小型數(shù)控立式銑床工作臺升降和制動裝置設計.

1、小型數(shù)控立式銑床工作臺升降和制動裝置設計第一章、設計目的與意義專業(yè)綜合設計2課程設計是機械設計制造及其自動化專業(yè)實踐性非常強 的教學環(huán)節(jié)之一，是機械類高年級學生綜合應用基礎課、技術基礎課、專業(yè)課等 知識體系，將機械、驅(qū)動、傳感及計算機控制有機地集成融合在一起，獨立設計 一種具有特定功能的機電裝備。通過本次課程設計，培養(yǎng)學生運用所學機電裝備設計課程的知識，對典 型機電裝備的工作原理、組成要素及核心技術問題的分析能力；培養(yǎng)學生用機電裝備設計的知識及相關知識體系，掌握如何將機械和電 氣驅(qū)動、檢測技術和計算機控制融合在一起， 如何構成一種性能優(yōu)良、工作可靠 及結構簡單的機電裝備的一般設計方法和規(guī)律，提

2、高設計能力；通過設計實踐，熟悉設計過程，學會正確使用資料、正確使用圖書特別是電 子圖書資源、網(wǎng)絡資源，查閱技術文獻、設計計算、分析設計結果及繪制機械、 電氣圖樣，在機電一體化技術的運用上得到訓練；通過課程設計的全過程，為學生提供一個較為充分的設計空間， 使其在鞏固 所學知識的同時，強化創(chuàng)新意識，在設計實踐中深刻領悟機電裝備設計的內(nèi)涵。 第二章、設計要求2.1技術參數(shù)（1）工作臺升降行程：320mm；（2）工作臺尺寸：長 寬=600mm 320mm；（3）工作臺總重：1000N；（4）最高運行速度：步進電動機運行方式：空載：0.5 m/min ;切削：0.1 m/min ； 交流伺服電機運行方式

3、：空載：8 m/min ;切削：2 m/min ；（5）系統(tǒng)分辨率：開環(huán)模式 0.01 mm/step ;半閉環(huán)模式0.005 mm/step ；（6）系統(tǒng)定位精度：開環(huán)模式 二0.10 mm ;半閉環(huán)模式二0.01mm ；（7）切削負載：X 向 800N； 丫 向 1000N； Z 向 1500N；2.2設計要求（1）實現(xiàn)垂直平穩(wěn)升降，具有快速升降功能；（2）用步進電機或交流伺服電機作驅(qū)動元件；（3）工作時離合器脫開，主軸不工作時，離合器鎖死，主軸箱停在任意位 置；（4）具有行程越位報警功能；（5）采用滾動導軌塊作支承；(6) 具有斷電鎖緊功能。第三章、設計內(nèi)容3.1機械傳動部件的計算與選型

4、3.1.1導軌上移動部件的重量估算工作臺總重：G=1000N3.1.2銑削力Fx 二 800 N Fy = 1000 N F 1500 N3.1.3滾珠絲杠螺母副的計算與選型(1) 最大工作載荷Fm的計算作用在滾珠絲杠上的力包括滾珠絲杠螺母副的進給力、移動部件的重力，以 及作用在導軌上的切削分力所產(chǎn)生的摩擦力。根據(jù)設計中所選用的導軌為加有導 軌塊的滾動導軌采用綜合導軌的計算公式。查 1 中表3-29得到計算公式：Fm = JFy - K(Fz G)式中：FzZ向切削分力(N)，F(xiàn)z =1500N ；Fy 丫向切削力(N), Fy二 N ；G移動工作臺總重(N) G =1000N ；一一導軌的摩

5、擦系數(shù)，查1 中表3-29，取二-0.005 ；K 顛覆力矩影響系數(shù)，查1中表3-29,取K =1.15 ；代入公式計算得：Fm = 0.005 1000 1.15 (15001000)=2755N(2) 最大動載荷Fq的計算選用滾珠絲杠副的直徑d0時，必須保證在一定軸向載荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值即稱為該 滾珠絲杠能承受的最大動負載Fq，計算公式如下：式中Lo滾珠絲杠螺母副的壽命，單位為106rL0 =60 nT/106其中：T 使用壽命，普通機床取 T = 5000 10000h，數(shù)控機床及一般機電裝備取T=15000h，則T=150

6、00hvn絲杠每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，n ；初選絲杠導程Ph = 5 m m ；由設計要求可知工作臺在承受最大銑削力的最高運行速度 v = 0.1m/min （采用步進電動機運行方式；則 n= 0.1 =20 r/mi n 0.00560 20 15000106=18 10 r47fw載荷系數(shù)，查表3-30，運轉(zhuǎn)狀態(tài)為中等沖擊時，取fw =1.2 ；硬度系數(shù)，58HRC時，取fH =1.11 ；滾珠絲杠螺母副的最大工作載荷，F(xiàn)m = 2755N代入公式計算得：Fq = 3 18 1.2 1.11 230328664.17 N（3）滾珠絲杠螺母副的選型根據(jù)計算出的最大動載荷和初選的絲杠導程，查1中表3-31

7、,應使?jié)L珠絲杠副的額定動載荷：Ca _ Fq =8664.17N額定靜載荷：Ca 一（2 3）Fm = 5510N 8265N則選擇濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 G系列2505-3型滾珠絲杠副， 為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱直徑為 25mm，導程為5mm，循環(huán)滾珠 為3圈1列，精度等級按1中表3-25取5級，額定動載荷為9309N Fq，滿 足要求。（4）傳動效率的計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率 ：t a n C )式中 絲杠螺旋升角，二 arctanPh /Cd。) = arctan5/(二 25) = 3.64 ；摩擦角，滾珠絲杠的滾動摩擦系數(shù)f = 0.003 0.005，其摩

8、擦角約等于10。代入公式計算得：耳=tan 3.64=95.6%tan (3.6410/60)絲杠支(5) 軸承的選擇 根據(jù)所選滾珠絲杠螺母副的直徑及設計要求選擇能夠承受軸向載荷, 承的軸承型號選為7303AC的角接觸球軸承，其外形圖如下：B其技術參數(shù)如下表:軸承型號基本尺寸極限轉(zhuǎn)數(shù)額定負荷參考重量dDB脂油動靜7303AC174714260003500013.807.300.21(6)剛度的驗算滾珠絲杠在工作時會發(fā)熱，為了補償熱膨脹，須將絲杠預拉伸。則上下兩層 滾珠絲杠副的支承均采用“單推一單推”的方式，絲杠兩端各采用一對推力角接 觸球軸承，面對面組配。工作臺升降行程為lv = 320mm，

9、根據(jù)所選滾珠絲杠螺母副導程查2中表3-21查的導程余量為J二20mm，所選軸承的寬度B =14mm。支撐跨度a = lv 2le 2B 二 320 40 28mm = 388mm，可取 a 二 500mm，絲杠的全長L 二 550mm。絲杠的拉伸或壓縮變形rMa22 二IEr在總變形量中占的比重較大，可按下式計算:_ Fma1 二ES由于轉(zhuǎn)矩M 般較小，式中第二項可忽略ES式中Fm絲杠的最大工作載荷，F(xiàn)m =2755N ；a絲杠兩端支撐間的距離，a = 500mm ；E 絲杠材料的彈性模量，鋼的彈性模量 E=2.1 105MPa ；S 絲杠按底徑d2確定的截面積，d2 = 21.2mm ，S

10、-/ 4 二 352.99mm2其中，“ +”號用于拉伸，“一”號用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩一般較小，式中第2項可以忽略。代入公式計算得卄27555000186mm2.1 105 352.99滾珠與螺紋滾道之間的接觸變形量學因進行了預緊，故由下式計算、2 = 0.0013式中：Fm工作負荷，即進給牽引力（N）Fyj 預緊力（N）;取 Fyj = Fm3 =918.3NDw滾珠直徑 mm ;取 Dw =3.175mmZ；滾珠數(shù)量，Z.=Z X圈數(shù)X列數(shù)；Z =22 3 1 = 66Z 圈的滾珠數(shù)，ZnA （外循環(huán)），z=-血-3 （內(nèi)循環(huán)）；選DwDw內(nèi)循環(huán)得Z二3.14 25 - 21.72，取整為2

11、23.175d0滾珠絲杠公稱直徑 mm ； d0 = 25mm2755代入公式計算得 =0.0013匯10 管.175皿3%=0.0033mm由于預緊力為達軸向工作載荷的1/3, 2減小一半，即、：2 =0.00165mm剛度校驗絲杠的總變形量二“ 2 = 0.02mm = 20m，查1中表3-27可估計絲杠的有效行程315mm400mm,則在標準公差等級為 5級時，滾珠絲杠副允許的偏 差為25m。由于：二20 E： 25m，則絲杠剛度足夠。(7) 壓桿穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠屬于受軸向力的細長桿，如果軸向負載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時的臨界載荷Fk滿足：FEl 譽k2Ka式中：Fk 臨界載

12、荷(N)k絲杠支承系數(shù)，由1中表3-34取fk=1K 壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為2.54,垂直安裝時取K=2.5 a滾珠絲杠兩端支承間距離，a =500 mm44截面慣性矩，“年廠先嚴=9915.47曲E 絲杠材料的彈性模量，鋼的彈性模量E=2.1 105MPa ；2522.5 500代入公式計算得Fk二 亠亠衛(wèi)嚴凹=3 2 8 76N由于Fk -Fm = 2755N，則滿足校核。3.1.4直線滾動導軌副的計算與選型(1) 滑塊承受工作載荷Fmax的計算和導軌型號的選取采用雙導軌、四滑塊的支承形式，滑塊受力圖如下：則滑塊受力為:R巳二L2二W L2 Lo式中： W外加載荷（N） , W= Fz

13、 G =1500 1000 = 2500NL0如圖距離，約為100mmL2如圖距離，約為 200mmL3 如圖距離，約為 300mmPP4垂直于運動平面的支反力RtP2t平行于運動平面且垂直于導軌的支反力代入公式計算得:2500200R P42500 N2 100Pt p2500 迴750N2 100則Fmax = RtP4T = 3750N =3.75KN，查1中表3-41，根據(jù)滑塊承受工作載荷Fmax，初選直線滾動導軌副的型號為 KL系列的JSA LG15型，其額定動載荷 Ca = 7.94KN，額定靜載荷 Coa = 9.5KN由工作臺尺寸600mm 320mm,工作臺升降行程為 320

14、mm,考慮工作臺升 降應留有余量，查1中表3-35,按標準系列JSA LG15型導軌，選取導軌長度 為 460mm。（2）距離額定壽命L的計算上述選取的KL系列的JSA LG15型導軌副的滾道硬度為60HRC，工作溫 度不超過100C，每根導軌上配有兩只滑塊，精度為 4級，工作速度較低，載 荷不大。則距離額定壽命L的計算公式為：fH fT fC fRCa L=Cx 50f W FmaxJ式中：L距離額定壽命（Km）代入公式計算得Ca 額定動載荷（KN）fH-硬度系數(shù)，由表3-36 取 fH =1.0fT溫度系數(shù)，由表3-37 取 fT =1.00fC-接觸系數(shù)，由表338 取 fC =0.81

15、fR精度系數(shù)，由表3-39 取 fR=0.9fW-載荷系數(shù)，由表3-40 取 fW=1.5Fmax滑塊上工作載荷（KN）匹型込PS4匚501.5X.25丿=1470.99Km由于常見球?qū)к壍木嚯x期望壽命為 50Km，則L遠遠大于導軌的預期壽命, 所以初選的型號滿足設計要求。3.1.5步進電動機減速箱的選用與大齒輪軸承的選型（1）步進電動機減速箱的選用步進電動機的減速箱的作用是降速，并且使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在 傳動系統(tǒng)中所占比重減小，以保證傳動精度。本設計采用一級減速，步進電動機 的輸出抽與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設計成雙片 結構，采用彈簧錯齒法消除間隙。已知工

16、作臺的脈沖當量5 =0.005mm，滾珠絲杠的導程為5mm，初選步進電動機的步距角-=0.75o。則減速比i= Ph0.75525，因此米用常州市360$3600.00512新月電機有限公司生產(chǎn)的JBF 3型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為75: 36,材料為45調(diào)制鋼，齒表面淬硬后達 55HRC。減速箱中心距a仁 （75+36）/ 2=55.5mm,小齒輪厚度為20mm,雙片大齒輪厚度均為 10mm。（2）大齒輪軸承的選型根據(jù)所選齒輪軸兩端的直徑分別為 15mm和20mm，從設計要求選擇能夠承 受軸向載荷的型號，因此大齒輪軸承型號可分別選為北京環(huán)球光洋軸承有限責任 公司的7302

17、C和7304C型的角接觸球軸承，其技術參數(shù)如下：型號斟尺寸DynamicStaticrpmiIICrCorGreaseOil砌7300C1035119.34.613,00026, ODO0.053T301C123T1211.85.61L ooo24,0000.067302C15421313.26.TI 15,00021,0100.0847303CIT4T1415. Te.z13,00019,0000J6T304C20521518.49.812,00017,0000, is!7305C2562IT2T.815.9気50014,000C.233.1.6步進電動機的計算與選型（1）計算加在步進電動機

18、軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq已知滾珠絲杠的公稱直徑為25mm，總長550mm，導程5mm，材料密度P=7.850;移動部件的重力為1000N;小齒輪寬度d =20mm，直徑 d36mm ;大齒輪寬度b? =20mm，直徑d75mm;傳動比i=25/12。得到滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量為:JsL- 丫Jl2丿23.14 55 7.85 10”2=1.655kg.cm初選永磁感應式步進電動機90BYG2602型號，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm = 4kg.cm2小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量:J z13.14 2 7.85 103.6 丫I2丿2二 0.259kg.cm大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量:J z13.14 2 7.85 104仃.5)

19、II 2 I24.877kg.cm22 2則一對齒輪傳動時，傳動系統(tǒng)的折算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量:彳-Teq2因此滿足要求。 最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核此時電動機對應的運行頻率：1Vmaxmax605式中： Vma 最快工作進給速度，Vmax =500mm/min代入公式計算得：1爲5001666.67 Hz60 2005由表4-7可查得對應的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax =5.2N.m，由于Tmax =5.2N.mTeqi因此滿足要求。 最快空載移動時電動機運行頻率校核與 Vmax =500mm/min 對應的 fmax = 1666.67Hz，查表 4-5 可知 90BYG2602 電 動機的

20、空載運行頻率可達20000Hz，可見沒有超出上限。 起動頻率計算步進電動機克服慣性負載的起動頻率：f|_ =式中：fq 電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的空載起動頻率，查表4-5得fq=1800Hz代入公式計算得:1800-1143.58Hz上式說明，要想保證步進電動機起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小與 1143.58Hz。在采用軟件升降頻時，起動頻率選的更低，通常只有100Hz。綜上所述，本例中工作臺的進給傳動選用90BYG2602步進電動機，完全滿足設計要求。317聯(lián)軸器的選用滾珠絲杠的軸頭與大齒輪用聯(lián)軸器聯(lián)接，由于傳遞的轉(zhuǎn)矩小，因此選用小型的聯(lián)軸器。根據(jù)滾珠絲杠的公稱軸徑 d0 =25m

21、m和步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩Teq=0.4427N.m，由技術參數(shù)表（如下）R(N.m)It as(N.m)IK“pm)力JJ(Kg叭(N.m/rad)8何(mm)APIKSC)(mmjII(g)LK2妙031X10000J6.6X10 no0.11.50J512LK2-10G-1.22.4100002.6X1061700Jts：0J526LKMianriTi1.63.23000取gx/2600.11.501542L仏佃04,28.48000J1.9X103300151.50.1576LKlQO-9.01B06000B.9X10560015151015129ILK2-075-1.02X1

22、00002JX1062300.11J+0d5可選用廣州菱科自動化設備有限公司 LK2 1501414型號小型撓性聯(lián)軸器。 其外形及技術參數(shù)如下：ft型號小 0d2tt fi0DLL1M擰緊力燮 (N m)LK2075-SLK2-V7I*3456 6.3519 T1912.55M3Q.7LKT啊SLK2400-5 6 6.358 tO25/25.43,55M41.7LKS-111-SLK241?*6610 12728.62&63.60M5t7LK2ZOft-12 127 1450.B50.85.25M6SLK22OD15 16 Ifl 194.03.1.8增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的選用本設計所選步進電動

23、機采用半閉環(huán)控制，可在電動機的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量 式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測電動機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨力應與 步進電動機的步距角相匹配。由步進電動機的步距角0.75，可知電動機轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)時，需要控制系統(tǒng)發(fā)出360=480個步進脈沖?？紤]到增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的A、B信號，可以送到四倍頻電路進行電子四細分，因此，編碼器的分 辨力可選120線。這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖， 電動機轉(zhuǎn)過一個步距角，編 碼器對應輸出一個脈沖信號。本設計選擇編碼器的型號為 ZLK A 120 05V010 H :盤狀空心型， 孔徑10mm,與電動機尾部出軸相匹配，電源電壓 +5V，每轉(zhuǎn)輸出120個A/B脈 沖

24、，信號為電壓輸出，生產(chǎn)廠家為長春光機數(shù)顯技術有限公司。3.1.9制動裝置設計由于滾珠絲杠副無自鎖作用，特別對垂直安裝的滾珠絲杠副，必須安裝制動 裝置。根據(jù)齒輪軸的尺寸和載荷選用 DZJ-10單片電磁制動器，其安裝尺寸如下：血-06Ml80“3S55329s唧2119$055.54B押2aie1MSiib y105曲SB-10&2811137 M125755$32&-10gHi1其安裝示意圖如下:/jfJII11iJF圖中：1-電機端蓋 2-空心螺栓裝置 3-制動盤 4-銜鐵 5-手動釋放裝置6-齒輪套7-磁軛組件8-安裝螺釘3.2微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計微機數(shù)控系統(tǒng)由CPU存儲器擴展電路，I/

25、O接口電路，驅(qū)動電機驅(qū)動電路， 檢測電路等幾部分組成。微機是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其他裝置都是在微機的指揮進行工作的。系統(tǒng)的功 能和系統(tǒng)中所用的微機直接相關。數(shù)控系統(tǒng)對微機的要求是多方面的，但主要指 標是字長和速度。字長不僅影響系統(tǒng)的最大加工尺寸，而且影響加工的精度和運 算精度。字長較長的計算機，價格顯著上升，而字長較短的計算機，要進行雙字 長和三字長的運算，就會影響速度，根據(jù)機床要求，綜合考慮采用8位微機。由于MCS-51系列單片機具有集成度高，可靠性好，功能強，速度快，抗干擾能力 強，具有很高的性價比特點，決定采用 MCS-51系列的8031單片機擴展系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由微機部分，鍵盤、顯示器、I/

26、O接口及光電隔離電路，步進電機 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鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用LED顯示器。3.2.1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，有了硬件軟 件才能有效的運行。機床硬件電路圖由以下幾部分組成： .主控制器，即CPU .總線，包括數(shù)據(jù)，地址，控制總線 .存儲器ROM RAM .接口，即I/O接口電路 外設，如 鍵盤，顯示器及光電輸入機等。電氣控制系統(tǒng)框圖如下：圖3-1機床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（半閉環(huán)系統(tǒng)）322選擇CPU的類型對于計算精度要求較高、處理速度要求較快的系統(tǒng)，可選用8位機。則Intel 公司的MCS-51系列單

27、片機硬件結構合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，適合經(jīng)濟型數(shù)控機床。3.2.3 MCS-51系列指令系統(tǒng)簡介MC51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）MC51系列指令系統(tǒng)的七種尋址方式簡介 立即尋址 跟在操作碼后的一個字節(jié)就是實際操作數(shù)。 直接尋址 指令中直接給出參加運算或傳送的數(shù)的地址?？梢栽L問三種地址：特殊功能寄存器 SFR內(nèi)部RAM12字節(jié)個單元、221個地址空間。 寄存器尋址 指定某一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 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

28、、DPTR（ 16位）來存放地址，使用時前加 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相加所得結果作為操作數(shù)地址。 相對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 位尋址 對內(nèi)部RAM的128位和SFR塊內(nèi)的93位進行位操作。(2) MC51系列指令系統(tǒng)主要指令簡介MC51系列指令系統(tǒng)111條指令可分為五類： 數(shù)據(jù)傳送類29條 算術操作類24條 邏輯操作類24條 控制程序轉(zhuǎn)移類17條 布爾變量操作類17條3.2.4定時器/計數(shù)器MC51系列單片機提供兩個十六位可編程的定時器 /計數(shù)器，即TO和T1 他們具有兩

29、種工作方式和四種模式。其工作原理如下圖所示。定時器/計數(shù)器的結構框圖定時器/計數(shù)器的核心是加一計數(shù)器，加一計數(shù)器脈沖有兩個來源，一個是 外部脈沖源，另一個是系統(tǒng)的時鐘振蕩器。有兩個模擬開關，前一個開關就是特殊寄存器TMO的相應位，后一個模擬 開關就是特殊寄存器TCON勺相應位。TMO和 TCON1專門用于定時器/計數(shù)器的控制寄存器。用戶可以用指令對 其各位進行寫入或更改操作，從而選擇不同的工作狀態(tài)或啟動時間，并可設置 相應的控制條件。(1) TMO控制寄存器tTE:TMl-引1GATE門控位或叫選通位，用來確定對應的外部中斷請求引腳是否參與 T?；騎i的操作控制。C/T計數(shù)器方式或定時器方式的

30、選擇位。C/T=1時，計數(shù)方式；C/T=0時，定時器方式。M1和M工作模式控制位，4種工作模式。00模式0:TLX中的低5位和THX的高8位構成13位計數(shù)器。 01模式1: TLX與THX構成16位計數(shù)器。10模式2:可自動再裝入的8位計數(shù)器。11模式3:把定時器0分成兩個8位計數(shù)器，關閉定時器1。（2）TCON控制寄存器TT_ TR_ TP J TE - IT_ 匚 17TF0 TF1定時器T0、T1溢出標志位，為1時申請中斷。TR0 TR1定時器T0、T1運行控制位，有軟件設定，來控制定時器/計 數(shù)器開啟或關閉。IE0、IE1 外部中斷源的標志，為1時表示外部中斷源向CPU申請中斷。IT0

31、、IT1 外部中斷源觸發(fā)控制位。3.2.5中斷系統(tǒng)MC 51系列單片機提供五個中斷源，配備兩個中斷優(yōu)先級， INT0、INT1 輸入外部中斷請求，兩個片內(nèi)定時器/計數(shù)器T0和T1溢出中斷請求TF0和TF1, 一個片內(nèi)串行口中斷請求TI和RI。各中斷源所對應的中斷服務程序的入口地址和優(yōu)先級如下：中斷源入口地址優(yōu)先級INT00003H0T0000BH1INT10013H2T1001BH3串行口中斷 0023H43.2.6存儲器擴展電路的設計存儲器擴展電路設計包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展。在選擇程序存儲器芯片時，要考慮CPU與 EPROIW序的匹配，還應考慮最大讀出速度、工作溫度 及存儲器的容量

32、問題。MCS-51系列單片機的特點之一是硬件設計簡單，系統(tǒng)結構緊湊，對簡單的 應用場合MCS-5係列的最小系統(tǒng)用一片8031外擴一片EPRO就能滿足功能的要 求。對于復雜的應用場合，可利用 MCS-51的擴展功能，構成功能強，規(guī)模大的 系統(tǒng)。(1)程序存儲器ROM勺擴展在機電控制系統(tǒng)中，目前用來擴展程序存儲器的主要是EPRO芯片，且MCS-51的程序存儲器的尋址空間為 64KB 8031不帶ROM常用的ROMS片及引腳常用的半導體 ROM芯片有：2716 (2KX 8)、2732A (4KX 8)、2764、(8KX8)、27128( 16KX 8)、27256( 32KX 8)、27512

33、( 64KX 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。如下圖是2764管腳配置: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。其真值表如下:OEGDQLHHHLHLLLLXQ074LS373的引腳如下圖:D7Q71)6Q61)5741 居Q51)4373Q41)3Q31)2Q21)1Q11)0G 0E Q0(2)數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴展常用的靜態(tài) RAM芯片有 6116 (2KX 8)、6264 (8KX 8)、62256 (32KX 8)等，6264、62256均采用CMOSt藝、28腳雙

34、列直插式平封裝。6264引腳及邏輯符號見下圖：327譯碼電路設計(1)MC51系列單片機應用系統(tǒng)中的地址譯碼規(guī)則 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨立編址。程序存儲器地址和數(shù)據(jù)存儲器地址 可以重疊使用。都是從 0000HH FFFFH 外圍I/O芯片與擴展數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，外圍I/O芯片占用數(shù)據(jù)存儲 器地址單元，且使用數(shù)據(jù)存儲器的讀/寫控制信號與讀/寫指令。 CPU在訪問外部存儲器時地址編碼，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 線選法利用單片機地址總線高位中的一根線作為選擇某一片存儲器芯片的片選信 號。此法用于規(guī)模較小的系統(tǒng)。其優(yōu)點是不需要地

35、址譯碼器，可節(jié)省硬件，降 低成本。缺點是可尋址的芯片數(shù)目受到很大的限制，且地址空間不連續(xù)，不能 充分利用。 全地址譯碼法對容量較大的系統(tǒng)，擴展的外圍芯片較多，芯片所需的片選信號多于可利 用的地址線時，就需要用這種全地址譯碼法。常采用的譯碼器是74LS138其引腳圖如下：1- r 1；1-31 -lTT-i.u J71(!GNE0其邏輯功能表如下:G1 G2A G2BC B AY7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y01 0 00 0 01 1 1 1 1 1 1 01 0 00 0 11 1 1 1 1 1 0 11 0 00 1 01 1 1 1 1 0 1 11 0 00 1 11 1

36、 1 1 0 1 1 11 0 01 0 01 1 1 0 1 1 1 11 0 01 0 11 1 0 1 1 1 1 11 0 01 1 01 0 1 1 1 1 1 11 0 01 1 10 1 1 1 1 1 1 1其他狀態(tài)X X X1 1 1 1 1 1 1 1其地址譯碼表如下:器件地址選擇線片內(nèi)地址 單元（字 節(jié)）地址編 碼2764O0OXXXXXXXXXXXXX8K0000H1FFFH6264001XXXXXXXXXXXXX8K2000H3FFFH8155RAM0101XXXX1110XXXX2565E00H5EFFHI/O01011XXX1111111165FF8H5FFFH8

37、255011111XX1111111146FFCH6FFFH其全地址譯碼圖如下： r1-328 I/O接口電路及輔助電路設計常用外圍接口芯片有：8155:可編程的RAM/IO擴展接口電路（256個RAM兩個8位口、一個6位口、一個14位的定時器/計數(shù)器）8255:可編程的通用并行接口電路（3個8位口）8279 :可編程的鍵盤、顯示接口電路（1）8155通用可編程接口芯片 8155引腳及其功能8155的結引腳排列及構框圖如下圖:)A口.e %:)-1 陽心p門忙T-.I36:-R FT37P：j3614 /tie ? DJT:!h14 :irri7：卩1一r-sTl_門口HF-1 F30PI.s

38、 r29卩附Al口色了叩一Jd /P幣二_3Al匕 zL 1陽譏1 7P41品t主53M /產(chǎn)卩二1V_SrC?11二8155具有40條引腳，采用雙列直插式風裝，各引腳功能見下表:引腳含義引腳含義引腳含義AD0AD7PA0PA7PB0PB7 PC0PC5 TIMER IN地址、數(shù)據(jù)線A 口B 口C 口定時輸入TIMER OUT 10/MALERD/WR定時輸出IO/RA M 口選擇地址鎖存 讀寫CE RESET VSS VCC片選 復位 地 電源其命令寄存器格式及工作方式如下: 8155的工作方式設定8155命令寄存器格式及工作方式見下表:引腳含義D0-D7數(shù)據(jù)線PAO-PA7A 口PBO-P

39、B7B 口PCO-PC7C 口A0 A1地址線RD讀WR寫CE片選RESET復位GND地VCC電源8155初始化程序格式MOVDPTR，控制口地址MOVA ，命令字MOVXDPTR AMOVDPTR，計數(shù)初值入口地址MOVA，計數(shù)初值MOVXDPTR AINCDPTRMOVA ，計數(shù)初值咼位MOVXDPTR, A(2) 8255通用可編程接口芯片 8255引腳及內(nèi)部結構見下圖:-4_ ；P酉7in/RFT垃町r|：?：f1 :-LE1 :T尿1V k K 1/?E TT11?J L IJB3 8255工作方式的設定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

40、應答式輸入輸出方式方式2應答式雙向輸入輸出方式8255 I/O的工作方式選擇通過對其內(nèi)部命令寄存器設定方式選擇控制字來 實現(xiàn)。其格式及工作方式見下圖：其C 口置/復位控制字格式如下圖: 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，ALINAL ，初值OUT輸出口地址，AL(3) 鍵盤顯示接口電路 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接口顯示方式。LED顯示器有7個發(fā)光二極管組成，控制不同組合的二極管導通，顯示不同字符。七段顯示器的結構如下圖:b)共陽極c)共陰極 鍵盤接口原理鍵盤工作原理如下圖:1I +lAli 1-3 8255初始化

41、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（4）電機接口及驅(qū)動電路 脈沖分配器脈沖分配器又叫環(huán)型分配器，有硬件環(huán)型分配器和軟件環(huán)型分配器兩種。 光電隔離電路為防止強電干擾，在接口電路與功率放大器之間加上隔離電路。常用的光 電偶合器連線如下圖：圖3-15光電偶合器連線(5) 輔助電路8031的時鐘電路數(shù)控銑床單片機的時鐘電路采用內(nèi)部方式產(chǎn)生，電路圖如下:復位電路單片機的復位都靠外部電路實現(xiàn)。單片機通常采用上電復位和按鍵復位兩 種，下圖為二者組合電路。IIkESET 越界報警電路為防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關。下

42、圖為報警信號的 產(chǎn)生和指示電路。 掉電保護電路 避免在掉電的情況下，RAM中的信息丟失，下圖為其工 作原理。 數(shù)控銑床的控制面板如下圖所示第四章、軟件設計4.1步進電動機的速度控制控制步進電動機的轉(zhuǎn)動需要三個要素：方向、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速。由于步進電動 機的轉(zhuǎn)速正比于控制脈沖的頻率， 所以對步進電動機脈沖頻率的調(diào)節(jié)，實質(zhì)上就 是對步進電動機速度的調(diào)節(jié)。4.1.1步進脈沖的調(diào)頻方法一一軟件延時設延時時間存于（0E）（ODH）,（ OEH為高8位，（ODH為低8位，單位為|S。則源程序清單如下:DELAY: MOV A,0DH JZ DEL6CLR CRRC A JZ DEL6DJNZ 0E0H,$DEL

43、6: MOV A,0EH JZ DEL5DEL4: CALL D252DJNZ 0EH,DEL4DEL5: RETD252: MOV R0,#53HD253: NOPDJNZ R0,D253 RET若需要20003的延時，則給OEH、（ODH）兩個字節(jié)賦值4E20H執(zhí)行程序 有：MOV 0EH,#4EHMOV 0DH,#20HCALL DELAY若要控制步進電動機走100步，每兩步之間延時20000,，則匯編程序如 下：MOV 0FH,#100DCONTI: CALL l_STEPMOV OEH,#4EHMOV ODH,#20HCALL DELAYDJNZ OFH,CONTI4.1.2步進電動

44、機的升降頻實現(xiàn)升降頻的軟件流程圖如下：禪紜愉I離目甌卵課打桁換鍛8fi.魏汕n - ihT-Tk1qLiLLlfifth F-fr4.2步進電動機的脈沖分配環(huán)形分配器是步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)中的一個重要組成部分，通常分為硬件 環(huán)分和軟件環(huán)分。軟件環(huán)分由控制系統(tǒng)用軟件編程來實現(xiàn)。 電動機脈沖分配子程 序框圖如下：y目4.3 8255A接口基本的輸入輸出假設要求8255A的工作在方式0,且PA口作為輸入，PB口與PC口作為輸 出，則工作程序如下：MOVDPTR,#0FF7HMOVA,#10010000BMOVXDPTR,AMOVDPTR,#0FF7CHMOVA,DPTRMOVDPTR, #0FF7CH

45、MOVA,#*HMOVXDPTR,AMOVDPTR,#0FF7CHMOVA, A,#*HMOVX DPTR,A4.4 8155可編程并行接口4.4.1初始化程序設計若A 口定義為基本輸入方式，B 口定義為基本輸出方式，對輸入脈沖進行 16分頻，則8155的I/O初始化程序如下：START: MOV DPTR,#7F04HMOV A,#10HMOVX DPTR,AINC DPTRMOV A,#40HMOVX DPTR,AMOV DPTR,#7F00HMOV A,#0C2HMOVX DPTR,A4.4.2 讀 8155 內(nèi)部 RAM假定現(xiàn)要讀取8155內(nèi)部RAM的F1H單元內(nèi)容，則程序如下：MOV DPTR,#7E20HMOVX A,DPTR443寫8155內(nèi)部RAM欲將立即數(shù)41H寫入8155內(nèi)部RAM的20H