機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)說明書

1、設(shè)計(jì)組號(hào)：1機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)說明書學(xué)校名稱：杭州電子科技大學(xué)設(shè)計(jì)組長(zhǎng)：金婕設(shè)計(jì)隊(duì)員：謝金花謝艷陳磊陳勝指導(dǎo)老師：吳立群 于保華 葉凌云二七年三月、總體方案設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控 X-Y工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)。該工作臺(tái)可用于銃床上坐標(biāo)孔的加工和臘摸、塑 料、鋁合金零件的二維曲線加工，重復(fù)定位精度為土0.01mm，定位精度為0.025mm。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：負(fù)載重量 G=150N ;臺(tái)面尺寸 C x B x H = 145mm x 160mm x 12mm ;底座外 形尺寸 C1 x B1 x H1 = 210mm x 220mm x 140mm ;最大長(zhǎng)度 L=38

2、8mm ;工作臺(tái)加工范圍 X=55mm , Y=50mm ;工作臺(tái)最大快移速度為1m/min。1.2總體方案確定(1) 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)由于工件在移動(dòng)的過程中沒有進(jìn)行切削，故應(yīng)用點(diǎn)位控制系統(tǒng)。定位方式采用增量坐標(biāo)控 制。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)X-Y工作臺(tái)。(2) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)采用了與MCS-51系列兼容的AT89S51單片機(jī)控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是集成度高， 可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，有較高的性價(jià)比。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、LED、I/O接口、光電偶合電路、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵功率放大器電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。LED顯示數(shù)控

3、工作臺(tái)的狀態(tài)。(3) X-Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。為提高傳 動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)載荷不大，因此采用有預(yù)加載荷的雙V形滾珠導(dǎo)軌。采用滾珠導(dǎo)軌可減少兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)?？紤]電機(jī)步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。圖1-1系統(tǒng)總體框圖二、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1、工作臺(tái)外形尺寸及重量估算X向拖板（上拖板）尺寸：長(zhǎng)寬高145 X 160 X 50重量：按重量=體積X材料比重估算145 160 50 10"7.8 10 :

4、- 90 NY向拖板（下拖板）尺寸：14516050重量：約90N。上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量：（220 140 382 155 二 82） 7.8 10，101.1 10>107（N）夾具及工件重量：約 150N。X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量：約287N。2.2、滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定、導(dǎo)軌型式：圓形截面滾珠導(dǎo)軌、導(dǎo)軌長(zhǎng)度 上導(dǎo)軌（X向）取動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度Ib = 100動(dòng)導(dǎo)軌行程丨二55支承導(dǎo)軌長(zhǎng)度L =Ib l155 下導(dǎo)軌（Y向）l =50lB =100L =150選擇導(dǎo)軌的型號(hào)：GTA16、直線滾動(dòng)軸承的選型 上導(dǎo)軌GX =240（N） 下導(dǎo)軌GY =287（N）由于本系統(tǒng)負(fù)載相對(duì)較小，查表

5、后得出LM10UUO型直線滾動(dòng)軸承的額定動(dòng)載荷為370N,大于實(shí)際動(dòng)負(fù)載；但考慮到經(jīng)濟(jì)性等因素最后選擇LM16UUO型直線滾動(dòng)軸承。并采用雙排兩列4個(gè)直線滾動(dòng)軸承來實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。、滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法當(dāng)工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)壓在兩端滾動(dòng)體上的壓力會(huì)發(fā)生變化，受力大的滾動(dòng)體變形大，受力小的滾動(dòng)體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置I時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力相等，工作臺(tái)保持水平；當(dāng)導(dǎo)軌移動(dòng)到位置n或川時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力不相等，變形不一致，使工作臺(tái)傾斜a角，由此造成誤差。此外，滾動(dòng)體支承工作臺(tái)，若工作臺(tái)剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會(huì)使工作臺(tái)下凹(有時(shí)還可能出現(xiàn)波浪形)，影響導(dǎo)軌的精度。2.3、滾珠

6、絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠的負(fù)荷包括銃削力及運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銃削時(shí)的情況計(jì) 算。、最大動(dòng)負(fù)載Q的計(jì)算Q =3丄訂查表得系數(shù)-1,fH - 1，壽命值,60 nTL =610查表得使用壽命時(shí)間T=15000h,初選絲杠螺距t=4mm得絲杠轉(zhuǎn)速n二皿空口= 250(仆叩t4所以LO 250* 15000 = 225106X向絲杠牽引力p -1.414 f當(dāng)Gx(f當(dāng)當(dāng)量摩擦系數(shù))= 1.414 0.01240 =3.39(N)Y向絲杠牽引力Py = 1.414 f當(dāng) Gy= 1.414 0.01287 = 4.06( N)所以最大動(dòng)負(fù)荷X向Qx=?225113.39 = 20.6(

7、 N)Y 向Q3225114.06 =24.7(N)查表，取滾珠絲杠公稱直徑 d0 =10mm ,選用滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為SFK1004，其額定動(dòng)載荷為 390N,足夠用。、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算表2-1滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)名稱符號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果螺紋滾道公稱直徑d°10螺距t4接觸角P453鋼球直徑dq2螺紋滾道法面半徑RR = 0.52dq =1.04偏心距ee=(R-dq/2)sin 0 =0.03螺紋升角Y耐tYarctg- 7.26兀d°螺桿螺桿外徑dd =d° -(0.2 0.25 )dq =9.5螺桿內(nèi)徑dldl =d° +2e-2R

8、 = 7.98螺桿接觸直徑dzdz = d° - dq cos P = 8.59螺母螺母螺紋外徑DD =d° -2e + 2R = 12.02螺母內(nèi)徑(外循環(huán))D1D1 =d°+(0.2 0.255 )dq =10.5見表2-1 otgtg7.26_tg( )飛(7.260.2 ) _ 0.973、傳動(dòng)效率計(jì)算式中：一一摩擦角；一一絲杠螺紋升角。、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載 P引起的導(dǎo)程L0的變化量EFY向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計(jì)算P = 24.7( N)L0 =0.4(cm)E =20.6 106(N/cm2)材料為鋼F = - R2 =3.14 i 也8

9、=0.5 cm2I 2丿24 7 匯 0 5«所以I24601.2 10 (cm)20.6 況 106 匯 0.5絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量丁 L2很小，可以忽略。所以導(dǎo)程總誤差、二丄100 =1.210-6!0 =3m/mL。0.4'丿查表知E級(jí)精度的絲杠允許誤差 15m，故剛度足夠。、穩(wěn)定性驗(yàn)算由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。2.4、步進(jìn)電機(jī)的選用、步進(jìn)電機(jī)的步距角 -b取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量jp = 0.01mm/step，初選步進(jìn)電機(jī)步距角 b =1.5。、步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)效率。設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為 T,負(fù)載力為P,根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所

10、做的功與負(fù)載力 做功有如下關(guān)系式中：一一電機(jī)轉(zhuǎn)角；s 移動(dòng)部件的相應(yīng)位移;若取 -也，則s二，且P = PsG，所以T 嚴(yán)PPs y（N cm）26式中：Ps 移動(dòng)部件負(fù)載（N）; G移動(dòng)部件重量N）; FZ與重量方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（N）;卩一一導(dǎo)軌摩擦系數(shù);日b 步進(jìn)電機(jī)步距角，（rad ）; T電機(jī)軸負(fù)載力矩（N cm）本例中，取=0.03 （淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)）,=0.96 , Ps為絲杠牽引力,Ps二Ph =24.7N。考慮到重力影響，Y向電機(jī)負(fù)載較大，因此取 G二Gy = 287N，所以-36。.。心7 O.。3 287 .33（N、cm）2二 1.5 0.96

11、若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩 T0.3 0.5Tq=4.42 N cmq 0.3對(duì)于工作方式為三相六拍的三相步進(jìn)電機(jī)取安全系數(shù)為0.3，則max0.866= 5.1N cm、步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率max1000Vmax60 p1000 160 0.01= 1667( Hz)查表選用兩個(gè)45BF005- n型步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見表2-2。表2-2步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào)主要技術(shù)數(shù)據(jù)外形尺寸(mm)重量(N)步距角最大 靜轉(zhuǎn)距(NVm J)最咼空載 啟動(dòng)頻率(step/s)相 數(shù)電壓(V)電流(A)外徑長(zhǎng)度軸徑45BF005- n1.519.630003272.545584112.5

12、、確定齒輪傳動(dòng)比因步進(jìn)電機(jī)步距角-1.5 ，滾珠絲杠螺距 t=4mm，要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量 = 0.01mm/ step，在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)比乙 、p 3600.01 360 門 ci 10.6Z2璟1.5 4選乙=17，Z2 =28。2.6、確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸因傳遞的扭距較小，取模數(shù)m=1mm，齒輪有關(guān)尺寸見表 3-3。2.7、步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算表2-3齒輪尺寸Z1728式中：Jd 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（ kg Pm2）; Jo 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg cm2）； J1齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg cm2）； J2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg'em2）；J3滾珠

13、絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg Pm）； M移動(dòng)部件質(zhì)量（kg ）。 對(duì)材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算34J =0.78 10 D L kg cm式中：D一一圓柱零件直徑（cm）; L零件長(zhǎng)度（cm）。所以J1 =0.78 10" 1.74 0.5 =3.26 10” kg cm2J2 =0.78 102 2.84 0.5 =23.9 10” kg cm2J3= 0.78 10" 14 5 =3.9 10 kg cm2電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，則Jd =3.26 10“字23.9 39 ”0.001= 0.4 10-5 kg m225 .I，25 .I，因?yàn)?1 - J4

14、Jm-0蘭0.319 ：1，所以慣性匹配比較符合要求。1.27425 .I，三、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件主要包括CPU、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)、傳感器、人機(jī)交互界面。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意幾點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、響應(yīng)性能好、造價(jià)低、可維護(hù)性、人機(jī) 交互界面可操作性比較好。3.1 CPU 板3.1.1 CPU的選擇隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號(hào)很多， 而目前市場(chǎng)上應(yīng)用 MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)89C51，價(jià)格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機(jī)，MCS-96系列單片機(jī)廣泛

15、應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實(shí)時(shí)處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。但是定 位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性價(jià)比。從要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來看，選用較老的8051單片機(jī)需要拓展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，無疑提高了設(shè)計(jì)價(jià)格，而選用高性能的16位MCS-96又顯得過于浪費(fèi)。生產(chǎn)基于51為內(nèi)核的單片機(jī)的廠家有In tel、ATMEL、Sime ns,其中在CMOS器件生產(chǎn)領(lǐng)域 ATMEL公司的工藝和封 裝技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位。ATMEL公司的AT89系列單片機(jī)內(nèi)含 Flash存儲(chǔ)器，在程序開發(fā)過程中可以十分容易的進(jìn)行程序修改，同時(shí)掉電也不影響信息的保存；它和80C51插座兼容，并且采用靜態(tài)

16、時(shí)鐘方式可以節(jié)省電能。因此硬件CPU選用AT89S51，AT表示ATMEL公司的產(chǎn)品，9表示內(nèi)含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，S表示含有串行下載 Flash存儲(chǔ)器。AT89S51的性能參數(shù)為：Flash存儲(chǔ)器容量為4KB、16位定時(shí)器2個(gè)、中斷源6個(gè)（看門 狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷 0、外部中斷1、定時(shí)器0和定時(shí)器1中斷）、RAM為128B、 14位的計(jì)數(shù)器 WDT、I/O 口共有32個(gè)。3.1.2 CPU接口設(shè)計(jì)CPU接口部分包括傳感器部分、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分、人機(jī)交互界面三部分。示意圖如下所示：圖3-1 CPU外部接口示意圖AT89S51要完成的任務(wù)：（1） 將行程開關(guān)的狀態(tài)讀入CPU，通過中斷進(jìn)行處

17、理，它的優(yōu)先級(jí)別最高。（2）通過程序?qū)崟r(shí)控制電機(jī)和電磁鐵的運(yùn)行。（3） 接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應(yīng)到LED上, 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用。由于AT89S51只有P1 口和P3 口是準(zhǔn)雙向口，但P3 口主要以第二功能為主， 并且在系統(tǒng) 中要用到第二功能的中斷口， 因此要進(jìn)行I/O擴(kuò)展。考慮到電路的簡(jiǎn)便性和可實(shí)現(xiàn)性，實(shí)際中采用內(nèi)部自帶鎖存器的 8155，所以AT89S51的I/O 口線分配如下：（1 ）P1.0-P1.5控制X-Y兩個(gè)方向步進(jìn)電機(jī)的 A、B、C線圈通電，形成A-AB-B-BC-C-CA-A 三相六拍正轉(zhuǎn)模式和A-AC-C-CB-B-BA-A 的反轉(zhuǎn)模式。

18、（2）P1.6 口輸出控制電磁鐵的吸合。（3）P3.2和P3.3兩個(gè)中斷源中INTO優(yōu)先級(jí)最高，它讀入行程開關(guān)的狀態(tài)并觸發(fā)中斷；INT1讀入點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位、圓弧插補(bǔ)開關(guān)的狀態(tài)而觸發(fā)中斷。（4）P0.0-P0.7外部I/O擴(kuò)展的數(shù)據(jù)讀取。（5）P2.7 和 P2.6 決定 8155 的 PA、PB、PC 口的地址。圖3-2AT89S51控制系統(tǒng)圖PB 口接LED反映當(dāng)前運(yùn)行的 8個(gè)狀態(tài)：X+禁止、X-禁止、Y+禁止、Y-禁止、手動(dòng) X+ 運(yùn)行、手動(dòng)X-運(yùn)行、手動(dòng) Y+運(yùn)行、手動(dòng) Y-運(yùn)行。PA 口低四位反映觸發(fā)中斷 1的4個(gè)行程開關(guān)的狀態(tài)。PC 口低6位反映了觸發(fā)中斷 2的手動(dòng)X+運(yùn)行、手動(dòng)X-運(yùn)行

19、、手動(dòng)Y+運(yùn)行、手動(dòng)Y-運(yùn) 行、復(fù)位（RST）、圓弧插補(bǔ)6個(gè)開關(guān)的狀態(tài)。中斷原d與* 非 仃.INTtHNTW中諒源汕 :PA PC 屮圖3-3多中斷源中斷融發(fā)圖d3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)須滿足快速急停、定位和退刀時(shí) 能快速運(yùn)行、工作時(shí)能帶動(dòng)工作臺(tái)并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度運(yùn)行。在定位 和退刀時(shí)電磁鐵吸合使繪筆抬起，繪圖時(shí)能及時(shí)釋放磁力使筆尖壓下。3.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理步進(jìn)電機(jī)的速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設(shè)計(jì)時(shí)的脈沖當(dāng)量為0.01mm，步進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺(tái)直線行進(jìn)0.01mm。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中

20、采用了光電偶合器，它具有較強(qiáng)的抗干擾性，而且具有保護(hù)CPU的作用，當(dāng)功放電路出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)將大的電壓加在CPU上使其燒壞。該電路中的功放電路是一個(gè)單電壓功率放大電路，當(dāng)A相得電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管 D起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲(chǔ)存在繞組中的能量通過 二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。與繞組W串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動(dòng)機(jī)發(fā)熱厲害被燒壞。由于步進(jìn)電機(jī)采用的是三相六拍的工作方式（三個(gè)線圈A、B、C），其正轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈-AB-B-BC-C-CA-A ，其反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈-AC-C-CB-B-BA-A圖3-6電磁鐵驅(qū)

21、動(dòng)電路r J»1505基準(zhǔn)，通過芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換得到所需的12V和5V電壓。步進(jìn)時(shí)鐘 jLrLrLmmmmrLTLruuLA相波形B相波形C相波形圖3-5三相六拍工作方式時(shí)相電壓波形（正轉(zhuǎn)）322電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路該驅(qū)動(dòng)電路也采用了光電偶 合器，但其功放電路相對(duì)簡(jiǎn)單。 其 光電偶合部分采用的是達(dá)林頓管， 因?yàn)轵?qū)動(dòng)電磁鐵的電流比較大。3.2.3電源設(shè)計(jì)兩電機(jī)同時(shí)工作再加上控制系統(tǒng)用電，所需電源容量比較大，需要選擇大容量電源。此系統(tǒng)中 用到的電源電壓為 27V、12V、5V，為了便于管理和電源容量需求，就采用了標(biāo)準(zhǔn)的27V電源作為圖3-7電源轉(zhuǎn)換電路圖電路中在轉(zhuǎn)換芯片的前后有兩個(gè)電容，前面電

22、容起防止自激作用，后面電容起濾波作用。 此外,在具體應(yīng)用的過程中，LM7805必須加上散熱片。3.3 傳感器和人機(jī)界面由于步進(jìn)電機(jī)不需要反饋電路，但是要注意工作臺(tái)不能超過最大行程。因此，必須在X、Y軸的方向各加上兩個(gè)行程開關(guān)。這里行程開關(guān)作用有兩個(gè)：（1）防止工作臺(tái)超過最大行程，使電機(jī)損壞（2）可以用與定位。所以這 4個(gè)行程開關(guān)就充當(dāng)了傳感器。人機(jī)界面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則就是要有良好的人機(jī)交互能力，一般要求操作簡(jiǎn)便，界面簡(jiǎn)潔明了。 此系統(tǒng)中共有9個(gè)LED，LED1燈亮表示X軸負(fù)方向禁止通行，LED2燈亮表示X軸正方向禁 止通行，LED3燈亮表示 Y軸負(fù)方向禁止通行，LED4燈亮表示 Y軸正方向禁止通行，

23、LED5 燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向 X軸負(fù)方向通行，LED6燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向X軸正方向通行，LED7燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向 Y軸負(fù)方向通行，LED8燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向 Y軸正方向 通行，LED9亮表示系統(tǒng)通電運(yùn)行。界面上的7個(gè)按扭意義為：按扭1是通斷電開關(guān)，按扭2是向X軸負(fù)方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭3是向X軸正方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)， 按扭4是向Y軸負(fù)方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭5是向Y軸正方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭6是復(fù)位開關(guān)，按扭 7是執(zhí)行繪制圓弧開關(guān)。 LEDS LED9 LED6蕙開關(guān) LED7 LED1X-禁止 LFD2X-禁止 LED3Y-禁止 LED4丁 +禁止復(fù)位繪制圓孤圖3-8人

24、機(jī)界面圖3.4 本章小節(jié)本章著重介紹了數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。CPU板介紹了 CPU的選擇及其外圍的接口設(shè)計(jì)和控制流程；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹了步進(jìn)電機(jī)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；此外還敘述了人機(jī)界面 各個(gè)按扭和LED的意義。四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 總體方案對(duì)于AT89S51的程序設(shè)計(jì)，由于所需實(shí)現(xiàn)的功能較簡(jiǎn)單，采用匯編的形式。編譯器采用Keil 7.02b 。該編譯器是51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的常用工具，既可用匯編，也支持C語(yǔ)言編譯。同時(shí)具有完善的調(diào)試功能。4.2 主流程圖CTLEQU3FF8HPAEQU3FF9HPBEQU3FFAHPCEQU3FFBHCMDEQU02HORG0000HAJMPM

25、AINORG0003HAJMPINT0IS;外部中斷0入口ORG000BHAJMPTM0IS;定時(shí)器0中斷入口ORG0013HAJMPINT1IS;外部中斷1入口ORG001BHAJMPTM1IS;定時(shí)器1中斷入口ORG0100HMAIN : ANL P1, 0EFH圖4-1SETB IT0;外中斷負(fù)跳沿觸發(fā)SETB IT1MOV A，CTLMOV DPTR，AMOVX DPTR，CMD；A 口輸入，B 口輸出，C 口輸入SETB EX0 ;允許外中斷 0SETB EX1 ;允許外中斷 1SETB PX0SETB PX1 ;設(shè)置優(yōu)先級(jí)SETB EA ;開總中斷LOOP: AJMP LOOP ;

26、等待中斷在等待中斷的過程中，如果有中斷到來，先檢查中斷0的狀態(tài)，是中斷 0則進(jìn)入中斷0的中斷服務(wù)INT0IS，是中斷1則進(jìn)入中斷1的中斷服務(wù)INT1IS 。PA 口內(nèi)容，然后將結(jié)果反中斷服務(wù)0是由4個(gè)行程開關(guān)觸發(fā)的， 它觸發(fā)后通過單片機(jī)讀取 饋到PB 口的LED上。中斷服務(wù)1有6個(gè)中斷源，這六個(gè)中斷源分別是手動(dòng)X正方向運(yùn)行，手動(dòng) X負(fù)方向運(yùn)行,手動(dòng)Y正方向運(yùn)行，手動(dòng) Y負(fù)方向運(yùn)行，復(fù)位和繪制圓弧。4.3 INTO中斷服務(wù)流程圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)讀P赴內(nèi)容P丸口內(nèi)容陰型PBD和PAO為11P1.2-PLO 為 111A2WPA3 為NP13-PL5?jlll申斷返回圖4-2INTOIS : PUSHACC

27、PUSHDPTLPUSHDPTHPUSHPSWMOVA，PAMOVDPTR， AMOVXA，DPTR;讀PA 口內(nèi)容MOVR2，AMOVA，PBMOVDPTR,AMOVDPTR,R2MOVA，R2CPLA；A取反ANLA， #03H;屏蔽高6位JZA，TM2CSETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2TM2C : MOVA，R2CPLAANLA，#0CHJZA，RETINSETBP1.3SETBP1.4SETBP1.5RETIN : POPPSWPOPDPTHPOPDPTLPOPACCRETI4.4 INT1中斷服務(wù)流程圖關(guān)外部中斷】保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PL島=0.乏PC口內(nèi)容PC口低4崑內(nèi)容治PB

28、高4吃PC口內(nèi)容傳至!中復(fù)位翟序手動(dòng)X正向運(yùn)行隹動(dòng)K負(fù)向運(yùn)行手動(dòng)Y正向運(yùn)行手動(dòng)Y負(fù)向運(yùn)行繪制圖臥恢夏矗場(chǎng).打開外論斷中斷返回INT1IS : CLREX1MOVA , DPTRPUSHACCJNBACC.4 , RSTPUSHPSWJNBACC.0 , X+ENPUSHDPTLJNBACC.1 , X-ENPUSHDPTHJNBACC.2 , Y+ENCLRP1.6JNBACC.3 , Y-ENMOVA , PCJNBACC.5 , ARCMOVDPTR , ALOOP1:POPDPTHMOVXA, DPTR ;讀PC 口內(nèi)容POPDPTLMOVR1 , APOPPSWANLR1 , #0FH

29、POPACCMOVA , PBSETBEX1MOVDPTR , ARETIMOVA , DPTR ;讀PB 口內(nèi)容ANLA, #0FHSWAPAORLA , R1MOVR2 , AMOVA , PBMOVDPTR , AMOVXDPTR , R2 ;數(shù)據(jù)輸入 PB 口INCDPTL441復(fù)位程序流程圖DIRXEQU 30HDIRYEQU 31HRST:CLRP1.6RPA:MOVA, PAMOVDPTR, AMOVXA, DPTR;讀PA 口內(nèi)容JNBACC.0 , ACC2MOVDIRX , #00H；表X電機(jī)反轉(zhuǎn)ACALLXMOTOR0；X電機(jī)反轉(zhuǎn)一步ACC2 :JNBACC.2 , LOOP0MOVDIRY , #00H；表Y電機(jī)反轉(zhuǎn)ACALLYMOTOR0；Y電機(jī)反轉(zhuǎn)一步AJMPRPALOOPO :AJMPLOOP1442 X 軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)程序流程圖X+EN :CLRP1.6MOVA，PAMOVDPTR， AMOVXA，DPTRJNBACC.0，LOOP2MOTORO :MOVDIRX，#01HACALLXMOTOR0MOVA，PCMOVDPTR， AMOVA，DPTRJNBACC.O, MOTOR0L00P2 :AJMPLOOP1這是X軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)的程序，其他的 X軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)、 Y軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)、Y軸電機(jī) 點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)依次類推。443 繪制圓弧程序流程圖圖4-