ZXK-7532數(shù)控立式鉆銑床主運(yùn)動(dòng)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書27

PAGE第55頁(yè)共55頁(yè)第1章機(jī)床總體說(shuō)明1.1機(jī)床總體的尺寸參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求并參考實(shí)際情況，初步選定機(jī)床主要參數(shù)如下：工作臺(tái)寬度×長(zhǎng)度400×1600mm主軸錐孔7∶24工作臺(tái)最大縱向行程300mm工作臺(tái)最大橫向行程375mm主軸箱最大垂直行程400mm主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)12級(jí)主軸轉(zhuǎn)速范圍30~1500r/minX、Y軸步進(jìn)電機(jī)130BF001（反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)130BF001（反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）主電動(dòng)機(jī)的功率4.0KW主軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1440r/min機(jī)床外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）150×1200×23機(jī)床凈重500Kg1.2機(jī)床主要部件及其運(yùn)動(dòng)方式的說(shuō)明1.2.1因所設(shè)計(jì)的機(jī)床要求能進(jìn)行立式的鉆和銑，垂直方向的行程比較大,因而采用工作臺(tái)不動(dòng),而主軸箱各軸向擺放為立式的結(jié)構(gòu)布局；為了使主軸箱在數(shù)控的計(jì)算機(jī)控制上齒輪的傳動(dòng)更準(zhǔn)確、更平穩(wěn)，工作更可靠，主軸箱主要采用液壓系統(tǒng)控制滑移齒輪和離合器變換齒輪的有級(jí)變速。1.2.2進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)本次所設(shè)計(jì)的機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，因此在X、Y、Z三個(gè)方向上，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均采用滾珠絲杠螺母副，其動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)調(diào)隙齒輪傳遞。1.2.3數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)采用單片機(jī)控制，各個(gè)控制按扭均安裝在控制臺(tái)上，而控制臺(tái)擺放在易操作的位置，這一點(diǎn)須根據(jù)實(shí)際情況而定。1.2.4機(jī)床其它零部件的選擇考慮到生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，機(jī)床附件如油管、行程開(kāi)關(guān)等，以及標(biāo)準(zhǔn)件如滾珠絲杠、軸承等均選擇外購(gòu)形式。1.3本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)本次設(shè)計(jì)著重與主運(yùn)動(dòng)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。詳細(xì)的闡述主軸箱的利用磁離合器實(shí)現(xiàn)有級(jí)變速工作原理，及其采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制。第2章主傳動(dòng)的設(shè)計(jì)2.1議定轉(zhuǎn)速圖2.1.1確定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)式：1.主傳動(dòng)的確定，和公比Ф的確定：根據(jù)ZJK-7532的使用說(shuō)明書，初步定主軸轉(zhuǎn)速范圍為95～1600r／min，則Ф＝=＝＝1.29………………(2.1)由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)值得：Ф=1.26。令，則……………(2.2)則取。2.確定變速組和傳動(dòng)副數(shù)目：大多數(shù)機(jī)床廣泛應(yīng)用滑移齒輪的變速方式，為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操縱方便的要求，通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪，因此主軸轉(zhuǎn)速為12級(jí)的變速系統(tǒng)，總共需要三個(gè)變速組。3.確定傳動(dòng)順序方案：按著傳動(dòng)順序，各變速組排列方案有：12＝3×2×212＝2×3×212＝2×2×3從電機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。接近電機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在接近電機(jī)處，則可使小尺寸的零件多些，而大尺寸的零件可以少些，這樣就節(jié)省省材料，經(jīng)濟(jì)上就占優(yōu)勢(shì)，且這也符合“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮，以取12=3×2×2的方案為好，本次設(shè)計(jì)即采用此方案。4.確定擴(kuò)大順序方案：傳動(dòng)順序方案確定以后，還可列出若干不同擴(kuò)大順序方案。如無(wú)特殊要求，根據(jù)“前密后疏”的原則，應(yīng)使擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，通常能得到最佳的結(jié)構(gòu)式方案，故選用12＝××結(jié)構(gòu)式方案。檢查最后擴(kuò)大組的變速范圍：r=～10故合符要求。5.結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖：2.1.2擬定轉(zhuǎn)速圖：根據(jù)已確定的結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)議定轉(zhuǎn)速圖時(shí)，應(yīng)注意解決定比傳動(dòng)和分配傳動(dòng)比，合理確定傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。①定比傳動(dòng)在變速傳動(dòng)系統(tǒng)中采用定比傳動(dòng)，主要考慮傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)和性能等方面的要求，以及滿足不同用戶的使用要求。在鉆銑床的設(shè)計(jì)中，總降速比為u=125/1440=0.087。若每一個(gè)變速組的最小降速比均取1/4。則三個(gè)變速組的總降速可達(dá)。故無(wú)需要增加降速傳動(dòng)，但為了使中間兩個(gè)變速組做到降速緩慢，以利于減小變速箱的徑向尺寸和有利于制動(dòng)方便，在Ⅰ－Ⅱ軸間增加一對(duì)降速傳動(dòng)齒輪（），同時(shí)，也有利于設(shè)計(jì)變型機(jī)床，因?yàn)橹灰淖冞@對(duì)降速齒輪傳動(dòng)比，在其他三個(gè)變速組不變的情況下，就可以將主軸的12種轉(zhuǎn)速同時(shí)提高或降低，以便滿足不同用戶的要求。②分配降速比前面已確定，12＝3×2×2共需三個(gè)變速組，并在Ⅰ－Ⅱ軸間增加一對(duì)降速傳動(dòng)齒輪，要用到四個(gè)變速組，在主軸Ⅴ上標(biāo)出12級(jí)轉(zhuǎn)速：125～1600r/min,在第Ⅰ軸上用A點(diǎn)代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速用E點(diǎn)標(biāo)出，因此A,E兩點(diǎn)相距約11格，即代表總降速傳動(dòng)比為。③定出各變速組的最小傳動(dòng)比根據(jù)降速前慢后快的原則，在Ⅳ－Ⅴ軸間變速組取，在Ⅲ－Ⅳ軸間變速組取，在Ⅱ－Ⅲ軸間變速組取，則：根據(jù)結(jié)構(gòu)式可知：Ⅱ～Ⅴ軸間變速組的級(jí)比指數(shù)分別為：1，3，6。傳動(dòng)副為：3，2，2。則畫出上圖的轉(zhuǎn)速圖。2.1.3確定各齒輪的齒數(shù)：在確定齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)注意：齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)大，以免加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的結(jié)構(gòu)龐大，而且增大齒數(shù)和還會(huì)提高齒輪的線速度而增大噪聲，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要把齒數(shù)和控制在；為了控制每組嚙合齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，使最小齒數(shù)，因而齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)小。在Ⅳ－Ⅴ軸間：∵則可查表1.58和2.51兩行又∵而最小齒輪的齒數(shù)是在的齒輪副中，令則等，∵在高速軸中盡量使齒輪的幾何尺寸小一點(diǎn)以減小主軸的尺寸，所以可取∴可查出：，，同理：①且查得….取則查得：，，②查得：∵三聯(lián)滑移齒輪中的最大齒數(shù)與次大齒數(shù)之差必須要大于或等于4，則必需有又∵前傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速高，扭矩小，一般傳動(dòng)件的尺寸要小一些，因而齒數(shù)和可取比前一級(jí)變速組小用計(jì)算法：取，則則∴0③∵取則滑移齒輪齒數(shù)的驗(yàn)算：在三聯(lián)滑移齒輪中，為了確保其左右移動(dòng)時(shí)能順利通過(guò)，不致相碰，則必須保證三聯(lián)滑移齒輪的次大齒輪與最大齒輪的配對(duì)齒輪不相碰（最大齒輪布置在中間），即：又∵則必須保證：∵從上面計(jì)算可知：則這與要求不符。但是∵Ⅲ與Ⅳ都采用了離合器，使齒輪和的距離拉大了，因而在滑移齒輪在移動(dòng)過(guò)程中不存在相碰的情況，∴三聯(lián)滑移齒輪在這個(gè)設(shè)計(jì)里是可以實(shí)現(xiàn)的。2.1.4傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定：根據(jù)以上分析及計(jì)算，擬定如下傳動(dòng)系統(tǒng)圖：2.2主傳動(dòng)主要零件的強(qiáng)度計(jì)算：2.2.1電動(dòng)機(jī)的選擇1.電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算鉆頭材料選用W18Cr4V,根據(jù)加工要求選用鉆頭直徑D＝25mm，則查表得進(jìn)給量S＝0.39～0.47mm，根據(jù)鉆孔切削用量表查得：n＝377r/min，M=8580N·m則……………(2.3)2.電動(dòng)機(jī)參數(shù)的選擇在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須使得P≥P，根據(jù)這個(gè)原則，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取Y112M-4型電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)如下（單位為mm）：A=190B=140C=70D=28E=60F=8G=24H=112K=12AB=245AC=230AD=190HD=265BB=180L=4002.2.2齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算由于直齒圓柱齒輪具有加工和安裝方便、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且直齒圓柱齒輪傳動(dòng)也能滿足設(shè)計(jì)要求，所以本次設(shè)計(jì)選用漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；主軸箱中的齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，它的精度直接與工作的平穩(wěn)性、接觸誤差及噪聲有關(guān)。為了控制噪聲，機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都選用較高的精度，但考慮到制造成本，本次設(shè)計(jì)都選用7-6-6的精度。具體設(shè)計(jì)步驟如下：1、模數(shù)的估算：按接觸疲勞和彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。齒輪彎曲疲勞的估算公式：mm（式中即為齒輪所傳遞的功率）…………（2.4）齒面點(diǎn)蝕的估算公式：mm（式中即為齒輪所傳遞的功率）……………（2.5）其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，為齒輪中心距。由中心距及齒數(shù)求出模數(shù)：mm……………………(2.6)根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。前面已求得各軸所傳遞的功率，各軸上齒輪模數(shù)估算如下：第一對(duì)齒輪副∵∴mmmmmm所以，第一對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm第二對(duì)齒輪副∵∴mmmmmm所以，第二對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm第三對(duì)齒輪副∵∴mmmmmm所以，第三對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm第四對(duì)齒輪副∵∴mmmmmm所以，第四對(duì)齒輪副傳動(dòng)的齒輪模數(shù)應(yīng)為mm綜上所述，為了降低成本，機(jī)床中各齒輪模數(shù)值應(yīng)盡可能取相同，但因?yàn)棰踺S的轉(zhuǎn)速比較小，扭矩比較大，為了增加其強(qiáng)度和在主軸上能起到飛輪的作用，需增加Ⅴ軸齒輪的幾何尺寸。所以，本次設(shè)計(jì)中在Ⅰ～Ⅳ間各個(gè)齒輪模數(shù)均為=2.5mm，在Ⅴ軸上就取。2、齒輪分度圓直徑的計(jì)算根據(jù)漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪分度圓直徑計(jì)算公式可得各個(gè)傳動(dòng)副中齒輪的分度圓直徑為：3、齒輪寬度B的確定齒寬影響齒的強(qiáng)度，但如果太寬，由于齒輪制造誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反兒容易引起振動(dòng)和噪聲。一般取B=（6~10）m。本次設(shè)計(jì)中，取主動(dòng)齒輪寬度B=8m=8×2.5=20mm(在最后一對(duì)齒輪嚙合取也取B=7m≈20)，則與其嚙合的從動(dòng)齒輪的寬度一致。而取多聯(lián)齒輪的寬度B=8m=8×2.5=20mm，為了使嚙合更容易和平穩(wěn)，則與其嚙合的從動(dòng)齒輪的寬度要小一點(diǎn)，取B’=6m＝6×2.5＝15mm。4、齒輪其他參數(shù)的計(jì)算根據(jù)《機(jī)械原理》中關(guān)于漸開(kāi)線圓柱齒輪參數(shù)的計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)的規(guī)定，齒輪的其它參數(shù)都可以由以上計(jì)算所得的參數(shù)計(jì)算出來(lái)，本次設(shè)計(jì)中，這些參數(shù)在此不在一一計(jì)算。5、齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不同精度等級(jí)的齒輪，要采用不同的加工方法，對(duì)結(jié)構(gòu)的要求也不同，7級(jí)精度的齒輪，用較高精度的滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后，由于變形，精度將下降。因此，需要淬火的7級(jí)齒輪一般滾或插后要剃齒，使精度高于7級(jí)，或者淬火后再珩齒。6級(jí)精度的齒輪，用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到。淬火齒輪，必須才能達(dá)到6級(jí)。機(jī)床主軸箱中的齒輪齒部一般都需要淬火。6、齒輪的校核（接觸疲勞強(qiáng)度）：∵計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù)K，包括使用系數(shù),動(dòng)載荷系數(shù),齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分布系數(shù)，即：=1.25×1.07×1.1×1.12=1.65……………(2.7)查表得：=0.88=2.5=189.8=…………………(2.8)將數(shù)據(jù)代入得：1100mpa齒輪接觸疲勞強(qiáng)度滿足，因此接觸的應(yīng)力小于許用的接觸應(yīng)力。其它齒輪也符合要求，故其余齒輪不在驗(yàn)算，在此略去。2.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.1各傳動(dòng)軸軸徑的估算滾動(dòng)軸承的型號(hào)是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此先要初算軸徑。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法用下列公式進(jìn)行估算?！?2.9)對(duì)于空心軸，則……………(2.10)式中，——軸傳遞的功率，kW；——軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min；——其經(jīng)驗(yàn)值見(jiàn)表15-3；取β的值為0.5。（1）、計(jì)算各傳動(dòng)軸傳遞的功率P根據(jù)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇可知，本次設(shè)計(jì)所選用的電動(dòng)機(jī)額定功率各傳動(dòng)軸傳遞的功率可按下式計(jì)算：…………(2.11)——電機(jī)到傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)效率；由傳動(dòng)系統(tǒng)圖可以看出，本次設(shè)計(jì)中采用了聯(lián)軸器和齒輪傳動(dòng)，則各軸傳遞的功率為：=0.96，=0.93，=0.904=0.877所以，各傳動(dòng)軸傳遞的功率分別為：3.509(2)估算各軸的最小直徑本次設(shè)計(jì)中，考慮到主軸的強(qiáng)度與剛度以及制造成本的經(jīng)濟(jì)性，初步選擇主軸的材料為40Cr，其它各軸的材料均選擇45鋼，取A0值為115，各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖得出：n1j=1002r/min,n2j=631r/min,n3j=315r/min,n4j=250r/min,所以各軸的最小直徑為：在以上各軸中，每根軸都開(kāi)有平鍵或花鍵，所以為了使鍵槽不影響軸的強(qiáng)度，應(yīng)將軸的最小直徑增大5%，將增大后的直徑圓整后分別取各軸的最小直徑為：=18,=23,=34,=462.3.2各軸段長(zhǎng)度值的確定各軸段的長(zhǎng)度值，應(yīng)根據(jù)主軸箱的具體結(jié)構(gòu)而定，且必須滿足以下的原則：（1）、應(yīng)滿足軸承及齒輪的定位要求；（2）、應(yīng)滿足滑移齒輪安全滑移的要求；2.3.3軸的剛度與強(qiáng)度校核根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，需選擇除主軸外的一根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，而主軸必須進(jìn)行剛度校核。在此選擇第Ⅲ根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。（1）、第三根軸的強(qiáng)度校核1)、軸的受力分析及受力簡(jiǎn)圖由主軸箱的展開(kāi)圖可知，該軸的動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪傳遞過(guò)來(lái)，而后通過(guò)一個(gè)三聯(lián)齒輪將動(dòng)力傳遞到下一根軸。其兩端通過(guò)一對(duì)角接觸球軸承將力轉(zhuǎn)移到箱體上去。由于傳遞的齒輪采用的直齒圓柱齒輪，因此其軸向力可以忽略不計(jì)。所以只要校核其在xz平面及yz平面的受力。軸所受載荷是從軸上零件傳來(lái)的，計(jì)算是，常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。其受力簡(jiǎn)圖如下：在xz平面內(nèi)：在yz平面內(nèi)：2）、作出軸的彎矩圖根據(jù)上述簡(jiǎn)圖，分別按xz平面及yz平面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別作出兩個(gè)平面的上的彎矩圖。在xz平面內(nèi)，根據(jù)力的平衡原理可得：R1+R2+Ft2=Ft1…………………(2.12)將各個(gè)力對(duì)R1取矩可得：Ft1×a=Ft2×（l-b）+R2×l……(2.13)∵Ft1=2/d7………………(2.14)Ft2=2/d11………………(2.15)由以上兩式可解出：R1=Ft1（l-a）/l-Ft2×b/l……(2.16)R2=Ft1×a/l-F2xz+Ft2×b/l……(2.17)由于有多個(gè)力的存在，彎矩?zé)o法用一個(gè)方程來(lái)表示，用x來(lái)表示所選截面距R1的距離，則每段的彎矩方程為：在AB段：M=R1×x（a≥x≥0）在BC段：M=R1×（a+x）-Ft1×x（l-b≥x≥a）在CD段：M=R2（l-x）（l≥x≥l-b）則該軸在xz平面內(nèi)的彎矩圖為：同理可得在yz平面內(nèi)的彎矩圖為：3)、作出軸的扭矩圖由受力分析及受力簡(jiǎn)圖可知，該軸只在yz平面內(nèi)存在扭矩。其扭矩大小為：T1=Ft1·r7T2=Ft2·r11…(2.18)則扭矩圖為：4）、作出總的彎矩圖由以上求得的在xz、yz平面的彎矩圖，根據(jù)M=可得總的彎矩圖為：5）、作出計(jì)算彎矩圖根據(jù)已作出的總彎矩圖和扭矩圖，則可由公式Mca=求出計(jì)算彎矩，其中α是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異的系數(shù)，因通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，故在求計(jì)算彎矩時(shí)，必須計(jì)及這種循環(huán)特性差異的影響。即當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取α≈0.3；扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α≈0.6；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力也為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取α=1。應(yīng)本次設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，所以取α≈0.3，則計(jì)算彎矩圖為：6）、校核軸的強(qiáng)度選擇軸的材料為45鋼，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得其許用彎曲應(yīng)力為60MP，由計(jì)算彎矩圖可知，該軸的危險(xiǎn)截面在B的作用點(diǎn)上，由于該作用點(diǎn)上安裝滑移齒輪，開(kāi)有花鍵，由機(jī)械設(shè)計(jì)可查得其截面的慣性矩為：W=[πd4+（D-d）（D+d）2zb]/32D…………(2.19)其中z為花鍵的數(shù)目，在本次設(shè)計(jì)中，z=6，D=28mm，d=23mm，b=6mm所以其截面的慣性矩為W=524.38mm3根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪受力計(jì)算公式可得圓周力與徑向力：Ft=2T1/d1Fr=Ft×tgα……………(2.20)其中T1為小齒輪傳遞的扭矩，N·mm；α為嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，取α=20；而Ft與Fr分別對(duì)應(yīng)與xz平面及yz平面的力。各段軸的長(zhǎng)度可從2號(hào)A0圖中得出，則根據(jù)前面的公式可得出該軸危險(xiǎn)截面的計(jì)算彎矩為：Mca=25014.22N·m，則該軸危險(xiǎn)截面所受的彎曲應(yīng)力為：δca=25014.22/524.38≈47.7MP≤60MP，所以該軸的強(qiáng)度滿足要求。（2）、主軸的剛度校核1）、主軸材料的選擇考慮到主軸的剛度和強(qiáng)度，選擇主軸的材料為40Cr，并經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理；2）、主軸結(jié)構(gòu)的確定①主軸直徑的選擇根據(jù)機(jī)床主電機(jī)功率來(lái)確定(參考《金屬切削機(jī)床》（下）的154頁(yè))：∵P＝4KW，屬于中等以上轉(zhuǎn)速，中等以下載荷的機(jī)床∴可?、谥鬏S內(nèi)孔直徑………(2.21)其中，空心主軸的剛度和截面慣性矩K,I實(shí)心主軸的剛度和截面慣性矩當(dāng)則主軸的剛度急劇下降，故取<0.7主軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)主軸上應(yīng)安裝的組件以及在主軸箱里的具體布置來(lái)確定，主軸的具體結(jié)構(gòu)已在三維圖上表達(dá)清楚，在此不在繪出。其中：D=31.750d＝18L=733）、主軸的剛度驗(yàn)算①軸的變形和允許值軸上裝齒輪和軸承處的繞度和傾角（y和）應(yīng)該小于彎曲變形的許用值即y軸的類型（mm）變形部位（rad）一般傳動(dòng)軸4.0003~0.0005l裝向心軸承處0.0025剛度的要求較高-0.0002l裝齒輪處0.001安裝齒輪軸（0.01~0.00）m裝單列圓錐滾子軸承0.006其中：L表跨距，m表模數(shù)②軸的變形計(jì)算公式計(jì)算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的繞度y及傾角時(shí)，一般常將軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁。按材料力學(xué)相關(guān)公式計(jì)算，主軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高的時(shí)候，可把軸看作等徑軸，采用平均直d來(lái)計(jì)算，計(jì)算花鍵時(shí)同樣選擇用平均直徑圓軸：d……………………(2.22)慣性矩：I=……………………(2.23)矩形花鍵軸：d1=………………(2.24)………………(2.25)慣性矩：……………(2.26)③軸的分解和變形合成對(duì)于復(fù)雜受力的變形，先將受力分解為三個(gè)垂直面上的分力，應(yīng)用彎曲變形公式求出所求截面的兩個(gè)垂直平面的和y。然后進(jìn)行疊加，在同以平面內(nèi)的可進(jìn)行代數(shù)疊加，在兩平面內(nèi)的按幾何公式，求出該截面的總繞度和總傾角④危險(xiǎn)工作面的判斷驗(yàn)算剛度時(shí)應(yīng)選擇最危險(xiǎn)的工作條件進(jìn)行，一般時(shí)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速低傳動(dòng)齒輪的直徑小，且位于軸的中央時(shí)，軸受力將使總變形劇烈，如對(duì)：二、三種工作條件難以判斷那一種最危險(xiǎn)，就分別進(jìn)行計(jì)算，找到最大彎曲變形值和y。提高軸剛度的一些措施加大軸的直徑，適當(dāng)減少軸的跨度或增加第三支承，重新安排齒輪在軸上的位置改變軸的布置方位等。⑥軸的校核計(jì)算軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖在xz平面內(nèi)：同理可得在yz平面內(nèi)的受力圖，在此不在畫出。主軸的傳動(dòng)功率：P主==3.513KW……………(2.27)主軸轉(zhuǎn)矩：T主==156900……(2.28)支點(diǎn)上的力：……(2.29)………(2.30)根據(jù)彎矩平衡：…………(2.31)求得：RHE=-84.9根據(jù)力得平衡：則彎矩圖為：2）垂直平面得彎矩圖：=951.71N……………(2.32)=761.4N……………(2.33)根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有：……(2.34)再根據(jù)力得平衡：則可得B、C點(diǎn)得彎矩圖：在B點(diǎn)和C點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C點(diǎn)滿足即可，在B、C截面得彎矩為：=803403.1N·㎜……………(2.35)=675702.3N·㎜……………(2.36)扭矩圖為：經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要B滿足條件即可，則剛度滿足。計(jì)算彎矩………(2.37)=862517.2N·㎜軸得抗彎截面系數(shù)為：……(2.38)53.96…………………(2.39)故滿足第三強(qiáng)度理論剛度驗(yàn)算：在水平面內(nèi)，單獨(dú)作用時(shí)：………(2.40)==-0.02598mm其中I==2747500…………………(2.41)在單獨(dú)作用下：…………(2.42)==-0.0182mm在兩力得共同作用下：…………(2.43)在垂直面內(nèi)有(在單獨(dú)作用時(shí))………………(2.44)==-0.0072mm其中I==2747500…………(2.45)在單獨(dú)作用下：………………(2.46)==-0.0182mm在兩力得共同作用下：………(2.47)故在共同作用下，x處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為…………………(2.48)而一般的剛度=0.21~0.35mm故符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不驗(yàn)算了。1）下面校核由Ⅴ傳到主軸時(shí)的強(qiáng)度，剛度，校核，主軸的傳動(dòng)功率：P主==5.9974KW………(2.49)主軸轉(zhuǎn)矩：T主==143188Nmm…………(2.50)支點(diǎn)上的力：…………(2.51)………(2.52)根據(jù)彎矩平衡：………………(2.53)求得：RHE=-244.9N根據(jù)力得平衡：2）垂直平面得彎矩：=868.6N………………(2.54)=501.1N……………(2.55)根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有：…………………(2.56)再根據(jù)力得平衡：則可得B、C點(diǎn)得彎矩圖：在B點(diǎn)和C點(diǎn)為最危險(xiǎn)截面，要滿足要求，B、C點(diǎn)滿足即可，在B、C截面得彎矩為：=110489.6N·㎜……………(2.57)=708402.5N·㎜……………(2.58)扭矩圖為：經(jīng)分析可知B所在得位置為最危險(xiǎn)截面，只要B滿足條件即可，則剛度滿足。計(jì)算彎矩=942100N·㎜…………(2.59)軸得抗彎截面系數(shù)為：……(2.60)=58.94………(2.61)故滿足第三強(qiáng)度理論剛度驗(yàn)算：在水平面內(nèi)，單獨(dú)作用時(shí)：………………(2.62)==-0.018147mm其中I==2747500………(2.63)在單獨(dú)作用下：………………(2.64)==-0.00551mm在兩力的共同作用下：………(2.65)在垂直面內(nèi)有(在單獨(dú)作用時(shí))………………(2.66)==-0.0066mm其中I==2747500…………(2.67)在單獨(dú)作用下：………………(2.68)==-0.001515mm在兩力得共同作用下：…………(2.69)故在共同作用下，x處為危險(xiǎn)截面，其最大繞度為……(2.70)而一般的剛度=0.21~0.35mm故符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不驗(yàn)算了。2.4離合器的選用離合器在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可將傳動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)分離或接合，對(duì)離合器的要求有：接合平穩(wěn)，分離迅速?gòu)氐?；調(diào)節(jié)和修理方便；外廓尺寸?。毁|(zhì)量??；耐磨性好和有足夠的散熱能力；操作方便省力。離合器的類型很多，常用的可分牙嵌式和摩擦式。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我選用了電磁式摩擦片離合器。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值；。第3章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)總體方案的擬定.機(jī)電一體化控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成.控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要包括各種機(jī)床,如車床、銑床、磨床等等.控制系統(tǒng)的基本組成如下圖所示:通信接口通信接口軟件微機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)機(jī)床開(kāi)關(guān)量控制電路主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路主軸電動(dòng)機(jī)4.2總控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)1.單片機(jī)的設(shè)計(jì)(1)MCS-51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS-51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是8031，8031可尋址64KB字節(jié)程序存貯器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒(méi)有程序存貯器，必須外接EPROM程序存貯器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分為三部分。a.電源及時(shí)鐘引腳此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2。電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc（40腳）：接+5V電源。Vss（20腳）：接地。時(shí)鐘引腳（18、19腳）：外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。b.控制引腳它包括RST、ALE、、等。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功能。RST/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為≤0.5V的低電平，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接備用電源（VPD），以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（（5±0.5）V）時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/（30腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問(wèn)外部存貯器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。（29腳）：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問(wèn)外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存貯器指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。/Vpp（31腳）：當(dāng)端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)的是內(nèi)部程序存貯器，但當(dāng)PC值超過(guò)某值時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問(wèn)外部程序存貯器。對(duì)8031來(lái)說(shuō)，因其無(wú)內(nèi)部程序存貯器。所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問(wèn)外部程序存貯器。c.輸入/輸出引腳輸入/輸出（I/O）口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口（P0.0-P0.7）：為雙向8為三態(tài)I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1口（P1.0-P1.7）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入口時(shí)，鎖存器必須置1），可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P2口（P2.0-P2.7）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位使用。P3口（P3.0-P3.7）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。(2)MCS-51單片機(jī)的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟,它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏.MCS-51片內(nèi)有一個(gè)反相放大器,XTAL1、XTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端,該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器,產(chǎn)生的時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件.單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種,大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式.最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路,不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī),其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同.如下圖所示:MCS-51單片機(jī)允許的振蕩晶體可在1.2MHz-24MHz之間可以選擇,一般取11.0592MHz.電容C1、C2的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響.C1、C2可在20pF-100pF之間選擇,一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30pF,外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47pF,取60pF-70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性.在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTAL1、XTAL2引腳安裝,以減少寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作.為了提高溫度穩(wěn)定性,應(yīng)采用NPO電容.(3)MCS-51單片機(jī)的復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作.單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的,MCS-51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST,高電平有效.它是施密特觸發(fā)輸入,當(dāng)振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平,使器件復(fù)位,只要RST保持高電平,MCS-51便保持復(fù)位狀態(tài).此時(shí)ALE,,P0,P1,P2,P3口都輸出高電平.RST變位低電平后,退出復(fù)位狀態(tài),CPU從初始狀態(tài)開(kāi)始工作.復(fù)位操作不影響片內(nèi)RAM的內(nèi)容.MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式.通常因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)動(dòng)等的需要,常常需要人工按鈕復(fù)位,如下圖所示:對(duì)于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻,故電阻R2可不接.單片機(jī)在上電瞬間,RC電路充電,RST引腳端出現(xiàn)正脈沖,只要RST端保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平(因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms),就能使單片機(jī)有效復(fù)位.當(dāng)晶體振蕩頻率為12MHz時(shí),RC的典型值為C=10μF,R=8.2KΩ.簡(jiǎn)單復(fù)位電路中,干擾信號(hào)易串入復(fù)位端,可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存錯(cuò)誤復(fù)位,這時(shí)可在RST引腳上接一去耦電容.上圖那上電按鈕復(fù)位電路只需將一個(gè)常開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路,按下開(kāi)關(guān)一定時(shí)間就能使RST引腳端為高電平,從而使單片機(jī)復(fù)位.4.2.2系統(tǒng)的擴(kuò)展在以8031單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中必須擴(kuò)展程序存貯器，用以存放控制程序。同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的存貯器容量較小，不能滿足實(shí)際需要，還要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存貯器。這種擴(kuò)展就是配置外部存貯器（包括程序存貯器和數(shù)據(jù)存貯器）。另外，在單片機(jī)內(nèi)部雖然設(shè)置了若干并行I/O接口電路，用來(lái)與外圍設(shè)備連接。但當(dāng)外圍設(shè)備較多時(shí)，僅有幾個(gè)內(nèi)部I/O接口是不夠的，因此，單片機(jī)還需要擴(kuò)展輸入輸出接口芯片。程序存貯器的擴(kuò)展MCS-51系列單片機(jī)的程序存貯器空間和數(shù)據(jù)存貯器空間是相互獨(dú)立的。程序存貯器尋址空間為64KB（0000H-0FFFFH），8031片內(nèi)不帶ROM，所以要進(jìn)行程序存貯器的擴(kuò)展。用作程序存貯器的常用的器件是EPROM。由于MCS-51單片機(jī)的P0口是分別復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，在進(jìn)行程序存貯器擴(kuò)展時(shí)，必須用地址鎖存器鎖存地址信號(hào)。通常地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí)，鎖存端G可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存。根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)程序存貯器容量要求的不同，常采用的擴(kuò)展芯片擴(kuò)展EPROM2716（2KB×8）、2732A（4KB×8）、2764A（8KB×8）、27128A（16KB×8）、27256（32KB×8）和27512（64KB×8）等。以上6種EPROM均為單一+5V電源供電，維持電流為35mA-40mA，工作電流為75mA-100mA，讀出時(shí)間最大為250ns，均有雙列直插式封裝形式，A0-A15是地址線，不同的芯片可擴(kuò)展的存貯容量的大小不同，因而提供8位地址的P2端口線的數(shù)量各不相同，故2716為A0-A10，27512為A0-A15；D0-D7是數(shù)據(jù)線；CE是片選線，低電平有效；OE是數(shù)據(jù)輸出選通線；Vpp是編程電源；Vcc是工作電源；PGM是編程脈沖輸入端。根據(jù)程序存貯器擴(kuò)展的原理，以EPROM2764A和鎖存器74LS373為例對(duì)8031單片機(jī)進(jìn)行程序存貯器的擴(kuò)展。因?yàn)?764A是8KB容量的EPROM，故用到了13根地址線，A0-A12。如果只擴(kuò)展一片程序存貯器EPROM，故可將片選端CE直接接地。下圖為擴(kuò)展兩片EPROM的連接方法。同時(shí)，8031運(yùn)行所需的程序指令來(lái)自2764A，要把其EA端接地，否則，8031將不會(huì)運(yùn)行。(2)數(shù)據(jù)存貯器的擴(kuò)展8031單片機(jī)內(nèi)部有128個(gè)字節(jié)RAM存貯器。CPU對(duì)內(nèi)部的RAM具有豐富的的操作指令。但在用于數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存貯器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在這種情況下，可利用MCS-51的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存貯器。數(shù)據(jù)存貯器只使用WR、RD控制線而不用PSEN。正因?yàn)槿绱?，?shù)據(jù)存貯器與程序存貯器可完全重疊，均為0000H-FFFFH，但數(shù)據(jù)存貯器與I/O口與外圍設(shè)備是統(tǒng)一遍址的，即任何擴(kuò)展的I/O口以及外圍設(shè)備均占用數(shù)據(jù)存貯器地址。8031的P0口為RAM的復(fù)用地址/數(shù)據(jù)線，P2口用于對(duì)RAM進(jìn)行頁(yè)面尋址（根據(jù)其容量不同，所占的P2端口不同，在對(duì)外部RAM讀/寫期間，CPU產(chǎn)生RD/WR信號(hào)。在8031單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，靜態(tài)RAM是最常用的，由于這種存貯器的設(shè)計(jì)無(wú)需考慮刷新問(wèn)題，因而它與微處理器的接口很簡(jiǎn)單。最常用的靜態(tài)RAM芯片有6116（2KB×8）和6264（8KB×8）。單一+5V供電，額定功耗分別為160mW和200mW，典型存取時(shí)間均為200ns，均有雙列之插式封裝，管腳分別為24和28線。下圖是6264與8031的連接圖。從圖中知：6264的片選接8031的P2.7，第二片選線CS2接高電平，保持一直有效狀態(tài)。因6264是8KB容量的RAM，故用到了3根地址線。6264的地址范圍為0000H-7FFFH對(duì)于一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)，必須具備一定容量的程序存貯器和一定容量的數(shù)據(jù)存貯器。8031單片機(jī)外部擴(kuò)展兩片2764EPROM和兩片6264靜態(tài)RAM。程序存貯器2764的地址為：0000H-1FFFH。數(shù)據(jù)存貯器6264的地址為0000H-7FFFH。(1)I/O口的擴(kuò)展MCS-51系列單片機(jī)大多具有四個(gè)8位I/O口（即P0、P1、P2、P3），原理上這四個(gè)I/O口均可用作雙向并行I/O接口。但在實(shí)際應(yīng)用中，P0口常被用作為數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線使用，P2口常被用作為高8位地址總線使用，P3口某些位又常用它的第二功能，特別是無(wú)ROM型的單片機(jī)因必須擴(kuò)展外部程序存貯器，則更是如此。所以，若一個(gè)MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)需連接較多的并行輸入/輸出的外圍設(shè)備（如打印機(jī)、鍵盤、顯示器等），單片機(jī)本身所提供的輸入輸出口不能滿足，就不可避免地要擴(kuò)展并行I/O接口。常用的MCS-51并行I/O接口擴(kuò)展方法主要有四種：采用可編程的并行接口電路，如8255A；采用可編程的RAM/IO擴(kuò)展器，如8155；采用TTL或CMOS電路的三態(tài)門、鎖存器，如74LS377、74LS373、74LS244；利用MCS-51的并行擴(kuò)展并行I/O接口。a.8255A可編程外圍并行I/O接口8255A是可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個(gè)8位的并行I/O口，具有三種工作方式，可通過(guò)程序改變其功能，因而使用方便，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路。在單片機(jī)的I/O口擴(kuò)展8255芯片，其接口相當(dāng)簡(jiǎn)單，如下圖所示：圖中8255的分別與MCS-51的相連；8255的D0-D7直接接MCS-51的P0口。片選信號(hào)CS口及地址選擇線A0、A1分別由8031的P0.0、P0.1、P0.2經(jīng)地址鎖存器后提供。故8255的A、B、C口及控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255的復(fù)位端與8031的復(fù)位端相連，都接到8031的復(fù)位電路上。在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，必須根據(jù)外圍設(shè)備的類型選擇8255的操作方式，并在初始化程序中把相應(yīng)的控制字寫入操作口。8255接口芯片在MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛用于連接外部設(shè)備，如打印機(jī)，鍵盤，顯示器以及作為控制信息的輸入、輸出口。b.8155可編程外圍并行I/O接口8155/8156芯片內(nèi)包含有256個(gè)字節(jié)RAM，2個(gè)8位和一個(gè)6位的可編程并行I/O口，1個(gè)14位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。8155/8156可直接與MCS-51單片機(jī)連接，不需要增加任何硬件邏輯。由于8031單片機(jī)外接一片8155后，就綜合地?cái)U(kuò)展了數(shù)據(jù)RAM、I/O端口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。因而是MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。在8155的控制邏輯部件中，設(shè)置一個(gè)控制命令寄存器和一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志寄存器。8155的工作方式由CPU寫入控制命令寄存器中的控制字來(lái)確定。控制命令寄存器只能寫入不能讀出，8位控制命令寄存器的低4位用來(lái)設(shè)置A口、B口和C口的工作方式。第4、5位用來(lái)確定A口、B口以選通輸入輸出方式工作時(shí)是否允許中斷請(qǐng)求。第6、7位用來(lái)設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的操作。8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或選通方式，C口可作為輸入輸出口線，也可作為A口、B口選通方式工作的狀態(tài)控制信號(hào)。其工作情況與8255方式0、方式1時(shí)大致相同，控制信號(hào)的含義也基本相同。另外，在8155中還設(shè)有一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志、寄存器，用來(lái)存放A口和B口的狀態(tài)標(biāo)志。狀態(tài)標(biāo)志寄存器的地址與命令寄存器的地址相同，CPU只能讀出，不能寫入。8155中還設(shè)有一個(gè)14位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可用來(lái)定時(shí)或?qū)ν獠渴录?jì)數(shù)，CPU可通過(guò)程序選擇計(jì)數(shù)長(zhǎng)度和計(jì)數(shù)方式。計(jì)數(shù)長(zhǎng)度和計(jì)數(shù)方式由輸入計(jì)數(shù)寄存器的計(jì)數(shù)控制字來(lái)確定。MCS-51單片機(jī)可以和8155直接相連而不用任何外加邏輯，MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展一片8155可以為系統(tǒng)增加256字節(jié)外RAM，22根I/O口線及一個(gè)14位定時(shí)器。下圖為8155與8031的一種接口邏輯，圖中P2.7連片選信號(hào)CE，P2.0連，所以8155的RAM的地址為7E00H-7EFFH；I/O寄存器地址分別為：命令字/狀態(tài)字寄存器地址為7F00H，PA口地址為7F01H，PB口地址為7F02H，PC口地址為7F03H，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器低字節(jié)寄存器地址為7F04H，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器高字節(jié)寄存器地址為7F05H。4.2.3鍵盤、顯示器接口設(shè)計(jì)（1）矩陣式鍵盤接口設(shè)計(jì)矩陣式鍵盤適用于按鍵較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列交叉點(diǎn)上。如一個(gè)4×4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤等等。在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣鍵盤比獨(dú)立鍵盤節(jié)省了很多I/O口。按鍵設(shè)置在行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無(wú)按鍵動(dòng)作時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低，則行線電平為低；列線電平為高，則行線電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的行和列電平。所以，必須將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并作適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。對(duì)于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一確定，所以分別對(duì)行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高4位是行號(hào)，低4位是列號(hào)將是非常直觀的。（2）顯示器接口設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED。LED顯示塊由發(fā)光二極管顯示字段組成，有7段和“米”字型之分，一片顯示塊顯示一位字符。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。由于7段LED顯示塊有7個(gè)段發(fā)光二極管，所以其字形碼為一個(gè)字節(jié)；“米”字形LED顯示塊有15段發(fā)光二極管，所以字形碼為兩個(gè)字節(jié)。由n片LED顯示塊可拼接成n位LED顯示器，共有n根位選線和8×n根段選線，根據(jù)顯示方式不同，位選線和段選線的連接也各不相同，段選線控制顯示字符的字型，而位選線則控制顯示位的亮、暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。在多位LED顯示時(shí)，為了節(jié)省I/O口線，簡(jiǎn)化電路，降低成本，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示方式是一位一位地分別輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對(duì)每位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間輪流點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮和熄滅時(shí)間的比例有關(guān)。這種顯示方式將七段LED顯示器的所有段選位并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，實(shí)現(xiàn)各位顯示器的分時(shí)選通。下圖是LED顯示器采用共陰極方式，6個(gè)顯示器的段選碼由8155的PB口提供，位選碼由8155的PA口提供（PA口同時(shí)也提供行列式未編碼鍵盤的列線），行列式未編碼鍵盤的行線由PC口提供。圖中設(shè)置了36個(gè)鍵。如果繼續(xù)增加PC口線，設(shè)全部PC口線（PC0-PC5）用作鍵盤的行線，全部PA口線（PA0-PA7）作鍵盤列線，則按鍵最多可達(dá)8×6個(gè)。下圖中8155的PB口掃描輸出總是只有一位為高電平，即PB口經(jīng)反相后僅有一位公共陰極為低電平，8155的PA口則輸出相應(yīng)位（PB口輸出為高對(duì)應(yīng)的位顯示器）的顯示數(shù)據(jù)，使該位顯示與顯示緩沖器相對(duì)應(yīng)的字符，而其余各位均為熄滅，依次改變8155的PB口輸出為高的位，PB口輸出對(duì)應(yīng)的顯示緩沖器的數(shù)據(jù)。4.2.4步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)（1）步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)原理每輸入一個(gè)脈沖,步進(jìn)電機(jī)就前進(jìn)一步,因此,它也稱作脈沖電動(dòng)機(jī).其種類很多,但主要分三大類:反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),以及永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī).反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單,是應(yīng)用最廣泛的一種.按控制繞組的相樹分有三相,四相,五相,六相等等.無(wú)論哪種步進(jìn)電動(dòng)機(jī),他們的工作原理都有相同之處:數(shù)字式脈沖信號(hào)控制定子磁極上的控制繞組,按一定順序依次通電,在頂子和轉(zhuǎn)子的氣隙間形成步進(jìn)式的磁極軸旋轉(zhuǎn).步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng),當(dāng)然也可以閉環(huán)系統(tǒng).下圖是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的原理圖,它由以下幾部分組成:脈沖信號(hào)源――是一個(gè)脈沖發(fā)生器,通常脈沖頻率連續(xù)可調(diào),送到脈沖分配器的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率由控制信號(hào)控制.因脈沖頻率可調(diào),也稱為變頻信號(hào)源.脈沖分配器――脈沖按一定的順序送到功率放大器中進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作．用硬件進(jìn)行脈沖順序的分配，有時(shí)稱為環(huán)行分配器，也簡(jiǎn)稱環(huán)分．功率放大器――將脈沖分配器送來(lái)的脈沖放大，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)獲得必要的功率．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)――伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，如減速裝置，絲桿，工作臺(tái)．（2）脈沖分配對(duì)每一個(gè)五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)而言，其脈沖分配方式是五相十拍的的．其五相分別用Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ表示．五相十拍的運(yùn)行方式是Ａ－ＡＢ－Ｂ－ＢＣ－Ｃ－ＣＤ－Ｄ－ＤＥ－Ｅ－ＥＡ順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊睫D(zhuǎn)動(dòng)．要改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只需改變通電的順序即可．脈沖分配器是將脈沖電源按規(guī)定的通電方式分配到各相，該分配可由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)．在微機(jī)控制中，脈沖的分配也可由軟件來(lái)完成，Ｐ１.０，Ｐ１.１，Ｐ１.２，Ｐ１.３，Ｐ１.４五位分別輸出時(shí)序脈沖，經(jīng)光電隔離、驅(qū)動(dòng)放大使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)．延時(shí)的長(zhǎng)短決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行一拍的時(shí)間，也就決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速．（3）驅(qū)動(dòng)電路由微機(jī)根據(jù)控制要求發(fā)出的脈沖，并依次將脈沖分配到各相繞組，因其功率很小，電壓不足５Ｖ，電流為mＡ級(jí)，必須經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器將信號(hào)電流放大到若干安培，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)．因此，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)際上是一個(gè)功率放大器．驅(qū)動(dòng)器的質(zhì)量直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載是電機(jī)的繞組，是強(qiáng)電感應(yīng)負(fù)載．對(duì)驅(qū)動(dòng)器的主要要求是：失真要小，要有較好的前后沿和足夠的幅度；效率要高；工作可靠；安裝調(diào)試和維修方便．下圖是一個(gè)Ｌa繞組的高低壓驅(qū)動(dòng)電路，脈沖變壓器Ｔp組成高壓控制電路。無(wú)脈沖輸入時(shí)，Ｔ１，Ｔ２，均截止，電機(jī)繞組Ｌa中無(wú)電流通過(guò)，電機(jī)不轉(zhuǎn)．有脈沖輸入時(shí)，Ｔ１，飽和導(dǎo)通，在Ｔ２由截止到飽和期間，其集電極電流也就是脈沖變壓器的初級(jí)電流急速增加，在變壓器次級(jí)感應(yīng)一個(gè)電壓，使Ｔ３導(dǎo)通，８０Ｖ高壓經(jīng)高壓管Ｔ３加到繞組Ｌa上，使電流迅速上升，約經(jīng)數(shù)百微妙，當(dāng)Ｔ２進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)后，Ｔp初級(jí)電流暫時(shí)恒定，次級(jí)的感應(yīng)電壓降到０，Ｔ３截止，這時(shí)１２Ｖ低壓電流經(jīng)Ｄ２加到繞組Ｌa上，維持Ｌa中的電流為恒定值．輸入脈沖結(jié)束后，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４又均截止，儲(chǔ)存在Ｌa中的能量通過(guò)１８Ω的電阻和二極管泄放，１８Ω的電阻的作用是減小放電回路的時(shí)間常數(shù)，改善電流波形后沿．由于采用高低壓驅(qū)動(dòng)，電流增長(zhǎng)快，電機(jī)的力矩和運(yùn)行頻率都得到改善，但由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，使電流波形頂部下凹，使平均電流下降，轉(zhuǎn)矩下降．4.2.5光電隔離電路設(shè)計(jì)為了避免外部設(shè)備的電源干擾，防止被控對(duì)象電路的強(qiáng)電反竄，通常采取將微機(jī)的前后向通道與被連模塊在電氣上的隔離的方法。過(guò)去通常隔離變壓器或中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而目前已廣泛被性能高、價(jià)格低的光電耦合器來(lái)代替。光電耦合器是把發(fā)光元件與受光元件封裝在一起，以光作為媒體來(lái)傳輸信息的。其封裝形式有管形，雙列直插式、光導(dǎo)纖維連接等。發(fā)光器件一般為砷化鎵紅外發(fā)光二極管。光電耦合器具有以下特點(diǎn)：（1）信號(hào)采取光電形式耦合，發(fā)光部分與受光部分無(wú)電氣回路，絕緣電阻高達(dá)1010-1012Ω，絕緣電壓為1000-5000V，因而具有極高的電氣隔離性能，避免輸出端和輸入端之間可能產(chǎn)生的反饋和干擾。（2）由于發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，動(dòng)態(tài)電阻很小，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)外的噪聲干擾信號(hào)形成低阻抗旁路，因此抗干擾能力強(qiáng)，共模抑制比高，不受磁場(chǎng)的影響，特別是用于長(zhǎng)線傳輸時(shí)作為終端負(fù)載，可以大大地提高信噪比。（3）光電耦合器可以耦合零到數(shù)千赫的信號(hào)，且響應(yīng)速度快（一般為幾毫秒，甚至少于10ns），可以用于高速信號(hào)的傳輸。下圖的光電耦合器是采用硅光電二極管作受光元件。其CTR為10%-100%，脈沖上升和下降時(shí)間小于5μs，輸出電路飽和壓降小（0.2V-0.3V），電路構(gòu)件簡(jiǎn)單，是目前應(yīng)用較多的一種，主要用于驅(qū)動(dòng)TTL電路、傳輸線隔離、脈沖放大等。晶體管輸出型的光電耦合器用于開(kāi)關(guān)信號(hào)耦合時(shí)，發(fā)光二極管和光電晶體管平常都處于關(guān)斷狀態(tài)。在發(fā)光二極管通過(guò)電流脈沖時(shí)，光電晶體管在電流脈沖持續(xù)的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通。下圖是使用4N25光電耦合器的接口電路，這里4N25起到耦合脈沖信號(hào)和隔離單片機(jī)8031系統(tǒng)與輸出設(shè)備電氣回路的作用，使兩部分的電流相互獨(dú)立。輸出部分的地線Vss接地殼或大地，而單片機(jī)的電源地線（GND）浮空，這樣可以避免輸出部分電源變化對(duì)單片機(jī)電源的影響。4.2.6其它接口電路設(shè)計(jì)（1）面板操作鍵和功能選擇開(kāi)關(guān)：面板操作鍵與8255的PB口接口電路。圖中SB1-SB6為手動(dòng)操作進(jìn)給鍵，分別完成人工操作的±X、±Y、±Z的進(jìn)給。運(yùn)行時(shí)按下此鍵，可中斷程序的運(yùn)行?；亓?，使工具電極沿X軸、Y軸、Z軸回到機(jī)械零點(diǎn)。（2）功能選擇開(kāi)關(guān)SA為一個(gè)單刀7擲波段開(kāi)關(guān)，它與系統(tǒng)的8255PA口相連。用于連續(xù)、單步、自動(dòng)、手動(dòng)、暫停、啟動(dòng)等功能的選擇。4.3部分控制程序：4.3.1直線圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)在機(jī)電設(shè)備中，執(zhí)行部件要實(shí)現(xiàn)平面斜線和圓弧曲線得路徑運(yùn)動(dòng)，必須通過(guò)兩個(gè)方向得合成來(lái)完成，在數(shù)控機(jī)床中，這是由X，Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)得工作臺(tái)，按照插補(bǔ)控制原理實(shí)現(xiàn)得。插補(bǔ)原理在有關(guān)課程中學(xué)過(guò)。4.3.2直線插補(bǔ)程序ORG2000HMAIN：MOVSP，#60HLP4：MOV28H，#0C8H；XeMOV29H，#0C8H；YeMOV2AH,#00H;XMOV2BH,#00H;YMOV2EH,#00H;FMOV70H,#0AHLP3:MOVA,2EHJBACC,7,LP1MOVA,70HSETBACC.0CLRACC.2MOV70H,A;LCALLMOTR；調(diào)步進(jìn)電機(jī)得控制子程序，+X方向進(jìn)給一步SUBBA。29H；F-YeINC2AH；X+1AJMPLP2LP1：MOVA，70HSETBACC。2CLRACC.0；LCALLMOTR；調(diào)步進(jìn)電機(jī)得控制子程序，+Y方向進(jìn)給一步LCALLDELAYMOVA，2EHADDA，28H；F+YLP2：MOV2EH，AMOVA，28HCJNEA，2AH，LP3；Xe=X？RET程序中MOTR為步進(jìn)電機(jī)得控制子程序。如用硬件實(shí)現(xiàn)環(huán)分。如采用環(huán)形分配器，則需要由軟件程序完成硬件環(huán)分得功能，見(jiàn)步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)。4.3.3圓弧插補(bǔ)程序設(shè)計(jì)XLEQU18HXHEQU19HYLEQU28HYHEQU29HXeLEQU1AHXeHEQU1BHYeLEQU2BHFLEQU2CHFHEQU2DHORG2400HMAIN：MOVSP，#60H；MOV70H，#08H；MOVXL，#80H；XLMOVXH，#0CH；XHMOVYeL，#80H；YeLMOVXeL，#00H；XeLMOVXeH，#00H；XeHMOVYL，#00H；YLMOVYH，#00H；YHMOVFL，#00H；FLMOVFH，#00H；FHLP3MOVA，F(xiàn)HJNBACC.7，LP1MOVA，70HSETBACC.2CLRACC.0；LCAALMOTR；MOVR1，#28H；MOVR0，#1CH；MOVR7，#02H；LCALLMULT2；2*YADDCLRCMOVA,FLADDCA,1CHMOVFL,AMOVA,FHADDCA,1DH;F+2YMOVFH,ACLRCMOVA,YLADDA,#00HMOV28H,AMOVA,YHADDCA,#00HMOVYH,ACLRCMOVA,FLADDA,#01HMOVFL,AMOVA,FHADDCA,#00HMOVFH,A;F+2Y+1AJMPLP2MOVA,70HSETBACC.0MOV70H,A;LCALLMOTRMOVR1，#18H；XLMOVR0，#1CHMOVR7#02HLCALLMULT2，2*SUBCLRCMOVA，1CHSUBBA，F(xiàn)LMOVFL，AMOVA，F(xiàn)HSUBBA，1DHMOVXL，AMOVA，XLSUBBA，#00HMOVXH，A；X-1CLRCMOVA，F(xiàn)LADDA，##01HMOVFL，AMOVA，F(xiàn)HADDCA，#00HMOVFH，A；F-2X+1LP2：MOVA，YHCJNEA，YeH，LP3A；YH=Ye？]MOVA，YLCJNEA，Ye，LP3A；YL=YeL？LP3A：AJMPLP3ORG2500HMULT2：PUSHPSW；雙字節(jié)乘2子程序 PUSHAPUSHBCLRCMOVR2，#00HSH1：MOVA，@R1MOVB,#02HMULABPOPPSWADDCA,R2MOVR0,AINCR0INCR1DJNZR7,SH1POPBPOPPSWRET4.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.4.1步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)我們知道步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制需要變頻信號(hào)源、環(huán)形分配器以及功率放大器等硬件。而在微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中，變頻信號(hào)和環(huán)形分配器可用軟件代替，并且還可以方便地實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減速控制。我們?cè)O(shè)計(jì)所選用的步進(jìn)電機(jī)是五相十拍的。8255的PA口為輸出口，分別控制步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D、E五相，由軟件實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能，PA口分別輸出時(shí)序脈沖，經(jīng)光電隔離，驅(qū)動(dòng)放大使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。五相十拍的步進(jìn)電機(jī)的通電方式為：A-AB-B-BC-C-CD-D-DE-E-EA。按以上順序通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，按反相通電，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由8255的PA口輸出控制字，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。同時(shí)在兩控制字之間加入一定的延時(shí)時(shí)間，延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短決定可步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一拍得時(shí)間，從而也就決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)控制程序的框圖如下圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1？置正轉(zhuǎn)控制字指針置反轉(zhuǎn)控制字指針輸出控制字延時(shí)、控制字地址指針+1是結(jié)束標(biāo)志總步數(shù)為0？恢復(fù)控制字首指針恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回YYN圖步進(jìn)電機(jī)控制的程序框圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速控制程序如下：PUSHA;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)MOVR4,#N;設(shè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器CLRC;ORLC,D5H;轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1轉(zhuǎn)移JCROTE;MOVR0,#20H;正轉(zhuǎn)控制字首指針AJMPLOOP;ROTE:MOVR0,#27H;反轉(zhuǎn)控制字首指針LOOP:MOVA,@R0;MOVP1,A;輸出控制字ACALLDELAY;延時(shí)INCR0;指針加1MOVA,#00H;ORLA,@R0;JZTPL;是結(jié)束標(biāo)志轉(zhuǎn)移LOOP1:DJNZR4,LOOP;步數(shù)不為零轉(zhuǎn)移POPA;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)RET;返回TPL:MOVA,R0;CLRC;SUBBA,#06H;MOVR0,A;恢復(fù)控制字首指針AJMPLOOP1DELAY:MOVR2,#M;DELAY1:MOVA,#M1;LOOP:DECA;JNZLOOP;DNJZR2,DELAY1RET上述程序的延時(shí)是由循環(huán)程序完成的，在CPU繁忙的情形下，可通過(guò)定時(shí)器延時(shí)，中斷方式輸出控制字。4.4.2LED動(dòng)態(tài)顯示接口程序設(shè)計(jì)LED動(dòng)態(tài)顯示接口MOD：PUSHACC；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PUSHDPHPUSHDPLSETBRS0MOVR0，#CWR；指向8155控制口MOVA，#4DH；設(shè)置8155工作方式字MOVX@R0,A；設(shè)A口、C口都為輸入DIR：MOVR0，#DIS5；指向顯示緩沖區(qū)首單元MOVR6，#20H；選中最左數(shù)碼管MOVXR7，#00H；設(shè)定顯示時(shí)間MOVDPTR，#TAB；指向字形表首址DIRI：MOVA，#00HMOVR1，#POC；指向8155A口（字形口）MOVX@R1,AMOVXA,@R0；取要顯示的數(shù)MOVCA，@A+DPTR；查表得字形碼]MOVR1，#POA；指向8155A口（字形MOV@R1，A；送字形碼MOVA，R6；取位選字MOVR1，#POC；指向位選口MOV@R1，A；送位選字HERE：DJNZR7，HERE；延時(shí)INCR0；更新顯示緩沖單元CLRCMOVA，RaRRCA；位選字移位MOVRa,AJNZDIR1；未掃描完繼續(xù)循環(huán)CLRRS0；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)POPDPLPOPDPHPOPACCRETTAB：DB3FH,06,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07；0—7DB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H；8—0FH結(jié)論本次設(shè)計(jì)成功地設(shè)計(jì)出ZXK-7532數(shù)控立式鉆銑床主運(yùn)動(dòng)