小型立式銑床工作臺(tái)升降和制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)_第1頁
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文檔簡介

1、目 錄摘 要3第一章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案擬定31.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定與伺服系統(tǒng)的選擇31.2機(jī)械傳動(dòng)方式4第二章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算42.1 設(shè)計(jì)參數(shù)42.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型72.2.1 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型62.2.2 計(jì)算牽引力72.2.3 計(jì)算最大動(dòng)載荷72. 2. 4滾珠絲杠螺母副的選型82. 2. 5 傳動(dòng)效率計(jì)算.8 2. 2. 6 穩(wěn)定性計(jì)算.92.3 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選擇92.3.1 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量92.3.2 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩102. 3. 3 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定.122. 3. 4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性

2、能校核.122.4 增量式編碼器的選用13第三章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)143.1 mcs-51單片機(jī)系統(tǒng)簡介153. 1. 1 mcs-51系列指令系統(tǒng)簡介153. 1. 2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器.163. 1. 3 中斷系統(tǒng).173-2 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)183.2.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展183.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展183.2.3 譯碼電路設(shè)計(jì)193.3 i/o接口電路機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)213.3.1 8155通用可編程接口芯片213.3.2 8255通用可編程接口芯片233.3.3 鍵盤顯示接口電路253.3.4 電機(jī)接口機(jī)驅(qū)動(dòng)電路263.3.5 輔助電路26參考文獻(xiàn).28摘 要【摘要】:小型

3、立式銑床工作臺(tái)升降和制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。數(shù)控機(jī)床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機(jī)的平面移動(dòng)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。本文通過對(duì)小型立式銑床工作臺(tái)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)。本次課程設(shè)計(jì),主要設(shè)計(jì)和研究小型立式銑床工作臺(tái)及其電氣原理圖。確定小型立式銑床工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng),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?!娟P(guān)鍵詞】:小型立式銑床工作;

4、滾珠絲杠螺母副;直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副;交流伺服電機(jī);第一章 總體設(shè)計(jì)方案擬定1.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定與伺服系統(tǒng)的選擇數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位/點(diǎn)線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。任務(wù)書上規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.0001mm,定位精度也未達(dá)到微米級(jí),空載最快移動(dòng)速度也只有600m/min。因此本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī),可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī),以降低成本,提高性價(jià)比。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)轉(zhuǎn)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),為了提高傳動(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)。第二章 機(jī)床進(jìn)給伺

5、服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)1、工作臺(tái)升降行程:200; 2、工作臺(tái)尺寸:長寬400200; 3、工作臺(tái)總重: 600n; 4、最高運(yùn)行速度步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式: 空載:0.6m/min; 切削:0.1m/min;交流伺服電機(jī)運(yùn)行方式:空載:9m/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400n;y向600n;z向1000n2.2 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型圖2-1 絲杠螺母副設(shè)計(jì)框圖2.2.1 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 (1)滑

6、塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取 題目中的工作臺(tái)水平布置,而導(dǎo)軌采用垂直布置,采用雙導(dǎo)軌四滑塊的形式??紤]最不利的情況,既垂直于導(dǎo)軌面得工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān),則單滑塊所受到最大垂直方向載荷為: 查表3-41,根據(jù),初選滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為kl系列的jsa-lg15型,其額定動(dòng)載荷為,額定靜載荷為,任務(wù)書規(guī)定加工升降行程為200mm,考慮工作行程留有一定余量,查表3-35,按標(biāo)準(zhǔn)系列,選取導(dǎo)軌長度為460mm。(2)距離額定壽命的計(jì)算 由于kl系列的jsa-lg15型導(dǎo)軌副的滾到硬度為60hrc,工作溫度不超過,每根導(dǎo)軌上配有兩個(gè)滑塊,精度為4級(jí),工作速度較低,載荷不大。查表3-363-

7、40,分別取硬度系數(shù),溫度系數(shù),接觸系數(shù),精度系數(shù),載荷系數(shù)。代入公式:滿足要求。 2.2.2 計(jì)算進(jìn)給牽引力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在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的型式有關(guān),由于在設(shè)計(jì)中采用的是加有導(dǎo)軌塊的滾動(dòng)導(dǎo)軌,所以選擇的計(jì)算公式為綜合導(dǎo)軌的計(jì)算公式。計(jì)算公式為:式中 -z向切削分力(n); -移動(dòng)工作臺(tái)總重(n) -導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),隨導(dǎo)軌型式而不同; -考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù);綜合導(dǎo)軌的 , ,取,式中, ,g=600n。 2.2.3 計(jì)算最大動(dòng)載荷選用滾珠絲杠副的直徑時(shí),必須保證在一定軸向載荷作用下,絲杠在回轉(zhuǎn)10

8、0萬轉(zhuǎn)(106轉(zhuǎn))后,在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載,用下式計(jì)算選擇: 式中 -額定壽命,15000h -絲杠轉(zhuǎn)速,用下式計(jì)算 -硬度系數(shù),查表3-24,=1; -負(fù)載性質(zhì)系數(shù),查表326, =1.2 導(dǎo)程的計(jì)算: 我們所設(shè)計(jì)的立式銑床不需要齒輪傳動(dòng),直接由電機(jī)驅(qū)動(dòng),傳動(dòng)比為i=1,選步距角,根據(jù)公式計(jì)算得=4由任務(wù)書可知最大切削力下的速度,代入公式可計(jì)算得 =25 代入上式得=5979n2.2.4 滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)以上算得的最大動(dòng)負(fù)載在設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中的表3-31中選用型號(hào)為g2504-3的滾珠絲杠,其名義直徑為,滾珠的排列為3圈1列,

9、額定動(dòng)載荷為,滿足前面進(jìn)給方向的要求。精度等級(jí)按機(jī)電裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3-39選為5級(jí)。2.2.5 傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率: 式中 -絲杠螺旋升角;由算得 -摩擦角,滾珠絲杠的滾動(dòng)摩擦系數(shù),其摩擦角約等于。代入公式計(jì)算得 2.2.5 剛度的驗(yàn)算 在立式銑床工作時(shí)采用“雙推自由”的方式,則可以不驗(yàn)算剛度。2.2.6 穩(wěn)定性驗(yàn)算 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)載時(shí),應(yīng)驗(yàn)算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲(失穩(wěn))的危險(xiǎn),產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)載用下式計(jì)算: 式中 -絲杠材料彈性模量,對(duì)鋼; -截面慣性矩,絲杠截面慣性矩 ();-絲杠兩支承端距離,取最大值440mm;-絲杠的

10、支承方式系數(shù),取0.25。k-壓桿穩(wěn)定的安全系數(shù),k=2.5(垂直安裝);根據(jù)前面的相關(guān)數(shù)據(jù)可知上式中的截面慣性矩:算得 =3619n遠(yuǎn)大于工作載荷,故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 綜上所述,初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。2.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選擇2.3.1.加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知滾珠絲杠公稱直徑,總長,導(dǎo)程,材料密度,由表4-1:(1)、滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (2)工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量其公式為:初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90byj2502,從表4-5查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2.3.2 計(jì)算加在步進(jìn)電機(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

11、負(fù)載兩種情況計(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)矩由式(4-8)可知包括三部分:一部分是快速空載啟動(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,根據(jù)試(4-12)可知,相對(duì)于和很小,可以忽略不計(jì)。則有 =+ 根據(jù)式(4-9),考慮傳動(dòng)總效率,計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩: 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 = 式中 空載最快移動(dòng)速度,任務(wù)書只定為600 ; 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

12、步距角,預(yù)選電動(dòng)機(jī)為; 脈沖當(dāng)量,任務(wù)書只定為 = 0.01 脈沖。將以上值代入式 = 中求得 = 150 。 設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至 轉(zhuǎn)速所需時(shí)間 = 0.4,傳動(dòng)鏈總效率 0.7。則由式 = 求得: = 由式(4-10) 和 可知,移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí),折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的摩擦轉(zhuǎn)矩為: (27)式中 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù),滾動(dòng)導(dǎo)軌區(qū)取 0.005; 垂直方向壓力,空載取0; 傳動(dòng)鏈總效率,取 0.7。則由式 得: 最后由式 ,求得快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩: 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 由式 可知,包括三部分:一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ;一部

13、分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)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 ,相對(duì)應(yīng) 和 很小,可以忽略不計(jì)。則有: 其中,折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 由式 計(jì)算。由前計(jì)算得滾珠絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷 再由式 計(jì)算垂直方向承受最大工作負(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: 最后由式 ,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)矩為: 由以上計(jì)算,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)矩為: 2.3.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)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

14、,甚至堵轉(zhuǎn)。因此,根據(jù)來選擇步進(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: 上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90byj2502,由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4-3查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 ??梢?,滿足要求。聯(lián)軸器選用:型號(hào)為slk-2c150-1415;軸承選用:推力球軸承51205,d=25,d=47,b=12,t=15,c=27.8, 角接觸球軸承7205c,d=25,d=52,b=15,c=12.8, 2.3.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1)最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度,脈沖當(dāng)量 ,由式 求出電動(dòng)機(jī)對(duì)

15、應(yīng)的運(yùn)行頻率 .。從90byj2502電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線 可以看出,在此頻率下,電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 =0.0299 ,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)書給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度,仿照式 求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率。從圖二中查得,在此頻率下,電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,大于快速空載啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ,滿足要求。3)最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與最快空載移動(dòng)速度對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率為 。查機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4-3可知90byj2502電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)15000hz,可見沒有超出上限。4)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)

16、慣量 ,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率(查表4-3)。則由式 可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率:上式說明,要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起步時(shí)不失步,任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于1213hz。實(shí)際上,在采用軟件升降頻時(shí),起步頻率選的更低,通常只有100hz(即100脈沖/s)。綜上所述,本例中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)選用90byj2502步進(jìn)電動(dòng)機(jī),完全滿足設(shè)計(jì)要求。2.4增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用設(shè)計(jì)所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用半閉環(huán)控制,可在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器,用以檢測電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角??芍?/p>

17、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)時(shí),需要控制系統(tǒng)發(fā)出個(gè)步進(jìn)脈沖??紤]到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的a、b相信號(hào),可以送到四倍頻電路進(jìn)行電子細(xì)分,因此,編碼器的分辨率可選120線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖,電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角,編碼器對(duì)應(yīng)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。設(shè)計(jì)中選擇編碼器的型號(hào)為zlk-a-120-05vo-10-h:盤狀空心型,孔徑10mm,與電動(dòng)機(jī)尾部出軸相匹配,電源電壓+5v,每轉(zhuǎn)輸出120個(gè)a/b脈沖,信號(hào)為電壓輸出。第三章 微機(jī)數(shù)控硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求,確定硬件電路的總體方案,繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。1、數(shù)控系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ),機(jī)床硬件電路由以下五

18、部分組成:、主控制器,即中央控制單元cpu;、總線,包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線;、存儲(chǔ)器,包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;、接口,即i/o輸入/輸出接口電路;、外圍設(shè)備,如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。見圖31。2、選擇中央處理單元cpu的類型考慮到系統(tǒng)應(yīng)用場合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求,及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求。因此,在經(jīng)濟(jì)數(shù)控銑床中,推薦使用mcs51系列單片機(jī)作主控制器。3、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)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)器的容量等問題。 在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中

19、還應(yīng)包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)。4 、i/o口即輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì)包括接口芯片的選用,步進(jìn)電機(jī)控制電路,鍵盤顯示電路及其他輔助電路的設(shè)計(jì)。3.1 mcs51系列單片機(jī)簡介3.1.1 mcs51系列指令系統(tǒng)簡介mcs51系列指令系統(tǒng)共有111條基本指令,其中單字節(jié)指令有49條,雙字節(jié)指令有45條,單字節(jié)指令有17條。1、mcs51系列指令系統(tǒng)的七種尋址方式簡介:(1)、立即尋址 跟在操作碼后的一個(gè)字節(jié)就是實(shí)際操作數(shù)。(2)、直接尋址 指令中直接給出參加運(yùn)算或傳送的數(shù)的地址。可以訪問三種地址:特殊功能寄存器sfr、內(nèi)部ram128字節(jié)個(gè)單元、221個(gè)地址空間。 (3)、寄存器尋址 指定某一

20、可尋址的寄存器的內(nèi)容為操作數(shù)。尋址空間是r0r7、a、b、dptr。(4)、寄存器間接尋址 由指令指定某一寄存器的內(nèi)容作為操作數(shù)地址,選定r0、r1、sp、dptr(16位)來存放地址,使用時(shí)前加。(5)、變址尋址 由爭論指定的偏移量寄存器或稱變址寄存器和基址寄存器dptr或pc相加所得結(jié)果作為操作數(shù)地址。(6)、相對(duì)尋址 在指令中給定的地址偏移量與本指令所在單元地址(即pc內(nèi)容)相加,即得到真正有效的單元地址。(7)、位尋址 對(duì)內(nèi)部ram的128位和sfr塊內(nèi)的93位進(jìn)行位操作。2、mcs51系列指令系統(tǒng)主要指令簡介:mcs51系列指令系統(tǒng)111條指令可分為五類:(1)、數(shù)據(jù)傳送類 29條

21、(2)、算術(shù)操作類 24條(3)、邏輯操作類 24條 (4)、控制程序轉(zhuǎn)移類 17條(5)、布爾變量操作類 17條3.1.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器mcs51系列單片機(jī)提供兩個(gè)十六位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,即t0和t1。他們具有兩種工作方式和四種模式。其工作原理如圖3-2所示。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的核心是加一計(jì)數(shù)器,加一計(jì)數(shù)器脈沖有兩個(gè)來源,一個(gè)是外部脈沖源,另一個(gè)是系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器。有兩個(gè)模擬開關(guān),前一個(gè)開關(guān)就是特殊寄存器tmod的相應(yīng)位,后一個(gè)模擬開關(guān)就是特殊寄存器tcon的相應(yīng)位。tmod和tcon是專門用于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器。用戶可以用圖3-2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖指令對(duì)其各位進(jìn)行寫入或

22、更改操作,從而選擇不同的工作狀態(tài)或啟動(dòng)時(shí)間,并可設(shè)置相應(yīng)的控制條件。這兩個(gè)控制寄存器各位的功能:1、tmod控制寄存器gate門控位或叫選通位。c/t計(jì)數(shù)器方式或定時(shí)器方式的選擇位。m1和m0工作模式控制位。00 模式0:tlx中的低5位和thx的高8位構(gòu)成13位計(jì)數(shù)器。01 模式1:tlx與thx構(gòu)成16位計(jì)數(shù)器。10 模式2:可自動(dòng)再裝入的8位計(jì)數(shù)器。11 模式3:把定時(shí)器0分成兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器,關(guān)閉定時(shí)器1。2、tcon控制寄存器tf0、tf1定時(shí)器t0、t1溢出標(biāo)志位,為1時(shí)申請(qǐng)中斷。tr0、tr1定時(shí)器t0、t1運(yùn)行控制位,有軟件設(shè)定,來控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器開啟或關(guān)閉。ie0、ie1外部

23、中斷源的標(biāo)志,為1時(shí)表示外部中斷源向cpu申請(qǐng)中斷。it0、it1外部中斷源觸發(fā)控制位。3.1.3 中斷系統(tǒng)mcs51系列單片機(jī)提供五個(gè)中斷源,配備兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),int0、int1輸入外部中斷請(qǐng)求,兩個(gè)片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0和t1溢出中斷請(qǐng)求tf0和tf1,一個(gè)片內(nèi)串行口中斷請(qǐng)求ti和ri。各中斷源所對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址和優(yōu)先級(jí)如下:中斷源 人口地址 優(yōu)先級(jí)int0 0003h 0t0 000bh 1int1 0013h 2t1 001bh 3串行口中斷 0023h 43.2 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)3.2.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展1、常用的rom芯片及引腳:(1)常用的半導(dǎo)體rom芯片有:2

24、716(2k*8)、2732a(4k*8)、2764、(8k*8)、27128(16k*8)、27256(32k*8)、27512(64k*8)。2764、27128、27256、27512芯片均有28腳雙列直插式平封裝芯片。引腳向下兼容。圖3-3是2764引腳排列。(2)地址鎖存器常用的地址鎖存器芯片是74ls373。74ls373是帶三態(tài)緩沖輸出的8d觸發(fā)器。其真值表見表3-1圖3-3 2764引腳排列表3-1 真值表74ls373egdqlhhhlhllllxq03.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及引腳常用的靜態(tài)ram芯片有6116(2k*8)、6264(8k*8)、62256(

25、32k*8)等,6264、62256均采用cmos工藝、28腳雙列直插式平封裝。6264引腳及邏輯符號(hào)見圖3-4。圖3-4 6264引腳圖3.2.3 譯碼電路設(shè)計(jì)1、mcs51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的地址譯碼規(guī)則(1)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址。程序存儲(chǔ)器地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址可以重疊使用。都是從0000hffffh。(2)外圍i/o芯片與擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址外圍i/o芯片占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元,且使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀/寫控制信號(hào)與讀/寫指令。(3)cpu在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)地址編碼cpu的p2口提供高8位地址,p0口經(jīng)外部地址鎖存器后提供低8位地址。2、地址譯碼方法(1)線選法利用單片機(jī)地址總

26、線高位中的一根線作為選擇某一片存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。此法用于規(guī)模較小的系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是不需要地址譯碼器,可節(jié)省硬件,降低成本。缺點(diǎn)是可尋址的芯片數(shù)目受到很大的限制,且地址空間不連續(xù),不能充分利用。(2)全地址譯碼法對(duì)容量較大的系統(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),就需要用這種全地址譯碼法。常采用的譯碼器是74ls138。圖3-5是其引腳圖。表13是其邏輯功能表。圖18是全地址譯碼圖。表3-2是其地址譯碼表。表3-2 74ls138邏輯功能表g1 g2a g2bc b ay7 y6 y5 y4 y3 y2 y1 y01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01

27、0 01 0 01 0 0其 他 狀 態(tài)0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1x x x1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1圖3-5 74ls138引腳圖表3-3 74ls138地址譯碼表器 件地 址 選 擇 線片內(nèi)地址單元(字節(jié))地 址 編 碼2764000x xxxx xxxx xxxx8k0000h1fffh6264

28、001x xxxx xxxx xxxx8k2000h3fffh8155ram0101 1110 xxxx xxxx2565e00h5effhi/o0101 1111 1111 1xxx65ff8h5fffh82550111 1111 1111 11xx46ffch6fffh圖3-6 數(shù)控銑床全地址譯碼圖87c513.3 i/o接口電路及輔助電路設(shè)計(jì)常用外圍接口芯片有:8155:可編程的ram/io擴(kuò)展接口電路(256個(gè)ram、兩個(gè)8位口、一個(gè)6位口、一個(gè)14位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器)8255:可編程的通用并行接口電路(3個(gè)8位口)8279:可編程的鍵盤、顯示接口電路3.3.1 8155 通用可編程接

29、口芯片1、8155引腳及其功能8155 的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見圖3-7。8155 具有40條引腳,采用雙列直插式風(fēng)裝,各引腳功能見表3-4。 表3-4 8155引腳功能引腳含義引腳含義引腳含義ad0ad7pa0pa7pb0pb7pc0pc5timer in地址、數(shù)據(jù)線a口b口c口定時(shí)輸入timer outio/malerdwr定時(shí)輸出io/ram口選擇地址鎖存讀寫ceresetvssvcc片選復(fù)位地電源待添加的隱藏文字內(nèi)容1圖3-7 可編程的ram/io擴(kuò)展接口電路定義a口輸入/輸出方式定義b口輸入/輸出方式00:alt1 01:alt2 10:alt3 11alt400:空操作01:停止定時(shí)

30、器操作10:定時(shí)器減為一時(shí)停止計(jì)數(shù)11:置定時(shí)器方式后,開始計(jì)數(shù)0:禁止a口中斷1:允許a口中斷0:禁止b口中斷1:允許b口中斷圖3-8命令寄存器格式及工作方式2、8155 的工作方式設(shè)定8155 命令寄存器格式及工作方式見圖3-83、8155 初始化程序格式如下:mov dptr , 控制口地址mov a , 命令字movx dptr ,amov dptr , 計(jì)數(shù)初值入口地址mov a, 計(jì)數(shù)初值 inc dptr mov a , 計(jì)數(shù)初值高位movx dptr ,a 3.3.2 8255 通用可編程接口芯片1、8255 引腳及其功能 8255 引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3-9,其引腳功能見3-5

31、:2、8255 工作方式的設(shè)定 8255 有三種工作方式:方式0、方式1、方式2。方式0基本的輸入輸出方式方式1應(yīng)答式輸入輸出方式方式2應(yīng)答式雙向輸入輸出方式引 腳含 義d0d7pa0pa7pb0pb7pc0pc7a0、a1rdwrceresetgndvcc數(shù)據(jù)線a口b口c口地址線讀寫片選復(fù)位地電源引 腳含 義d0d7pa0pa7pb0pb7pc0pc7a0、a1rdwrceresetgndvcc數(shù)據(jù)線a口b口c口地址線讀寫片選復(fù)位地電源圖3-9 8255 引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255 io的工作方式選擇通過對(duì)其內(nèi)部命令寄存器設(shè)定方式選擇控制字來實(shí)現(xiàn)。其格式及工作方式見圖3-10。c口置/復(fù)位控制字格式如圖3-11所示。3、8255 初始化程序格式如下:mov al , 控制字;定義工作方式out 控制口地址,alin al , 初值out 輸出口地址,al b組下c口:0輸出 1輸入b口: 0輸出 1輸入模式選擇:0模式0 1模式1 a組上c口:0輸出 1輸入a口: 0輸出 1輸入模式選擇:00模式0 01模式1 x1模式2 控制選擇 1=模式選擇圖3-10 命令寄存器方式

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