YM-1212多功能數(shù)控激光切割機(jī)設(shè)計(jì)【2013年最新整理畢業(yè)論文】

畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）題目 ： YM-1212 多功能數(shù)控激光切割機(jī) 姓 名： 專(zhuān) 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2009 年 月 日 I 摘 要 激光（ LASER）是上 世紀(jì) 60年代發(fā)明的一種光源 ， 激光的最初中文名叫做 “ 鐳射 ” 、 “ 萊塞 ” ，是它的英文名稱(chēng) LASER 的音譯，是取自英文 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的各單詞的頭一個(gè)字母組成的縮寫(xiě)詞 ， 意思是 “ 受激輻射的光放 大 ” 。激光的英文全名已完全表達(dá)了制造激光的主要過(guò)程。 1964 年按照我國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森建議將 “ 光受激發(fā)射 ”改稱(chēng) “ 激光 ” 。 激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性材料以及精密細(xì)復(fù)雜的零件， 因而數(shù)控激光切割在我國(guó)制造業(yè)中正發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。 本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)單片機(jī)控制的數(shù)控激光切割機(jī)床，主要完成了：機(jī)床整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， Z軸、 XY 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇及其強(qiáng)度分析；以步進(jìn)電機(jī)為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)計(jì)算；以89C51 為主控芯片的數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)初 始化設(shè)計(jì)及系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)和步進(jìn)電機(jī)的控制程序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 CNC，激光切割機(jī)床，結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì) II ABSTRACT Laser (LASER) is the invention of the last century, 60 years as a light source, the original Chinese name of laser is called laser, les is that it is a transliteration of the English name of LASER is from the English Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation each word consisting of the head of a letter acronym, meaning light amplification by stimulated emission of radiation. Laser full name in English has been completely expressed by the main process of manufacturing the laser. 1964, according to Chinas famous scientist Qian suggested that light by stimulated emission, renamed laser. Laser cutting machine tool was usually used for the hard-cutting material, such as high-strength material, high precision ductile materials, and smart and complicated components. So, CNC laser cutting has been playing an important role in Chinas manufacturing industry. This paper describes the design of a SCM-controlled CNC laser cutting machine tools. More attention was paid on the overall machine design, Z axis, XY axis in the design, ball-screw and the choice of linear motion guide and intensity analysis； the drive system into which stepper motor was put and the analysis of the drive system design； 89C51 chip was mainly used for the design of hardware circuit, the design of system initialization and the design of stepper motors controlling program. Key words CNC, laser cutting machine tools, architecture, design 目 錄 摘 要 ABSTRACT 1 緒論 . 3 1.1 課題背景 . 3 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) . 2 1.3 總體設(shè)計(jì)方案分析 . 4 2 機(jī)械部分 XY工作臺(tái)及 Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 7 2.1 XY 工作臺(tái)的設(shè)計(jì) . 7 2.1.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) . 7 2.1.2 XY 工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析 . 7 2.1.3 初步確定 XY 工作臺(tái)尺寸及估算重量 . 7 2.2 Z 軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 8 3 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 9 3.1 強(qiáng)度計(jì)算 . 9 3.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 . 9 4 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型 .11 5 步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 . 12 5.1 步進(jìn)電機(jī)的選用 . 12 5.1.1 脈沖當(dāng)量和步距角 . 12 5.1.2 步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算 . 12 5.1.3 確定步進(jìn) 電機(jī)最高工作頻率 . 13 5.2 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 . 13 5.2.1 傳動(dòng)比的確定 . 13 5.2.2 齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定 . 13 5.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 . 14 6 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的討論 . 16 6.1 根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行的條件來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 . 16 6.2 根據(jù)微量進(jìn)給的靈敏度來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 . 16 7 消隙方法與預(yù)緊 . 18 7.1 消隙方法 . 18 7.1.1 偏心軸套調(diào)整法 . 18 7.1.2 錐度齒輪調(diào)整法 . 19 7.1.3 雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 . 19 7.2 預(yù)緊 . 20 8 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 21 8.1 確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案 . 21 8.2 主要芯片配置 . 21 8.2.1 主要芯片選擇 . 21 8.2.2 主要管腳功能 . 21 8.2.3 EPROM 的選用 . 22 8.2.4 RAM 的選用 . 23 8.2.5 89C51 存儲(chǔ)器及 I/O 的擴(kuò)展 . 23 8.2.6 8155 工作方式查詢(xún) . 24 8.2.7 狀態(tài)查詢(xún) . 25 8.2.8 8155 定時(shí)功能 . 25 8.2.9 芯片地址分配 . 26 8.3 鍵盤(pán)設(shè)計(jì) . 27 8.3.1 鍵盤(pán)定義及功能 . 27 8.3.2 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) . 27 8.4 顯示器設(shè)計(jì) . 31 8.4.1 顯示器顯示方式的選用 . 31 8.4.2 顯示器接口 . 32 8.4.3 8155 擴(kuò)展 I/O 端口的初始化 . 32 8.5 插補(bǔ)原理 . 33 8.6 光電隔離電路 . 34 8.7 越界報(bào)警電路 . 34 8.8 總體程序控制 . 34 8.8.1 流程圖 . 32 8.8.2 總程序 . 33 9 步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動(dòng) . 37 結(jié) 論 . 41 參考文獻(xiàn) . 42 致 謝 . 40 1 2 3 全套資料帶 CAD 圖， QQ 聯(lián)系 414951605 或 1304139763 1 緒論 1.1 課題背景 激光被譽(yù)為二十世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問(wèn)世就 引起了材料科學(xué)家的高度重視 ， 它被稱(chēng)之為 “希望之光 ”。 激光被用于很多領(lǐng)域， 傳遞信息 ： 1977年 5 月，美國(guó)有一家大公司叫電報(bào)電話公司，它在芝加哥市內(nèi)的兩個(gè)電話局之間，敷設(shè)了世界上第一條短距離的光導(dǎo)纖維通信線路，此后在全美國(guó)近百個(gè)地方建立了總長(zhǎng)幾百千米的短距離激光通信線路。這就意味著在短距離內(nèi)，激光通信已開(kāi)始取代普通的電氣通信。到了 1983 年，美國(guó)紐約到波士頓之間長(zhǎng)達(dá) 600 千米的光導(dǎo)纖維通信已投入使用 ； 材料加工 ： 鉆孔、切割、焊接以及淬火，是加工金屬材料時(shí)最常用的操作。自從引進(jìn)了激光后，在加工的強(qiáng)度、質(zhì)量以及范圍等 方面開(kāi)創(chuàng)了全新的局面。除了金屬材料外，激光還能加工許多非金屬材料 ； 激光武器 ：多年以來(lái)，世界各國(guó)投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器、激光加工設(shè)備和激光加工對(duì)材料學(xué)的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如今在中國(guó)，激光技術(shù)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應(yīng)用，并且正逐步實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家也將其列為 “九五 ”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一。 “十五 ”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值 20的平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值 200 億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加 工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車(chē)、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。 4 數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。 激光切割機(jī)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，激光切割機(jī)的加工精度更高、柔性化好， 有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)， 對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是一場(chǎng)技術(shù) 革命。 激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（ 89C51 主控芯片）控制激光切割機(jī)床，主要設(shè)計(jì)對(duì)象是 XY 工作臺(tái)部件及 89C51 單片機(jī)控制原理圖。而對(duì)激光切割機(jī)其他部件如冷水機(jī)、激光器等不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機(jī)對(duì) XY工作臺(tái)的縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng) 量 0.001mm/ pluse。工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。 1.3 總體設(shè)計(jì)方案分析 參考數(shù)控激光切割機(jī)的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下： 采用 89C51 主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由 I/O 接口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。其原理示意圖 1.1。 控 制 器 驅(qū) 動(dòng) 器 驅(qū) 動(dòng) 器 步進(jìn) 電機(jī) 步進(jìn) 電機(jī) X 向工作臺(tái) Y 向工作臺(tái) 5 圖 1.1 系統(tǒng)總體原理圖 微機(jī)控制線路圖 參考 MCS 51 系列單片機(jī)控制 XY 工作臺(tái)線路圖。 步進(jìn)電機(jī)參照 RORZE 株式會(huì)社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度 ,同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也選用 RORZE 的配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。 滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術(shù)性能、價(jià)格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的 FFZD 系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副。 本設(shè)計(jì)棄用 Z80，而選用單片機(jī)。單片機(jī)體積小、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性?xún)r(jià)比大大超過(guò)了 Z80。比較后選用 89C51 為主芯片。在使用過(guò)程中 89C51 雖有 4K 的 FLASH（ E2PROM），但考慮實(shí)際情況需配備 EPROM 和 RAM，并要求時(shí)序配備。 選晶體頻率為 6MHz， 89C51 讀取時(shí)間約為 3t，則 t 480ns ,常用 EPROM 讀取時(shí)間約為 200450ns。 89C51 的讀取時(shí)間應(yīng)大于 ROM 要求的讀取時(shí)間。 89C51 的讀寫(xiě)時(shí)間約為 4T，則 TR 660ns，TW=800ns，常用 RAM 讀寫(xiě)時(shí)間為 200ns 左右，均滿足要求。根據(jù)需要，擴(kuò)展I/O 接口 8155，因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字，為簡(jiǎn)化電路采用 LED 顯示器。鍵盤(pán) 采用非編碼式矩陣電路。為防止強(qiáng)電干擾，采用光電隔離電路。 6 7 2 機(jī)械部分 XY 工作臺(tái)及 Z 軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 XY 工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 2.1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) 本設(shè)計(jì)的 XY 工作臺(tái)的參數(shù)定為： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 工作臺(tái)行程：橫向 320mm，縱向 450mm 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 工作臺(tái)最大尺寸（長(zhǎng)寬高）： 1100 900 300mm 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 工作臺(tái)最大承載重量： 120Kg 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 脈沖當(dāng)量： 0.001mm/pluse 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 進(jìn)給速度： 60 平方毫米 /min 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表面粗糙度： 0.8 1.6 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 設(shè)計(jì)壽命： 15 年 2.1.2 XY 工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析 因激光切割機(jī)床為激光加工 ,其激光器與工件之間不直接接觸 ,因此可以認(rèn)為在加工過(guò)程中沒(méi)有外力負(fù)載作用。其切削力為零。 XY工作臺(tái)部件由工作臺(tái)、中間滑臺(tái)、底座等零部件組成 ,各自之間均以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副相聯(lián) ,以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。 設(shè)下底座的傳動(dòng)系統(tǒng)為橫向傳動(dòng)系統(tǒng) ，即 X 向，上導(dǎo)軌為縱向傳動(dòng)系統(tǒng)，即Y 向。 一般來(lái)說(shuō) ,數(shù)控切割機(jī)床的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不計(jì) ,但滾珠絲杠副 ,以及齒輪之間的滑動(dòng)摩擦不能忽略 ,這些摩擦力矩會(huì)影響電機(jī)的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預(yù)緊措施 ,其產(chǎn)生的負(fù)載波動(dòng)應(yīng)控制在很小的范圍。 2.1.3初步確定 XY 工作臺(tái)尺寸及估算重量 初定工作臺(tái)尺寸 (長(zhǎng)寬高度 )為 :1200 950 70mm，材料為 HT200，估重為 625N (W1)。 設(shè)中托座尺寸 (長(zhǎng)寬高度 )為 :1200 520 220mm，材料為 HT200，估重為 250N（ W2）。 另外估計(jì)其他零件的重量約為 250N (W3)。 加上工件最大重量約為 120Kg（ 1176N） (G)。 則下托座導(dǎo)軌副所承受的最大負(fù)載 W為 : W=W1+W2+W3+G 665+250+250+1176 2301N 8 2.2 Z 軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 激光切割機(jī)對(duì) Z 軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時(shí)檢測(cè)和控制切割表面的不平度，通過(guò)伺服電機(jī)和滾珠絲桿調(diào)整切割頭的高度，以保證激光聚焦后的焦點(diǎn)在切割板材的表面位置。由于激光焦點(diǎn)至板面的距離將影響割縫寬窄及質(zhì)量，因此，要求 Z軸的檢測(cè)精度高于 0.010mm：同時(shí)，隨動(dòng)速度應(yīng)大于 5m/min。隨動(dòng)速度太快會(huì)造成切割頭上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上的現(xiàn)象。目前。對(duì)加工板材的檢測(cè)主要有電容、電感、電阻、激光、紅外等幾種方式。電感式和電阻式屬于傳感器，激光、紅外及電容式屬于非接觸式傳感器。電容式傳感器在運(yùn)動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中不發(fā)生摩擦阻力，最適于金屬板材和高速切割加工，而激光和紅外位移傳感器對(duì)加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場(chǎng)合的切割加工(如強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)干擾環(huán)境 )。所以在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意檢測(cè)精度和對(duì)切割材料的適應(yīng)性，同時(shí)安裝時(shí)還需要注意采取抗干擾措施。 割頭具有多種先進(jìn)的智能 和附加功能，如自動(dòng)調(diào)整激光噴嘴距離、自動(dòng)清潔噴嘴、同軸噴水機(jī)構(gòu)、切割頭轉(zhuǎn)動(dòng)、切割嘴擺動(dòng)等。這些功能機(jī)構(gòu)的增加 ,不可避免地增加了切割頭的重量，成切割頭的動(dòng)態(tài)性能不好 ,隨動(dòng)機(jī)構(gòu)反應(yīng)不靈敏。一般來(lái)說(shuō)，普通數(shù)控激光切割機(jī) Z軸拖動(dòng)重量在 5kg 以上時(shí)，應(yīng)采用重力平衡設(shè)施。而高性能數(shù)控激光切割機(jī)的 Z軸拖動(dòng)重量在 2kg 以上就必須施加重力平衡設(shè)施，特別是在高速飛行光路設(shè)計(jì)中 ,這一點(diǎn)尤為重要。目前 Z 軸上的重力平衡設(shè)施使用較多的是采用氣缸托動(dòng)方式 (圖 2.1)。該方式重量輕、體積小、易安裝，還可根據(jù)要求調(diào)整氣缸的平衡力。 反光鏡平衡氣缸直線導(dǎo)軌 切 割 頭 Z 軸絲桿Z 軸電機(jī) 圖 2.1 Z 軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu) 9 3 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （一） 根據(jù)機(jī)床的受力情況及結(jié)構(gòu)尺寸，參照 南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列 ，選用 FFZD 內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲桿，具體型號(hào)如下： X 向： FFZD 2504-3/490 500 Y 向： FFZD 2504-3/500 1100 （二） 因 X 向的滾珠絲桿比 Y 向的滾珠絲桿所受的負(fù)載大，現(xiàn)只計(jì)算 X 向絲桿的相關(guān)數(shù)據(jù)， Y 向根據(jù) X 向的結(jié)果相同選用即可滿足要求。 （三） 具體計(jì)算如下。 3.1 強(qiáng)度計(jì)算 軸向負(fù)荷計(jì)算公式： aF =F+UW 式（ 3.1） 式中 F 切削力， F=0 W 工件重量加工作臺(tái)重量 W=2301N U 滾動(dòng)導(dǎo)軌上的滾動(dòng)摩擦系數(shù)（約為 0.003-0.004），取 U=0.004 則根據(jù)式（ 3.1）： aF = 0.004 2301=92N 激光切割機(jī)滾珠絲杠是在低速條件下工作的。 故本處的 Go=（ 0.2-0.3），a F =18.4-27.6N。對(duì)照樣本參數(shù) ,這里的 Go 非常小，選定導(dǎo)程為 4 的滾珠絲杠副。 3.2 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為 : / ( )tg tg 式（ 3.2） 式中 滾珠絲杠的螺紋升角 當(dāng)量摩擦角 根據(jù) 當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角 關(guān)系（見(jiàn)表 3.1）， 前面已經(jīng)定 v=1m/s，材料選擇灰鑄鐵 HRC45 。 所以： =400 ， tg =0.0025 ； 因?yàn)?=arctg（ Ph/ d） 式（ 3.3） 式中 :Ph 導(dǎo)程， 4mm d 絲杠公稱(chēng)直徑， 25mm 則根據(jù)式（ 3.3）： 10 2.91 則根據(jù)式（ 3.2）得： 0.953。 表 3.1 當(dāng)量摩擦系數(shù) f 和當(dāng)量摩擦角 齒圈材料 錫 青 銅 無(wú)錫青銅 灰鑄鐵 齒面硬度 HRC45 其它 HRC45 HRC45 其它 相對(duì)速度 s m/s f f f f f 0.01 0.05 0.10 0.25 0.50 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4 5 8 10 15 24 0.110 0.090 0.080 0.065 0.055 0.045 0.040 0.035 0.030 0.028 0.024 0.022 0.018 0.016 0.014 0.013 617 509 434 343 309 235 217 200 143 136 122 116 102 055 048 045 0.120 0.100 0.90 0.075 0.065 0.055 0.05 0.045 0.040 0.035 0.031 0.029 0.026 0.024 0.020 651 543 509 417 343 309 252 235 217 200 147 140 129 122 109 0.180 0.140 0.130 0.100 0.090 0.070 0.065 0.055 0.05 0.045 0.040 0.035 0.03 1012 758 724 543 509 400 343 309 252 235 217 200 143 0.180 0.140 0.130 0.100 0.090 0.070 0.065 0.055 10 2 758 724 543 509 400 343 309 0.190 0.160 0.140 0.120 0.100 0.090 0.080 0.070 1045 905 758 651 549 509 434 400 11 4 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型 導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種， 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 定位精度高 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的 1/50。 由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少 90%，因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力 采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低 90%，具有大幅度節(jié)能的效果。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率 20 30%。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度 對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無(wú)法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無(wú)法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能小滾動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤(rùn)滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易了。 所以在結(jié)構(gòu)上選用：開(kāi)式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 。參照 南京工 藝裝備廠的產(chǎn)品系列。 型號(hào)：選用 GGB 型四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副 ，如圖 4.1。 具體型號(hào)： X 向選用 GGB20BA2P， 2 500-4 Y 向選用 GGB20AB2P， 2 1100-4 圖 4.1 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 12 5 步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 5.1 步進(jìn)電機(jī)的選用 5.1.1 脈 沖當(dāng)量和步距角 已知脈沖當(dāng)量為 1 m/STEP，而步距角越小，則加工精度越高。初選為0.36o/STEP（二倍細(xì)分）。 5.1.2步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算 電機(jī)起動(dòng)力矩： 12M M M 式（ 5.1） 式中 : M 為滾珠絲杠所受總扭矩 Ml為外部負(fù)載產(chǎn)生的摩擦扭矩，有 : 1 / 2 ( )aM F d tg 式（ 5.2） =92 0.025/2 tg（ 2.91+0.14） =0.062N m M2為內(nèi)部預(yù)緊所產(chǎn)生的摩擦扭矩，有： 2 /2a o hM K F P 式（ 5.3） 式中 : K 預(yù)緊時(shí)的摩擦系數(shù)， 0.1 0.3 Ph 導(dǎo)程， 4cm Fao 預(yù)緊力， 有： Fao=Fao1+Fao2 取 Fao1=0.04 Ca=0.04 1600=640N Fao2為軸承的預(yù)緊力，軸承型號(hào)為 6004 輕系列，預(yù)緊力為 Fao2 130N。故根據(jù)式（ 5.3）： M2=0.098 N m 齒輪傳動(dòng)比公式為： i= Ph /(360 p)，故步進(jìn)電機(jī)輸出軸上起動(dòng)矩近似地可估算為： /qT M i 式（ 5.4） =360 M p / Ph 式中 : p =l m/STEP=0.0001cm/STEP； M= M1+ M 2= 0.16N =0.36o/STEP q=0.85 Ph 0.4cm 13 0.953 則根據(jù) 式（ 5.4）： Tq=360 0.16 0.0001/(3.6 0.85 0.4)=0.4 N m 因 Tq/TJM=0.866(因?yàn)殡姍C(jī)為五相運(yùn)行 )。則步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩TJM=Tq/0.866=0.46 N m 5.1.3確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 參考有關(guān)數(shù)控激光切割機(jī)床的資料 ,可以知道步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率不超過(guò)1000Hz。 根據(jù)以上討論并參照樣本 ,確定選取 M56853S 型步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)的最大靜止轉(zhuǎn)矩為 0.8 N m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 235g/cm2 5.2 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 5.2.1傳動(dòng)比的確定 要 實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量 l m/STEP 的設(shè)計(jì)要求，必須通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行分度，其傳動(dòng)比為： / ( 3 6 0 )hpiP 式（ 5.5） 式中： Ph 為滾珠絲杠導(dǎo)程 為步距角 p 為脈沖當(dāng)量 根據(jù)前面選定的幾個(gè)參數(shù)，由 式（ 5.4）得 ： i =0.36 4/360 0.001 =4:1=Z2/Z1 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求 ,選用 Z1 為 30， Z2 為 120 5.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 齒輪類(lèi)型：選擇直齒加工方便。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 模數(shù)選擇：本工作臺(tái)負(fù)載相當(dāng)輕 ,參考同類(lèi)型的機(jī)床后 ,選擇m 1 齒輪傳動(dòng)側(cè)隙的消除。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 中心距的計(jì)算： A=m（ Z1+ Z2） 式（ 5.6） =1 (30+120)/2=75mm 齒頂高為 1mm，齒根高為 125mm，齒寬為 20mm。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 齒輪材料及熱處理： 小齒輪 Z1 采用 40Cr，齒面高頻淬火 ； 大齒輪 Z2 采用 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。 14 5.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 由資料知，激光切割機(jī)的負(fù)載可以認(rèn)為是慣性負(fù)載。機(jī)械機(jī)構(gòu)的慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)特性有直接的影響。不但對(duì)加速能力、加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)態(tài)的快速反應(yīng)有關(guān)，在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中對(duì)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性也有很大的影響，因此要計(jì)算慣性負(fù)載。限于篇幅，在此僅對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的負(fù)載進(jìn)行計(jì)算。 慣性負(fù)載可由以下公式進(jìn)行計(jì)算： 0 2D 1 1 2 2 3 4 m nJ = J + J + ( Z / Z ) ( J + J ) + J ( V / ) m D 式（ 5.7） 式中： JD為整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載。 J0為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量 e J1為齒輪 Zl的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2為齒輪 Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J3為齒輪 Z3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 mn為系統(tǒng)工作臺(tái)質(zhì)量 Vm 為工作臺(tái)的最大移動(dòng)速率 D為折算成單軸系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)軸角速度 各項(xiàng)計(jì)算如下： 已知： J0 0 忽略不計(jì)， mn=112.5Kg 齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式： 22J = m = G /g 式（ 5.8） 其中： 為回轉(zhuǎn)半徑 G 為轉(zhuǎn)件的重量 滾珠絲杠的慣性矩計(jì)算公式： J= R LD /32 式（ 5.9） 最后計(jì)算可得： J1=0.1 10-3Kg. m2 J2=1.32 10-3Kg. m2 J3=2.98 10-4Kg. m2 J4=1.14 10-5Kg. m2 Vm=12 m/s D=2 rad/s 故慣性負(fù)載根據(jù)式（ 5.7）得： 15 JD=J0+J1+(Zl/Z2)（ J2 J3） + J4 (Vm/ D)2 mn =17.3 Kg. cm2 此值為近似值故此值小于所選電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 16 6 傳動(dòng)系統(tǒng)剛 度的分析 激光切割機(jī) XY 工作臺(tái)其實(shí)為一進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度可根據(jù)不出現(xiàn)摩擦自振或保證微量進(jìn)給靈敏度的條件來(lái)確定。 6.1 根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行的條件來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度 傳動(dòng)系統(tǒng)中的當(dāng)量剛度 K 或當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度 C 主要由最后傳動(dòng)件的剛度 K0或 C0決定的，在估算時(shí)，取 K=K0， C=C0 對(duì)滾珠絲杠傳動(dòng) ,其變形主要包括： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 絲杠拉壓變形 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 扭轉(zhuǎn)變形 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 絲杠和螺母的螺紋接觸變形及螺母座的變形。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 軸承和軸承座的變形。 在工程設(shè)計(jì)和近似計(jì)算時(shí)，一般將絲杠的拉壓變形剛度的三分之一作為滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度 K0，根據(jù)支承形式可得： 3/ 3 * 1 0 ( / )oK E F L K g f m m 式（ 6.1） 式中： E=2.06 10 -4(Kgf/ mm 2) F=754.8mm 2 L=Ls 250 mm 則根據(jù)式（ 6.1）得： K0=203.2N/mm 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度較大，可以滿足要求。 6.2 根據(jù)微量進(jìn)給的靈敏度來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 此時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度應(yīng)滿足： K F0/ 式（ 6.2） 式中： K 傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)量剛度 F0 部件運(yùn)動(dòng)時(shí)的靜摩擦力 N 正壓力 ,N=W/g=230kgf F 靜摩擦系數(shù)，取 0.003-0.004 部件調(diào)整時(shí)，所需的最小進(jìn)給量 則： F0=230 0.004=0.92KGF 17 A=0.5 p=0.5 m/STEP 即滿足微量進(jìn)給要求的傳動(dòng)系統(tǒng)剛度為 : K F0/ 0.92/0.5 1.84Kgf/mm 結(jié)合上述傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的討論 可知滿足微量進(jìn)給靈敏度所需要的剛度較小，可以達(dá)到精度要求。 18 7 消隙方法與預(yù)緊 7.1 消隙方法 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給裝置中常采用齒輪傳動(dòng)副來(lái)達(dá)到一定的降速比和轉(zhuǎn)矩的要求。由于齒輪在制造中總是存在著一定的誤差，不可能達(dá)到理想齒面的要求，因此一對(duì)嚙合的齒輪，總應(yīng)有一定的齒側(cè)間隙才能正常地工作。 齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)的反向動(dòng)作落后于數(shù)控系統(tǒng)指令要求，形成跟隨誤差甚至是輪廓誤差。 對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，齒側(cè)間隙也會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，齒輪傳動(dòng)副常采用各種消除側(cè)隙的 措施，以盡量減小齒輪側(cè)隙。數(shù)控機(jī)床上常用的調(diào)整齒側(cè)間隙的方法針對(duì)不同類(lèi)型的齒輪傳動(dòng)副有不同的方法。 7.1.1偏心軸套調(diào)整法 如圖 7.1，齒輪裝在電動(dòng)機(jī)軸上，調(diào)整偏心軸套可以改變齒輪和之間的中心距，從而消除齒側(cè)間隙。 圖 7.1 偏心軸套調(diào)整法 1-齒輪 2-偏心套 3-齒輪 19 7.1.2錐度齒輪調(diào)整法 如圖 7.2 所示將一對(duì)齒輪和的輪齒沿齒寬方向制成小錐度，使齒厚在齒輪的軸向稍有變化。調(diào)整時(shí)改變墊片的厚度就能改變 齒輪和的軸向相對(duì)位置，從而消除齒側(cè)間隙。 圖 7.2 錐度齒輪調(diào)整法 7.1.3雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 圖 7.3 是另一種雙片齒輪周向彈簧錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)，兩片薄齒輪 1 和 2 套裝一起，每片齒輪各開(kāi)有兩條周向通槽，在齒輪的端面上裝有短柱 3，用來(lái)安裝彈簧4。裝配時(shí)使彈簧 4 具有足夠的拉力，使兩個(gè)薄齒輪的左右面分別與寬齒輪的左右面貼緊，以消除齒側(cè)間隙。 對(duì)比三種方案： 第一種需要經(jīng)常的調(diào)整，對(duì)于本身就以提高效率為目標(biāo)的數(shù)控機(jī)床而言肯定不合適。 第二種是很不錯(cuò)的 方案，但在切割機(jī)上并不實(shí)用。 第三種方案相比較而言在數(shù)控切割機(jī)上適用，而且不需要人為經(jīng)常調(diào)整，很適合數(shù)控機(jī)床的需要。 本設(shè)計(jì)方案選用第三種方法 。 20 圖 7.3 雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 7.2 預(yù)緊 滾珠絲杠副在工作臺(tái)上的支承方式有兩種。一種是單支承形式；另一種是兩端支承形式，本設(shè)計(jì)選用兩端支承形式中的“雙支點(diǎn)各單向固定”的支承方式。該形式夾緊一對(duì)圓錐滾子軸承的外圈而預(yù)緊，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增加軸承裝置的剛性，減小機(jī)器工作時(shí)軸承的振動(dòng)。預(yù)緊量由廠家提供。 21 單片機(jī) I/O 口 擴(kuò)展 驅(qū)動(dòng)器 光電隔離 功 率 放 大 X軸電機(jī) 縱向絲 杠 存儲(chǔ)器擴(kuò)展 驅(qū)動(dòng)器 Y軸電機(jī) 橫向絲 杠 Z 軸電機(jī) Z 向絲杠 8 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8.1 確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案 根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)方案的要求，可以看出：對(duì)機(jī)械部分的控制只有進(jìn)給系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)的控制和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)控制?？刂葡到y(tǒng)有微機(jī)的、有 PLC 的、也有單片機(jī)的，這里采用的是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，可以選擇經(jīng)濟(jì)型的單片機(jī)控制系統(tǒng)。另外，居然要控制，就得有輸入和輸出設(shè)備才能對(duì)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖 8.1 所示： 圖 8.1 控制系統(tǒng)框圖 8.2 主要芯片配置 8.2.1主要芯片選擇 由于 89C51 芯片在性?xún)r(jià)比上比同類(lèi)單片機(jī)高，加上 8031、 8051 市場(chǎng)上已經(jīng)停產(chǎn)，所以選擇 89C51 作為主芯片。 8.2.2 主要管腳功能 89C51 是 40 腳雙列直插式芯片。主要管腳功能 : 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 控制線 EA 片外存儲(chǔ)器選擇端，雖然 89C51 內(nèi)有4K 的 FLASH，但為了方便接線和各程序的存放，故不使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，這樣EA 接地，從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 PSEN 外部程序存儲(chǔ)器選通端 ,以區(qū)別讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ALE 地址鎖存控制端 ,系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 控制 P0口輸出的低八位地址送鎖存器儲(chǔ)存，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址隔離。此外 ALE 以 l/6 晶振的固定頻率輸出正脈沖 ,可作為外部時(shí)鐘或定時(shí)脈沖。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 RESET 復(fù)位端 ,當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)二個(gè)周期以鍵 盤(pán) 顯示器 22 上高電平，完成復(fù)位初始化操作。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 89C51 中 I/O 口的介紹 P0 口 外接存儲(chǔ)器時(shí)，此口為擴(kuò)展電路低 八位地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用口； Pl口 用戶(hù)使用的 I/O 口； P2口 外接存儲(chǔ)器時(shí) ,作擴(kuò)展電路高八位的地址總線； P3口 雙重功能口； P0 P3口均為八位雙向口。 P0口可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 門(mén)電路， Pl P3口只能驅(qū)動(dòng)四個(gè) TTL 門(mén)電路。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)鐘 XTAL1 和 XTAL2，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，二端接石英和微調(diào)電路；使用外部時(shí)鐘時(shí)，接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 89C51 三總線結(jié)構(gòu)： 地址總線 AB 地址總線為 16 位，外部存儲(chǔ)器直接尋址范圍為 64KB，地址總線由 P0口經(jīng)地址鎖存器，提供八位 A0-A7，高八位 A8 A15由 P2 口直接提供。 數(shù)據(jù)總線 DB 數(shù)據(jù)總線為 8 位，自 P0口直接提供。 , 控制總線 CB 由 P3口第二功能控制線 EA 、 PSEN 、 ALE、 RESET 組成。 8.2.3 EPROM 的選用 為簡(jiǎn)化電路，此處選用 2764EPROM (8K*8 位 )。 本設(shè)計(jì)采用二片 2764EPROM，分別存放監(jiān)控程序 ,各功能模塊程序 ,常用零件加工程序。以便于更換各功能模塊程序和零件加工程序時(shí)，只需更換各自芯片即可，方便升級(jí)。 2764 芯片主要引腳功能 : 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 A0 A12 13位地址線 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 D0 D7 數(shù)據(jù)輸出線 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 OE 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 PGM 編程控制信號(hào)，用于引入編程脈沖 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 CE 片選信號(hào) 2764 主要工作方式 : 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 讀方式 OE 及 CE 為低電平， Vpp 5V 時(shí)處于讀出方式 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 寫(xiě)方式 OE 為低電平 , PGM 亦為低電平， VPP 21V, CE 為高電平時(shí)， 2764 芯片處于禁止?fàn)顟B(tài)。將數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)固化到指定地址單元。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 編程禁止方式一此為向多片 2764 寫(xiě)入不同程序而 設(shè) 23 置的，當(dāng) VPP=+21V 時(shí)， CE 為高電平時(shí)， 2764 芯片處于編程禁止?fàn)顟B(tài)。 8.2.4 RAM 的選用 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 通常采用 MOS 型， MOS 型 RAM 分靜態(tài)、動(dòng)態(tài)兩種。動(dòng)態(tài) RAM集成度高，功耗小，成本低，但控制邏輯復(fù)雜，需要定期刷新 ,尤其是容易受到干擾，對(duì)環(huán)境、結(jié)構(gòu)、電摞等都有較高的要求。對(duì)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)而言 ,可靠是第一位的 ,此處選用大容量靜態(tài) RAM6264(8K*8 位 )一片。 6264 主要引腳功能： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 A0 A12 13 位地址線 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 IO1 IO7 數(shù)據(jù)輸入輸出線 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 OE 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 WE 寫(xiě)選通信號(hào) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 CE 片選信號(hào) 6264 主要工作方式 : 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 讀方式 OE 及 CE 為低電平， WE 為高電平時(shí)， 6264將數(shù)據(jù)輸出到指定地址。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 寫(xiě)方式 CE 為低電平， WE 亦為低電平時(shí) ,允許數(shù)據(jù)輸入。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 封鎖方式 CE 為高電平時(shí)，該芯片沒(méi)被選通，不工作。 8.2.5 89C51 存儲(chǔ)器及 I/O 的擴(kuò)展 可編程接口芯片是指其工作方式可由與之對(duì)應(yīng)的軟件命令來(lái)加以改變的接口 芯片。這類(lèi)芯片一般具有多種功能，使用靈活方便，使用前必須由 CPU 對(duì)其編程設(shè)定工作方式，然后按設(shè)定的方式進(jìn)行操作。 8155 可編程并行 I/O 接口具有功能強(qiáng)，價(jià)格便宜，且具有與 MCS-51 單片機(jī)配置簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)。是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的外部功能擴(kuò)展器件之一。 (1)存儲(chǔ)器與單片機(jī)聯(lián)接，主要是通過(guò)三總線聯(lián)接。應(yīng)考慮總線的驅(qū)動(dòng)能力是否足夠。存儲(chǔ)器 2764、 6264 存儲(chǔ)量均為 8K，需 13 位地址進(jìn)行存儲(chǔ)單元選擇，將 A0 A7腳與地址鎖存器八位地址輸出對(duì)應(yīng)聯(lián)接，將 A8 A13腳與 89C51 的 P2口P2.0-P2.4相 聯(lián)接，其余地址線經(jīng) P2.5 P2.7經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。數(shù)據(jù)線聯(lián)接將存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)輸出端 D0 Dl與 89C51P0 口聯(lián)接。控制線 89C51 PSEN 與 2764CE 相聯(lián)，89C51 從外部 EPROM 取指令。 WR 、 RD 分別與 6264WE 、 OE 相聯(lián)， 89C51對(duì)外部 RAM 進(jìn) 行讀 /寫(xiě)。 (2)8155 許多信號(hào)與 89C51 兼容，可直接聯(lián)接，因 8155 內(nèi)部已有鎖存器， 24 因此 8155 數(shù)據(jù)地址復(fù)合線 AD0一 AD7與 89C51P0口直接相聯(lián)。地址鎖存信號(hào) ALE與 89C51ALE 相聯(lián)。片選信號(hào) CE 經(jīng)譯碼后產(chǎn)生，以高位地址 P2.0直接作為 IO/M信號(hào)，此時(shí)對(duì) 8155 需要使用 16 位地址進(jìn)行編址。 8155 的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見(jiàn)圖 8.2。 圖 8.2 8155 引腳及內(nèi)部 結(jié)構(gòu) 8.2.6 8155 工作方式查詢(xún) 8155I/O 工作方式選擇通過(guò)對(duì) 8155 內(nèi)部命令寄存器（命令口）設(shè)定命令控制字實(shí)現(xiàn)。命令寄存器格式及對(duì)應(yīng)的工作方式見(jiàn)下圖 8.3。 8155I/O 有四種工作方式，即 ALT1， ALT2， ALT3， ALT4。其中各符號(hào)說(shuō)明如下： AINTR： A口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效。 BINTR： B口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效。 ABF（ BBF）： A 口（ B 口）緩沖器滿狀態(tài)標(biāo)志輸出線，（緩沖器有數(shù)據(jù)時(shí) BF為高電平）。 ASTB（ BSTB）： A口（ B 口）設(shè)備選通信號(hào)輸入線， 低電平有效。 在 ALT1 ALT4 的不同方式下， A口、 B 口及 C 口的各位工作方式如下： ALT1： A 口， B 口為基本輸入 /輸出， C 口為輸入方式。 ALT2： A 口， B 口為基本輸入 /輸出， C 口為輸出方式。 ALT3： A 口為選通輸入 /輸出， B 口為基本輸入 /輸出。 PC0 為 AINTR， PC1 為ABF， PC2 為 ASTB ， PC3 PC5 為輸出。 ALT4： A 口、 B口為選通輸入 /輸出。 PC0 為 AINTR， PC1 為 ABF， PC2 為 ASTB ， 25 PC3 為 BINTR， PC4 為 BBF， PC5 為 BSTB 。 00 ：空操作 01 ：停止計(jì)數(shù) 10 ：時(shí)間到則停止計(jì)數(shù) 11 ：置入工作方式和計(jì)數(shù)長(zhǎng)度后立即啟動(dòng)計(jì)數(shù)，若正在計(jì)數(shù)，溢出后按新的方式和長(zhǎng)度計(jì)數(shù) 0 ：禁止 B 口中斷 1 ：允許 B 口中斷 0 ：禁止 A 口中斷 1 ：允許 A 口中斷 定義端口 A 0 ：輸入 1 ：輸出 定義端口 B 0 ：輸入 1 ：輸出 定義端口 C 00 ： A L T 1 、 A 口、 B 口基本輸入輸出， C 口輸入 01 ： A L T 1 、 A 口、 B 口基本輸入輸出， C 口輸出 10 ： A L T 3 ， A 口選通輸入輸出， B 口基本輸入輸出 PC0 ： A I N T R PC1 ： A B F PC2 ： AS TB PC3 PC5 ：輸入輸出 PC0 ： A I N T R PC1 ： A B F PC2 ： A S T B PC3 ： B I N T R PC4 ： BBF PC5 ： B S T B 圖 8.3 命令寄存器格式 8.2.7狀態(tài)查詢(xún) 8155 還有一個(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(xún)用。其格式如圖 8.4： 狀態(tài)寄存器和命令寄存器共用一個(gè)地址，命令寄存器只能寫(xiě)入不能讀出，而狀態(tài)寄存器只能讀出不能寫(xiě)入。所以可以認(rèn)為， CPU 讀該地址時(shí)，作為狀態(tài)寄存器，讀出的是當(dāng)前 I/O 口和定時(shí)器的狀態(tài)，而寫(xiě)該地址時(shí) ，則作為命令寄存器對(duì)I/O 口工作方式的選擇。 8.2.8 8155 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)。外部有兩個(gè)定時(shí)器引腳 TINEIN 和 TIMEOUT。 TINEIN 為定時(shí)器時(shí)鐘輸入，有外部輸入時(shí)鐘脈沖， TIMEOUT 為定時(shí)器輸出，輸出各種信號(hào)脈沖波形。定時(shí)器的格式、輸出波形見(jiàn)圖 8.5。 由上圖可見(jiàn)，定時(shí)器的低 8 位和高 6位計(jì)數(shù)器定時(shí)是出方式由 04H、 05H 寄存器確定。對(duì)定時(shí)器編程時(shí)，首先將計(jì)數(shù)器及定時(shí)器方式送入定時(shí)器口，（定時(shí)器的低 8 位和高 6位，定時(shí)器方式 M） 04H， 05H。計(jì)數(shù)常數(shù)在 002H3FFF 之間。計(jì)數(shù)器的起動(dòng)和停止由命令寄存器的最高兩位 TM2 和 TM1 決定。但何時(shí)讀都可以 26 置定時(shí)器的長(zhǎng)度和工作方式，然后必須將起動(dòng)命令寫(xiě)入命令寄存器。既使計(jì)數(shù)器已經(jīng)計(jì)數(shù)，在寫(xiě)入起動(dòng)命令后，仍可改變定時(shí)器的工作方式。 A 口中斷標(biāo)志請(qǐng)求 A 口緩沖器滿空標(biāo)志 A 口中斷允許標(biāo)志 B 口中斷標(biāo)志請(qǐng)求 B 口緩沖器滿空標(biāo)志 B 口中斷允許標(biāo)志 定 時(shí) 器 中 斷 標(biāo) 志 ， 定 時(shí) 器 計(jì) 數(shù) 到 指 定 長(zhǎng) 度 置“ 1 ”，讀 狀 態(tài) 后 清“ 0 ” 圖 8.4 狀態(tài)寄存器格式 M2 M1 方 式 定時(shí)器輸出波形 0 0 單方波 0 1 連續(xù)方波 1 0 單脈沖 1 1 連續(xù)脈沖 圖 8.5 8155 定時(shí)器方式及輸出波形 8.2.9 芯片地址分配 89C51 支持的存儲(chǔ)芯片，程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單獨(dú)編址， EPROM 與 RAM地址分配較為自由 ,不必考慮會(huì)發(fā)生沖突 ,因 89C51 復(fù)位后 ,從 0000H 開(kāi)始，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器空間為 0000H-0FFFH，外部 2片 2764芯片地址分別為 0C000H-0DFFFH，8000H-9FFFH。 89C51 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間為 00H-0FFH，外部 6264 芯片地址：6000H-7FFFH 27 1#8155 芯片地址 (假定未用地址用 0表示 ) M /IO 0時(shí)， 8155(1)內(nèi)部 RAM 地址范圍 E000H-E0FFH M /IO 1時(shí)，端口地址：控制口： E100H； PA 口： E101H； PB 口： E102H；PC口： E103H； 定時(shí)器低八位： E104H；定時(shí)器高八位： E105H 2#8155 芯片地址 (假定未用地址用 0表示 ) M /IO 0 時(shí)， 8155(1)內(nèi)部 RAM 地址范圍 0A000H-0A0FFH M /IO 1 時(shí)，端口地址：控制口： 0A00H； PA 口： 0A01H； PB口： 0A02H；PC 口： 0A03H； 定時(shí)器低八位： 0A04H；定時(shí)器高八位： 0A05H 8.3 鍵盤(pán)設(shè)計(jì) 8.3.1鍵盤(pán)定義及功能 控制面板上布置 5 個(gè)控制鍵， 33 個(gè)功能數(shù)字鍵。其中 8 個(gè)鍵有雙重功能，由 SHIFT 鍵轉(zhuǎn)換，按下 SHIFT 鍵，上檔鍵有效。 5 個(gè)控制鍵各功能如下： 急停鍵 運(yùn)行時(shí)按該鍵，程序立即停止運(yùn)行。 暫停鍵 運(yùn)行時(shí)按下該鍵，執(zhí)行完本程序段后，停止執(zhí)行下一程序段，等待處理，此為硬件暫停。 恢復(fù)運(yùn)行鍵 處于急?；驎和r(shí)，接下該鍵程序繼續(xù)執(zhí)行。用 M00 實(shí)行軟件暫停時(shí)，恢復(fù)運(yùn)行也需要按該鍵。 復(fù)位鍵 編程或運(yùn)行前，清除內(nèi)存中的隨機(jī)數(shù)。 對(duì)中心鍵 鉬絲自動(dòng)找準(zhǔn)預(yù)定的中心位置 (原點(diǎn) )。 30 個(gè)功能數(shù)字鍵包括數(shù)字鍵“ 0 9”，負(fù)號(hào)“ ”，程序開(kāi)始字“ %”，程序段結(jié)束字“ LF”，序號(hào)字“ N”，準(zhǔn)備功能字“ G”，輔助功能字“ M”，速度功能字“ F”，主軸速度功能字“ S”，坐標(biāo)功能字“ X、 Y、 Z、 I、 J、 W”。編輯鍵三個(gè)： DEL/INS 刪除 /插入程序段鍵， DISP/ZOOM DISP 顯示程序全段內(nèi)容，ZOOM 使加工圖形按比例縮放，預(yù)置為 1， COPY 程序段復(fù)制， IDX 可設(shè)定某一程序段為起割點(diǎn)，單步 步進(jìn)電機(jī)走一拍就停止工作，回零 鉬絲重新置于起點(diǎn)，運(yùn)行 加工開(kāi)始確認(rèn)。 8.3.2 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用非編碼式矩陣式鍵盤(pán)， 1#8155 為鍵盤(pán)接口，按五行六列布線。PA0 PA4 為行線， PC0 PC5 為列線。 A 口為輸出口， C 口為 輸入口，按鍵盤(pán)列線，每個(gè)鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)鍵碼，根據(jù)鍵碼轉(zhuǎn)至相應(yīng)鍵處理子程序。常用鍵識(shí)別方法有 28 掃描法和線翻轉(zhuǎn)法。本設(shè)計(jì)采用掃描法。其原理是：一條列線為低電平，若此列線上已閉合鍵，則各行線狀態(tài)都為高電平，然后按行號(hào)、列號(hào)求得閉合鍵鍵碼。 定義各行首鍵號(hào)為 00H、 06H、 0CH、 12H、 18H，鍵碼 =行號(hào)列號(hào)。鍵號(hào)鍵功能對(duì)應(yīng)表 8.1 表 8.1 鍵號(hào)鍵功能對(duì)應(yīng) 鍵號(hào) 00H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 10H 11H 12H 1E 功能 0 9 LF% N G M F S X Y Z 鍵號(hào) 13H 14H 15H 16H 17H 18H 19H 1AH 1BH 1CH 1DH 1F 功能 I J DEL COPY ZOOMDISP IDX 紙帶穿孔 單步 回零 運(yùn)行 SHIFT W 29 返回監(jiān)視行值左移一位掃完一遍列值列值 竄 鍵（ ） 0 1 加 1 竄鍵標(biāo)志 加 1 被 按 鍵列值3 在本行對(duì) 口行掃描延 時(shí) 2 0 抖動(dòng)竄鍵標(biāo)志送 有 鍵 按 下（列值3 ）全 1 （ 3 F H ） 送 C 口關(guān)顯示 圖 8.6 鍵盤(pán)掃描程序流程圖 30 查到關(guān)鍵字鍵值送求鍵值子程序行序號(hào) 加1鍵 值 計(jì) 數(shù) 器 加 1 送行 序 號(hào) 初 值 0 送行值右移一位行值行序號(hào)左移四位行列值低四位相加得 關(guān) 鍵 字 圖 8.7 求鍵值子程序 鍵盤(pán)掃描子程序 ORG 0500H SCAN:MOV A,#00H MOV DPTR, #E101H MOVX DPTR, A MOV A #3FH MOV DDPTR, #E103H MOVX #DPTR, A MOV DPTR, #E102H MOVX A, DPTR ANL A, #1FH CJNE3 A, #1FH, NEXT1 SJMP NEXT4 NEXT1: ACALL DS20ms 31 CLR C MOV R2, #00H MOV R1, #01H LOOP: INC DPTR MOV A,R1 MOVX #DPTR, A MOV DPTR, #8002H MOVX A, DPTR ANL A, #1FH CJNE A, #1FH, NEXT2 SJMP NEXT3 NEXT2: INC R2 CJNE R2, #01H, NEXT4 MOV R4, A MOV A,R1 MOV R3,A NEXT3: MOV A,R1 RLC A MOV R1,A CJNE A,#40H, LOOP AJMP KCODE NEXT4:CLR A RET END 求鍵值子程序 ORG 0560H KCODE： MOV R1， #00H MOV A， R3 CLR C LOOP： RRC A JZ NEXT1 INC R1 SJMP LOOP NEXT1： MOV A， R1 32 SWAP A MOV R1， A MOV A， R4 ANL A， #0FH ORL A， R1 MOV B， A MOV DPTR， #KTAB MOV R0， #00H CLR A REPE： MOVC A， A+DPTR CJNE A, B,NEXT2 SJMP RESV NEXT2:INC R0 MOV A, R0 SJMP REPE RESV: MOV A, R0 RET KTAB:DB 0FH,1FH,17H,1BH,2FH,27H DB 2BH,3FH,37H,3BH,3DH,2DH DEB1DH,0DH,0BH,07H,03H,1EH DB 23H,3EH,4FH,47H,4BH,4DH DB 5FH,57H,5BH,5DH END 8.4 顯示器設(shè)計(jì) 8.4.1顯示器顯示方式的選用 程序輸入時(shí)，涉及數(shù)字鍵及 N、 G、 M 等功能鍵。采用控制簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的 LED 顯示器。因數(shù)控程序較長(zhǎng)，顯示數(shù)據(jù)較多，一次把整條指令內(nèi)容全顯示出來(lái)很不經(jīng)濟(jì)。采用段顯示法，即依次顯示 X、 Y 、 I 、 J 等數(shù)據(jù)，一條指令顯示完，再顯示下一條指令。以減少 LED 數(shù)量。 系統(tǒng)分辨率為 1 m，最大控制長(zhǎng)度為 1m，需 6 位顯示器才能滿足要求，再加上一位符號(hào)位，須 7 位 LED， 為清晰顯示 N、 G、 X、 Y 符號(hào)，符號(hào)位用一位 米 字顯示。 顯示器顯示方式有靜態(tài)、動(dòng)態(tài)兩種。本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)掃描法，即逐個(gè)點(diǎn)亮各位顯示器，因視覺(jué)殘留效應(yīng)，效果與全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮一樣。 33 8.4.2顯示器接口 為實(shí)現(xiàn)顯示器動(dòng)態(tài)掃描，對(duì)顯示器提供字形代碼輸入及顯示位控制，因此顯示器接口需有字形和字位控制。 89C51P0 口輸出 BCD 碼，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器、鎖存器輸出字形到 LED，構(gòu)成傳送電路。 Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A B C D E F G H S P74LS04接 1I O / M8 1 5 5P A 0P A 1P A 2P A 3P A 4P A 5P A 6P A 7G 1GNDC 2 AC 2 BCE V c c R E S E T V p p+5V7 4 0 7驅(qū)動(dòng)器接AB74LS138C+5V 圖 8.8 鍵盤(pán)與顯示系統(tǒng)電路 8.4.3 8155 擴(kuò)展 I/O 端口 的初始化 由上圖的硬件連接得到 8155 初始化程序： 8155 有關(guān)地址寄存器端口地址為 : 100H 命令字寄存器 104H 定時(shí)器低字節(jié) 105H 定時(shí)器高字節(jié) 相應(yīng)初始化程序?yàn)?: ORG 0A00H MOV DPTR,#100H MOV A,#7H MOVX R0,A END 34 因?yàn)?P3.3 接行程開(kāi)關(guān) ,處于高優(yōu)先級(jí)，所以 IP、 IE 初始化為： SETB PX0 SETP PX1 CLR PT0 CLR PT1 CLR PS SETB EX0 SETB EX1 SETB ET0 SETB ET1 SETB ES CLS ET2 SETB EA PSW、 TCON、 TMOD 初始化： MOV PSW #00H SETB IT0 SETB IT1 SETB IE0 SETB IE1 SETB TR0 SETB TR1 TMOD 工作在方式 2，所以初始化為： MOV TMOD #66H 8.5 插補(bǔ)原理 插補(bǔ)是對(duì)直線、圓弧等低次方程曲線的一種逼近方式。通過(guò)計(jì)算使沿坐標(biāo)方向的折線 所構(gòu)成的圖形與加工圖形間的誤差保持在允許的范圍內(nèi)。常用的方法有逐點(diǎn)比較法、積分法。本設(shè)計(jì)選用逐點(diǎn)比較法。 逐點(diǎn)比較法工作原理：在控制過(guò)程中，逐步計(jì)算，判別折線運(yùn)動(dòng)與要求軌跡之間的偏差，決定下一步的進(jìn)給方向。用步進(jìn)電機(jī)控制工作臺(tái)沿某一方向進(jìn)給一步。一個(gè)插補(bǔ)由四個(gè)節(jié)拍組成，即偏差判別，進(jìn)給，偏差計(jì)算，終點(diǎn)計(jì)算。無(wú)論是直線插補(bǔ)、順圓插補(bǔ)、逆圓插補(bǔ)都遵守這樣的四步原則。 35 8.6 光電隔離電路 在實(shí)際電路中，模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間有一個(gè)強(qiáng)電干擾的問(wèn)題。 光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下 ,以光為煤介傳送信號(hào) ,對(duì)輸入和 輸出電路可以進(jìn)行隔離 .因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等好處，使其在強(qiáng) -弱電接口，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。 故在系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意輸入信號(hào)電路與單片機(jī)連接時(shí)的隔離。在這里，采用光電藕合是最常用的方法。 光電耦合器具有三個(gè)特點(diǎn)： 信號(hào)傳遞采取電 -光 -電的形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，能夠避免輸出端對(duì)輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾， 抑制噪聲干擾能力強(qiáng)； 具有耐用、可靠性高和速度快等優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間一般為數(shù)以?xún)?nèi)，高速型光電耦合器的響應(yīng)時(shí)間有 的甚至小于 10ns。 在系統(tǒng)圖示中，模擬地用 AGND 表示，而數(shù)字地用 DGND表示，以示區(qū)別。光藕電路原理圖 8.9。 VCC1 VCC2 R1 R2 GND 圖 8.9 光藕電路原理圖 8.7 越界報(bào)警電路 為防止工作臺(tái)行程越界，設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，本設(shè)計(jì)中有四個(gè)限位開(kāi)關(guān)，對(duì)應(yīng)于四種越界可能。，一旦越界，立即發(fā)出越界信號(hào)，啟動(dòng)中斷方式，停止工作臺(tái)的移動(dòng)。等待處理。并發(fā)出紅燈報(bào)警。在正常工 作時(shí)，則是綠燈亮。兩燈均由 8155PB4口控制。1 1 36 8.8 總體程序控制 8.8.1流程圖 開(kāi)始關(guān)中斷初始化清數(shù)據(jù)區(qū)讀鍵開(kāi)中斷鍵處理工作方式判別編子程序調(diào)試子程序編程 調(diào)試鍵盤(pán)掃描子程序求鍵值子程序 8.8.2總程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 000BH LJMP T0 ORG 0013H LJMP INT1 MAIN： MOV A， #00H MOV R0, #00H MOV DPTR， #2000H 37 XUNHUAN :MOVX DPTR, A INC DPTR INC R0 CJNE R0,#0FFH, XUNHUAN INC R1 CJNE R2,#0FFH, XUNHUAN MOV SP,#60H SETB PX0 SETB EX0 SETB EX1 SETB EA WE： AJMP WE GONGZUO： LCALL QIUJIAN LCALL XIANSHI LCALL CHULI 38 9 步進(jìn) 電機(jī)接口電路及驅(qū)動(dòng) 本設(shè)計(jì)選用五相步進(jìn)電機(jī) M56853S，工作方式為 2 細(xì)分工作方式，并選擇2CK 輸入工作方式。步進(jìn)電機(jī)由驅(qū)動(dòng)器 RD-0534M 驅(qū)動(dòng)。而單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)和停止及正反轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖按順序供給電機(jī)各相，脈沖發(fā)生由驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部自動(dòng)產(chǎn)生，并且具有各種系統(tǒng)保護(hù)。 RD-0534M 驅(qū)動(dòng)器的主要控制端有： 順時(shí)方向控制端 CW；逆時(shí)方向控制端 CCW；運(yùn)行方式控制端 4PIN，所需聯(lián)接控制信號(hào)由 2#8155PB 口控制。 X、 Y 向步進(jìn)電機(jī)各用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制，電機(jī)以五相方式工作。由于RD-0534M 驅(qū)動(dòng)器具 有良好的工作性能，并且又具有較強(qiáng)的保護(hù)功能，所以系統(tǒng)工作比較穩(wěn)定。 單片機(jī)控制 RD-0534M 工作時(shí)有一個(gè)脈沖電流的要求，故在兩者之間加了控制三極管。以滿足控制要求。 AA0A1光電耦合電路高低壓驅(qū)動(dòng)電路接 8 1 5 5 T I M / O U TPA6PA5CP-RG N DB+CY B 0 1 3（ 2 ）E0E1E2 Z 向 步 進(jìn) 電 機(jī)PA4V c c+-CPRG N DPA3PA2V c cE0E1E2Y B 0 1 5（ 1 ）A0A1光電耦合電路高低壓驅(qū)動(dòng)電路 Y 向 步 進(jìn) 電 機(jī)PA1PA0Y B 0 1 5（ 1 ）E0E1E2DE+-CPRGNDV c cABCA0A1+ 5 V- 3 V高低壓驅(qū)動(dòng)電路光電耦合電路 X 向 步 進(jìn) 電 機(jī)CBAED 圖 9.1 硬件連接圖 39 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制主要在于脈沖分配，實(shí)現(xiàn)脈沖分配（也就是通電換相控制）的方法有兩種：軟件法和硬件法。這里通過(guò)單片機(jī)發(fā)出信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)形分配器驅(qū)動(dòng)放大直接控制，需要采用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配。 橫向進(jìn)給采用五相十拍步進(jìn)電機(jī)，五相十拍工作方式通電換相的正序?yàn)椋篈B-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB，共有 10 個(gè)通電狀態(tài)。如果 P1.4-P1.0輸出的控制信號(hào)中， 0代表使繞組通電， 1 代表使繞組斷電， P1.7-P1.5 三相六拍步進(jìn)電機(jī)，設(shè)為