖5-2顯示器接線圖步進(jìn)電機(jī)控制電路Title環(huán)行分配器Size Number.常用的環(huán)行分配器：三相、四相、五相、六相。 B,在本次設(shè)計中，X向及Y向均選用的是YB015環(huán)行 Daee:29-等粒52 3 4 5分配器」8腳雙列直插。E0：先通輸控制，低電平有效，用來控制分配器是否輸出孫許脈皿。R：清零端低電平有效，輸出脈沖前對環(huán)行分配器必須清零，使分配器正常工作。21

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=1五相雙五拍工作當(dāng)A0=1、A1=0五相雙五拍工作E1E2選通輸入控制，低電平有效Ep一時鐘電路脈沖輸入端Ep一時鐘電路脈沖輸入端* U二ITS 導(dǎo)城 U二圖5-3步進(jìn)電機(jī)控制電路」不行之配器與8031,步進(jìn)電機(jī)連接①占、豆兩個輸入控制端，低電平有效。②A0、A1通電方式控制端。A0、A1=0時四相四拍，應(yīng)接地③E0是選通輸出控制端，由8031、P11、P14來控制④+△、-△方向控制端，由8031PA0P13來控制⑤CP時鐘脈沖輸入端，由8155上TimOUT提供⑥R清零端，由8031P15提供3)步進(jìn)電機(jī)開環(huán)驅(qū)動原理22每輸入一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)就前進(jìn)一步，因此，它也稱作脈沖電動機(jī).其種類很多，但主要分三大類：反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，永磁式步進(jìn)電動機(jī),以及永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī).反應(yīng)式電動機(jī)結(jié)構(gòu)最簡單，是應(yīng)用最廣泛的一種.按控制繞組的相樹分有三相，四相，五相，六相等等.無論哪種步進(jìn)電動機(jī)，他們的工作原理都有相同之處：數(shù)字式脈沖信號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)電動機(jī)主要用于開環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)然也可以閉環(huán)系統(tǒng).下圖是步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)的原理圖，它由以下幾部分組成：分配后的 放大后的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)原理5-4步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)原理脈沖信號源一一是一個脈沖發(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數(shù)和脈沖頻率由控制信號控制.因脈沖頻率可調(diào)，也稱為變頻信號源.脈沖分配器一一脈沖按一定的順序送到功率放大器中進(jìn)行放大，驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)工作.用硬件進(jìn)行脈沖順序的分配，有時稱為環(huán)行分配器，也簡稱環(huán)分.功率放大器一一將脈沖分配器送來的脈沖放大，使步進(jìn)電動機(jī)獲得必要的功率.步進(jìn)電動機(jī)——伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它帶動工作機(jī)構(gòu)，如減速裝置，絲桿，工作臺.脈沖分配對每一個五相步進(jìn)電動機(jī)而言，其脈沖分配方式是五相十拍的的.其五相分別用A,B,C,2D,E表示.五相十拍的運(yùn)行方式3是A—AB—B—BC—C—CD—D—DE—E—EA順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時針方向一步一步轉(zhuǎn)動.要改變步進(jìn)電動機(jī)的23轉(zhuǎn)動方向，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，該分配可由硬件來實(shí)現(xiàn).在微機(jī)控制中，脈沖的分配也可由軟件來完成，Pl.O,Pl.l,Pl.2,Pl.3,P1.4五位分別輸出時序脈沖，經(jīng)光電隔離、驅(qū)動放大使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn).延時的長短決定了步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行一拍的時間，也就決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速.4）驅(qū)動電路由微機(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，必須經(jīng)過驅(qū)動器將信號電流放大到若干安培，才能驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī).因此，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器實(shí)際上是一個功率放大器.驅(qū)動器的質(zhì)量直接影響步進(jìn)電動機(jī)的性能，驅(qū)動器的負(fù)載是電機(jī)的繞組，是強(qiáng)電感應(yīng)負(fù)載.對驅(qū)動器的主要要求是：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La繞組的高低壓驅(qū)動電路，脈沖變壓器Tp組成高壓控制電路。圖5-5步進(jìn)電機(jī)高低電壓驅(qū)動電路24無脈沖輸入時，T1,T2,T3,T4均截止，電機(jī)繞組La中無電流通過，電機(jī)不轉(zhuǎn).有脈沖輸入時，T1,T2,T4飽和導(dǎo)通，在T2由截止到飽和期間，具集電極電流也就是脈沖變壓器的初級電流急速增加，在變壓器次級感應(yīng)一個電壓，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初級電流暫時恒定，次級的感應(yīng)電壓降到0,T3截止，這時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，儲存在La中的能量通過18Q的電阻和二極管泄放，18Q的電阻的作用是減小放電回路的時間常數(shù)，改善電流波形后沿.由于采用高低壓驅(qū)動，電流增長快，電機(jī)的力矩和運(yùn)行頻率都得到改善，但由于電機(jī)轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的反電動勢，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)計為了避免外部設(shè)備的電源干擾，防止被控對象電路的強(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。過去通常隔離變壓器或中間繼電器來實(shí)現(xiàn)，而目前已廣泛被性能高、價格低的光電耦合器來代替。光電耦合器是把發(fā)光元件與受光元件封裝在一起，以光作為媒體來傳輸信息的。具封裝形式有管形，雙列直插式、光導(dǎo)纖維連接等。發(fā)光器件一般為神化錢紅外發(fā)光二極管。光電耦合器具有以下特點(diǎn)：信號采取光電形式耦合，發(fā)光部分與受光部分無電氣回路，絕緣電阻高達(dá)1010-1012Q,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)動器件，動態(tài)電阻很小，對系統(tǒng)內(nèi)外的噪聲干擾信號形成低阻抗旁路，因此抗干擾能力強(qiáng)，共模抑制比高，不受磁場的影響，特別是用于長線傳輸時作為終端負(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，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 CTR25為10%-100%,脈沖上升和下降時間小于5^s,輸出電路飽和壓降小(0.2V-0.3V),電路構(gòu)件簡單，是目前應(yīng)用較多的一種，主要用于驅(qū)動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關(guān)信號耦合時，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)光二極管通過電流脈沖時，光電晶體管在電流脈沖持續(xù)的時間內(nèi)導(dǎo)通。下圖是使用4N25光電耦合器的接口電路，這里