數(shù)控十字工作臺設(shè)計

數(shù)控十字工作臺設(shè)計目錄第一章緒論……………………1數(shù)控十字工作臺概述…………………1數(shù)控十字工作臺的應(yīng)用………1………………………1……………2第二章機(jī)械部分XY工作臺及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計…………42.1XY工作臺的設(shè)計………………4主要設(shè)計參數(shù)及依據(jù)………4XY工作臺部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析………4初步確定XY工作臺尺寸及估算重量…… 42.2Z軸隨動系統(tǒng)設(shè)計………………5第三章 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算…………73.1滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定………73.2滾珠絲杠副的傳動效率………7第四章直線滾動導(dǎo)軌的選型……………………9第五章步進(jìn)電機(jī)及其傳動機(jī)構(gòu)的確定…………115.1步進(jìn)電機(jī)的選用………………11脈沖當(dāng)量和步距角………11步進(jìn)電機(jī)上起動力矩的近似計算………11確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率……………12………… 12傳動比的確定……………12齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定………………12…………………… 13第六章傳動系統(tǒng)剛度的確定…………………… 156.1根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度…… 15……………… 15第七章消隙方法與預(yù)緊………… 17……………………… 17偏心軸套調(diào)整法…………17錐度齒輪調(diào)整法…………18雙片齒輪錯齒調(diào)整法……………………18…………… 19第八章控制系統(tǒng)設(shè)計…………… 208.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案……… 208.2主要硬件配置………………… 20主要芯片選擇……………20主要管腳功能……………20EPROM的選用……………21RAM的選用………………228.2.589C51存儲器及I/O的擴(kuò)展………………228.2.68155工作方式查詢………23狀態(tài)查詢…………………248.2.88155定時功能……………25芯片地址分配……………26…………………27流程圖………………………27總程序………………………278.4鍵盤設(shè)計……………………… 28鍵盤定義及功能……………28鍵盤程序設(shè)計………………298.5顯示器設(shè)計……………………33顯示器顯示方式的選用……………………33顯示器接口…………………348.5.38155擴(kuò)展I/O端口的初始化………………348.6插補(bǔ)原理………………………358.7光電隔離電路………………… 358.8越界報警電路………………… 36第九章步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動……………… 39第十章總結(jié)…………………… 40致謝…………………41參考文獻(xiàn)………………42第一章緒論數(shù)控十字工作臺概述數(shù)控十字工作臺，“十五”的主要工作是促進(jìn)加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持年產(chǎn)值20％的平均增長率，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、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。數(shù)控化與計算機(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，已成為發(fā)展的一個重要趨勢。數(shù)控十字工作臺的應(yīng)用

數(shù)控十字工作臺是光、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，數(shù)控十字工作臺的加工精度更高、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)，對制造業(yè)來說，可以說是一場技術(shù)革命。本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一臺單片機(jī)（89C51主控芯片）控制數(shù)控十字工作臺床，主要設(shè)計對象是XY工作臺部件及89C51單片機(jī)控制原理圖。而對數(shù)控十字工作臺其他部件如冷水機(jī)、激光器等不作為設(shè)計內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機(jī)對XY工作臺的縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量0.001mm/pluse。工作臺部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺等。設(shè)計時應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。參考數(shù)控數(shù)控十字工作臺的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用89C51主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，由I/O接口輸出控制信號給驅(qū)動器，來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。其原理示意圖1-1。X向工作臺X向工作臺控制器驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制器驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動驅(qū)動器Y向工作臺 Y向工作臺圖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工作臺線路圖。步進(jìn)電機(jī)參照RORZE株式會社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度,同時驅(qū)動器也選用RORZE的配套驅(qū)動器產(chǎn)品。滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計參照了漢江機(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)，對環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性價比大大超過了Z80。比較后選用89C51為主芯片。在使用過程中89C51雖有4K的FLASH（E2PROM），但考慮實(shí)際情況需配備EPROM和RAM，并要求時序配備。選晶體頻率為6MHz，89C51讀取時間約為3t，則t＝480ns,常用EPROM讀取時間約為200~450ns。89C51的讀取時間應(yīng)大于ROM要求的讀取時間。89C51的讀寫時間約為4T，則TR＝660ns，TW=800ns，常用RAM讀寫時間為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，為簡化電路采用LED顯示器。鍵盤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。第二章機(jī)械部分XY工作臺及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1XY工作臺的設(shè)計主要設(shè)計參數(shù)及依據(jù)1、 設(shè)計可沿X向和Y向數(shù)控運(yùn)動的工作臺；2、數(shù)控運(yùn)動驅(qū)動力源可以采用步進(jìn)電機(jī)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動，但是所選電機(jī)必須與該電機(jī)生產(chǎn)廠所列技術(shù)數(shù)據(jù)一致；3、 工作臺尺寸400×250mm（X/Y）；4、 工作臺工作行程為：300×150mm（X/Y）；5、 脈沖當(dāng)量：X向0.01mm/脈沖；Y向0.01mm/脈沖；6、 X/Y向最高工作進(jìn)給速度：300mm/min；7、 X/Y向最高空載快進(jìn)速度：700mm/min；8、 X/Y/Z向切削負(fù)載為：2000/2000/1000N；9、 工件最大重量（包括夾具）為：150KG；10、工作壽命每天8小時，連續(xù)工作5年，250天/年XY工作臺部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析因機(jī)床工件之間不直接接觸,因此可以認(rèn)為在加工過程中沒有外力負(fù)載作用。其切削力為零。XY工作臺部件由工作臺、中間滑臺、底座等零部件組成,各自之間均以滾動直線導(dǎo)軌副相聯(lián),以保證相對運(yùn)動精度。設(shè)下底座的傳動系統(tǒng)為橫向傳動系統(tǒng)，即X向，上導(dǎo)軌為縱向傳動系統(tǒng)，即Y向。一般來說,數(shù)控機(jī)床的滾動直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不計,但滾珠絲杠副,以及齒輪之間的滑動摩擦不能忽略,這些摩擦力矩會影響電機(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)載波動應(yīng)控制在很小的范圍。初步確定XY工作臺尺寸及估算重量初定工作臺，材料為HT200，估重為625N(W1)。設(shè)中托座,材料為HT200，估重為250N（W2）。另外估計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＝2301NZ軸隨動系統(tǒng)設(shè)計數(shù)控十字工作臺對Z軸隨動機(jī)構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時檢測和控制切割表面的不平度，通過伺服電機(jī)和滾珠絲桿調(diào)整高度，要求Z軸的檢測精度高于0.010mm：同時，隨動速度應(yīng)大于5m/min。隨動速度太快會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。對加工板材的檢測主要有電容、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)動檢測過程中不發(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加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場合的切割加工(如強(qiáng)磁場、強(qiáng)干擾環(huán)境)。所以在選擇傳感器時，應(yīng)注意檢測精度和對切割材料的適應(yīng)性，同時安裝時還需要注意采取抗干擾措施。一般來說，普通數(shù)控數(shù)控十字工作臺Z軸拖動重量在5kg以上時，應(yīng)采用重力平衡設(shè)施。而高性能數(shù)控數(shù)控十字工作臺的Z軸拖動重量在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。第三章滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算根據(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，具體型號如下：X向：FFZD2504-3/490×500Y向：FFZD2504-3/500×1100此處刪減NNNNNNNNNNNNNNNN字需要整套設(shè)計請聯(lián)系q：99872184。4。裝配時使彈簧4具有足夠的拉力，使兩個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。對比三種方案：第一種需要經(jīng)常的調(diào)整，對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)計方案選用第三種方法。圖7-3雙片齒輪錯齒調(diào)整法滾珠絲杠副在工作臺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)器工作時軸承的振動。預(yù)緊量由廠家提供。第八章控制系統(tǒng)設(shè)計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)備才能對相應(yīng)的運(yùn)動進(jìn)行控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖8-1所示：存儲器擴(kuò)展光電隔離驅(qū)動器I/O口存儲器擴(kuò)展光電隔離驅(qū)動器I/O口擴(kuò)展單片機(jī)功率放大功率放大X軸電機(jī)Y軸電機(jī)Z軸電機(jī)X軸電機(jī)Y軸電機(jī)Z軸電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動器橫向絲杠Z向絲杠縱向絲杠橫向絲杠Z向絲杠縱向絲杠顯示器鍵盤圖8-1控制系統(tǒng)框圖8.2主要硬件配置主要芯片選擇由于89C51芯片在性價比上比同類單片機(jī)高，加上8031、8051市場上已經(jīng)停產(chǎn)，所以選擇89C51作為主芯片。主要管腳功能89C51是40腳雙列直插式芯片。主要管腳功能:=1\*GB3①控制線——片外存儲器選擇端，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)部程序存儲器，這樣接地，從外部程序存儲器讀取指令。=2\*GB3②——外部程序存儲器選通端,以區(qū)別讀外部數(shù)據(jù)存儲器。=3\*GB3③ALE——地址鎖存控制端,系統(tǒng)擴(kuò)展時，ALE控制P0口輸出的低八位地址送鎖存器儲存，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,可作為外部時鐘或定時脈沖。=4\*GB3④RESET——復(fù)位端,當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)二個周期以上高電平，完成復(fù)位初始化操作。=5\*GB3⑤89C51中I/O口的介紹P0口——外接存儲器時，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——用戶使用的I/O口；P2口——外接存儲器時,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8個TTL門電路，Pl—P3口只能驅(qū)動四個TTL門電路。=6\*GB3⑥時鐘——XTAL1和XTAL2，使用內(nèi)部時鐘時，二端接石英和微調(diào)電路；使用外部時鐘時，接外部時鐘脈沖信號。89C51三總線結(jié)構(gòu)：地址總線AB——地址總線為16位，外部存儲器直接尋址范圍為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、、ALE、RESET組成。EPROM的選用為簡化電路，此處選用2764EPROM(8K*8位)。本設(shè)計采用二片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，只需更換各自芯片即可，方便升級。2764芯片主要引腳功能:=1\*GB3①A0—A1213位地址線=2\*GB3②D0—D7數(shù)據(jù)輸出線=3\*GB3③數(shù)據(jù)輸出允許信號=4\*GB3④編程控制信號，用于引入編程脈沖=5\*GB3⑤片選信號2764主要工作方式:=1\*GB3①讀方式——及為低電平，Vpp＝＋5V時處于讀出方式=2\*GB3②寫方式——為低電平,亦為低電平，VPP＝＋21V,為高電平時，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。=3\*GB3③編程禁止方式一此為向多片2764寫入不同程序而設(shè)置的，當(dāng)VPP=+21V時，為高電平時，2764芯片處于編程禁止?fàn)顟B(tài)。RAM的選用數(shù)據(jù)存儲器RAM通常采用MOS型，MOS型RAM分靜態(tài)、動態(tài)兩種。動態(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，對環(huán)境、結(jié)構(gòu)、電摞等都有較高的要求。對實(shí)時控制系統(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：=1\*GB3①A0—A1213位地址線=2\*GB3②IO1—IO7數(shù)據(jù)輸入輸出線=3\*GB3③數(shù)據(jù)輸出允許信號=4\*GB3④寫選通信號=5\*GB3⑤片選信號6264主要工作方式:=1\*GB3①讀方式——及為低電平，為高電平時，6264將數(shù)據(jù)輸出到指定地址。=2\*GB3②寫方式——為低電平，亦為低電平時,允許數(shù)據(jù)輸入。=3\*GB3③封鎖方式——為高電平時，該芯片沒被選通，不工作。8.2.589C51存儲器及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應(yīng)的軟件命令來加以改變的接口芯片。這類芯片一般具有多種功能，使用靈活方便，使用前必須由CPU對其編程設(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)，價格便宜，且具有與MCS-51單片機(jī)配置簡單、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)存儲器與單片機(jī)聯(lián)接，主要是通過三總線聯(lián)接。應(yīng)考慮總線的驅(qū)動能力是否足夠。存儲器2764、6264存儲量均為8K，需13位地址進(jìn)行存儲單元選擇，將A0—A7腳與地址鎖存器八位地址輸出對應(yīng)聯(lián)接，將A8－A13腳與89C51的P2口P-P相聯(lián)接，其余地址線經(jīng)P—P經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號。數(shù)據(jù)線聯(lián)接將存儲器數(shù)據(jù)輸出端D0－Dl與89C51P0口聯(lián)接?？刂凭€89C51與2764相聯(lián)，89C51從外部EPROM取指令。、分別與6264、相聯(lián)，89C51對外部RAM進(jìn)行讀/寫。(2)8155許多信號與89C51兼容，可直接聯(lián)接，因8155內(nèi)部已有鎖存器，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ALE與89C51ALE相聯(lián)。片選信號經(jīng)譯碼后產(chǎn)生，以高位地址P直接作為IO/信號，此時對8155需要使用16位地址進(jìn)行編址。8155的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見圖8-2。圖8-28155引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.2.68155工作方式查詢8155I/O工作方式選擇通過對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應(yīng)的工作方式見下圖8-3。8155I/O有四種工作方式，即ALT1，ALT2，ALT3，ALT4。其中各符號說明如下：AINTR：A口中斷，請求輸入信號，高電平有效。BINTR：B口中斷，請求輸入信號，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BF為高電平）。ASTB（BSTB）：A口（B口）設(shè)備選通信號輸入線，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，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，PC3為BINTR，PC4為BBF，PC5為。圖8-3命令寄存器格式狀態(tài)查詢8155還有一個狀態(tài)寄存器，用于鎖存I/O口和定時器的當(dāng)前狀態(tài)，供CPU查詢用。其格式如圖8-4：狀態(tài)寄存器和命令寄存器共用一個地址，命令寄存器只能寫入不能讀出，而狀態(tài)寄存器只能讀出不能寫入。所以可以認(rèn)為，CPU讀該地址時，作為狀態(tài)寄存器，讀出的是當(dāng)前I/O口和定時器的狀態(tài)，而寫該地址時，則作為命令寄存器對I/O口工作方式的選擇。8.2.88155定時功能8155芯片內(nèi)有一個14位減法計數(shù)器，可對輸入脈沖進(jìn)行減法計數(shù)。外部有兩個定時器引腳TINEIN和TIMEOUT。TINEIN為定時器時鐘輸入，有外部輸入時鐘脈沖，TIMEOUT為定時器輸出，輸出各種信號脈沖波形。定時器的格式、輸出波形見圖8-5。由上圖可見，定時器的低8位和高6位計數(shù)器定時是出方式由04H、05H寄存器確定。對定時器編程時，首先將計數(shù)器及定時器方式送入定時器口，（定時器的低8位和高6位，定時器方式M）04H，05H。計數(shù)常數(shù)在002H~3FFF之間。計數(shù)器的起動和停止由命令寄存器的最高兩位TM2和TM1決定。但何時讀都可以置定時器的長度和工作方式，然后必須將起動命令寫入命令寄存器。既使計數(shù)器已經(jīng)計數(shù)，在寫入起動命令后，仍可改變定時器的工作方式。圖8-4狀態(tài)寄存器格式M2M1方式定時器輸出波形0?0單方波01連續(xù)方波10單脈沖11連續(xù)脈沖圖8-58155定時器方式及輸出波形芯片地址分配89C51支持的存儲芯片，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器單獨(dú)編址，EPROM與RAM地址分配較為自由,不必考慮會發(fā)生沖突,因89C51復(fù)位后,從0000H開始，內(nèi)部程序存儲器空間為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)存儲器空間為00H-0FFH，外部6264芯片地址：6000H-7FFFH1#8155芯片地址(假定未用地址用"0"表示)/IO＝0時，8155(1)內(nèi)部RAM地址范圍E000H-E0FFH/IO＝1時，端口地址：控制口：E100H；PA口：E101H；PB口：E102H；PC口：E103H；定時器低八位：E104H；定時器高八位：E105H2#8155芯片地址(假定未用地址用"0"表示)/IO＝0時，8155(1)內(nèi)部RAM地址范圍0A000H-0A0FFH/IO＝1時，端口地址：控制口：0A00H；PA口：0A01H；PB口：0A02H；PC口：0A03H；定時器低八位：0A04H；定時器高八位：0A05H8.3總體程序控制流程圖主程序ORG0000HAJMPMAINORG0003HLJMPINT0ORG000BHLJMPT0ORG0013HLJMPINT1MAIN：MOVA，#00HMOVR0,#00HMOVDPTR，#2000HXUNHUAN:MOVX@DPTR,AINCDPTRINCR0CJNER0,#0FFH,XUNHUANINCR1CJNER2,#0FFH,XUNHUANMOVSP,#60HSETBPX0SETBEX0SETBEX1SETBEAWE:AJMPWEGONGZUO：LCALLQIUJIANLCALLXIANSHILCALLCHULI8.4鍵盤設(shè)計鍵盤定義及功能控制面板上布置5個控制鍵，33個功能數(shù)字鍵。其中8個鍵有雙重功能，由SHIFT鍵轉(zhuǎn)換，按下SHIFT鍵，上檔鍵有效。5個控制鍵各功能如下：急停鍵——運(yùn)行時按該鍵，程序立即停止運(yùn)行。暫停鍵——運(yùn)行時按下該鍵，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?；謴?fù)運(yùn)行鍵——處于急?；驎和r，接下該鍵程序繼續(xù)執(zhí)行。用M00實(shí)行軟件暫停時，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)。對中心鍵——鉬絲自動找準(zhǔn)預(yù)定的中心位置(原點(diǎn))。30個功能數(shù)字鍵包括數(shù)字鍵“0－9”，負(fù)號“—”，程序開始字“%”，程序段結(jié)束字“LF”，序號字“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：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—加工開始確認(rèn)。鍵盤程序設(shè)計本設(shè)計采用非編碼式矩陣式鍵盤，1#8155為鍵盤接口，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，按鍵盤列線，每個鍵對應(yīng)一個鍵碼，根據(jù)鍵碼轉(zhuǎn)至相應(yīng)鍵處理子程序。常用鍵識別方法有掃描法和線翻轉(zhuǎn)法。本設(shè)計采用掃描法。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、列號求得閉合鍵鍵碼。定義各行首鍵號為00H、06H、0CH、12H、18H，鍵碼=行號＋列號。鍵號鍵功能對應(yīng)表8-1表8-1鍵號鍵功能對應(yīng)鍵號00H－09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH10H11H12H1E功能0－9—NGMFS鍵號13H14H15H16H17H18H19H1AH1BH1CH1DH1F功能DELCOPYIDX單步回零運(yùn)行SHIFT圖8-6鍵盤掃描程序流程圖圖8-7求鍵值子程序鍵盤掃描子程序ORG0500HSCAN:MOVA,#00HMOVDPTR,#E101HMOVX@DPTR,AMOVA#3FHMOVDDPTR,#E103HMOVX#DPTR,AMOVDPTR,#E102HMOVXA,@DPTRANLA,#1FHCJNE3A,#1FH,NEXT1SJMPNEXT4NEXT1:ACALLDS20msCLRCMOVR2,#00HMOVR1,#01HLOOP:INCDPTRMOVA,R1MOVX#DPTR,AMOVDPTR,#8002HMOVXA,@DPTRANLA,#1FHCJNEA,#1FH,NEXT2SJMPNEXT3NEXT2:INCR2CJNER2,#01H,NEXT4MOVR4,AMOVA,R1MOVR3,ANEXT3:MOVA,R1RLCAMOVR1,ACJNEA,#40H,LOOPAJMPKCODENEXT4:CLRARETEND求鍵值子程序ORG0560HKCODE：MOVR1，#00HMOVA，R3CLRCLOOP：RRCAJZNEXT1INCR1SJMPLOOPNEXT1：MOVA，R1SWAPAMOVR1，AMOVA，R4ANLA，#0FHORLA，R1MOVB，AMOVDPTR，#KTABMOVR0，#00HCLRAREPE：MOVCA，@A+DPTRCJNEA,B,NEXT2SJMPRESVNEXT2:INCR0MOVA,R0SJMPREPERESV:MOVA,R0RETKTAB:DB0FH,1FH,17H,1BH,2FH,27HDB2BH,3FH,37H,3BH,3DH,2DHDEB1DH,0DH,0BH,07H,03H,1EHDB23H,3EH,4FH,47H,4BH,4DHDB5FH,57H,5BH,5DHEND8.5顯示器設(shè)計顯示器顯示方式的選用程序輸入時，涉及數(shù)字鍵及N、G、M等功能鍵。采用控制簡單，價格低廉的LED顯示器。因數(shù)控程序較長，顯示數(shù)據(jù)較多，一次把整條指令內(nèi)容全顯示出來很不經(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1μm，最大控制長度為1m，需6位顯示器才能滿足要求，再加上一位符號位，須7位LED，為清晰顯示N、G、X、Y符號，符號位用一位"米"字顯示。顯示器顯示方式有靜態(tài)、動態(tài)兩種。本設(shè)計采用動態(tài)掃描法，即逐個點(diǎn)亮各位顯示器，因視覺殘留效應(yīng)，效果與全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮一樣。顯示器接口為實(shí)現(xiàn)顯示器動態(tài)掃描，對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，通過驅(qū)動器、鎖存器輸出字形到LED，構(gòu)成傳送電路。（顯示電路見附圖1）8.5.38155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定時器低字節(jié)105H定時器高字節(jié)相應(yīng)初始化程序?yàn)?ORG0A00HMOVDPTR,#100HMOVA,#7HMOVX@R0,A……END因?yàn)镻3.3接行程開關(guān),處于高優(yōu)先級，所以IP、IE初始化為：SETBPX0SETPPX1CLRPT0CLRPT1CLRPSSETBEX0SETBEX1SETBET0SETBET1SETBESCLSET2SETBEAPSW、TCON、TMOD初始化：MOVPSW，#00HSETBIT0SETBIT1SETBIE0SETBIE1SETBTR0SETBTR1TMOD工作在方式2，所以初始化為：MOVTMOD，#66H8.6插補(bǔ)原理插補(bǔ)是對直線、圓弧等低次方程曲線的一種逼近方式。通過計算使沿坐標(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)計選用逐點(diǎn)比較法。逐點(diǎn)比較法工作原理：在控制過程中，逐步計算，判別折線運(yùn)動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)控制工作臺沿某一方向進(jìn)給一步。一個插補(bǔ)由四個節(jié)拍組成，即偏差判別，進(jìn)給，偏差計算，終點(diǎn)計算。無論是直線插補(bǔ)、順圓插補(bǔ)、逆圓插補(bǔ)都遵守這樣的四步原則。在實(shí)際電路中，模擬信號與數(shù)字信號之間有一個強(qiáng)電干擾的問題。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,對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、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)計時，應(yīng)該注意輸入信號電路與單片機(jī)連接時的隔離。在這里，采用光電耦合是最常用的方法。光電耦合器具有三個特點(diǎn)：①信號傳遞采取電-光-電的形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，能夠避免輸出端對輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾，②抑制噪聲干擾能力強(qiáng)；③具有耐用、可靠性高和速度快等優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)時間一般為數(shù)以內(nèi)，高速型光電耦合器的響應(yīng)時間有的甚至小于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。光耦電路原理圖8-9。VCC1VCC2R1R21111GND圖8-9光耦電路原理圖為防止工作臺行程越界，設(shè)置限位開關(guān)，本設(shè)計中有四個限位開關(guān)，對應(yīng)于四種越界可能。，一旦越界，立即發(fā)出越界信號，啟動中斷方式，停止工作臺的移動。等待處理。并發(fā)出紅燈報警。在正常工作時，則是綠燈亮。兩燈均由8155Pb4口控制。第九章步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動本設(shè)計選用五相步進(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)動器RD-0534M驅(qū)動。而單片機(jī)控制驅(qū)動器啟動和停止及正反轉(zhuǎn)。驅(qū)動步進(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)動器內(nèi)部自動產(chǎn)生，并且具有各種系統(tǒng)保護(hù)。RD-0534M驅(qū)動器的主要控制端有：順時方向控制端CW；逆時方向控制端CCW；運(yùn)行方式控制端4PIN，所需聯(lián)接控制信號由2#8155PB口控制。X、Y向步進(jìn)電機(jī)各用一個驅(qū)動器控制，電機(jī)以五相方式工作。由于RD-0534M驅(qū)動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工作時有一個脈沖電流的要求，故在兩者之間加了控制三極管。以滿足控制要求。（硬件布置見附圖1）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。這里通過單片機(jī)發(fā)出信號經(jīng)過環(huán)形分配器驅(qū)動放大直接控制，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個通電狀態(tài)。如果P1.4-P1.0輸出的控制信號中，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1（即五相十拍步進(jìn)電機(jī)工作，三相六拍步進(jìn)電機(jī)不工作），控制則可用10個控制字來對應(yīng)這10個通電狀態(tài)。這10個控制字如表9-1所列。表9-1狀態(tài)控制字通電狀態(tài)P1.4(E)P1.3(D)P1.2(C)P1.1(B)P1.0(A)控制字AB11001FCHABC11000F8HBC11001F9HCBD10001F1HCD10011F3HCDE00011E3HDE00111E7HDEA00110E6HEA01110EEHEAB01100ECH軟件脈沖分配子程序正轉(zhuǎn)程序?yàn)椋篊W:INCR0CJNER0,#0AH,ZZMOVER0,#00HZZ:MOVA,R0MOVDPTR,#ABCMOVCA,@A+DPTRMOVP1,ARETABC:DB0FCH,0F8H,0F9H,0F1H,0F3HDB0E3H,0E7H,0E6H,0EEH,0ECH反轉(zhuǎn)程序?yàn)椋篊CW:DECR0CJNER0,#0FFH,FZMOVR0,#09HFZ:MOVA,R0MOV