【毕业设计】基于单片机的磨床控制系统设计(有图纸哦)电大考试必备小抄.doc

石家庄铁道大学四方学院毕业设计 基于单片机的磨床控制系统设计 the design of grinder control system based on mcu 20112011 届届 电气工程电气工程 系系 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 学学 号号 2007627520076275 学生姓名学生姓名 安美霞安美霞 指导老师指导老师 马马 丽丽 完成日期 2011 年 5 月 25 日 毕业设计成绩单毕业设计成绩单 学生姓名安美霞学号 20076275 班级 0710-4 专业电气工程及其自动化 毕业设计题目基于单片机的磨床控制系统设计 指导教师姓名马丽 指导教师职称高级工程师 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人得分 答辩小组 组长 得分 成绩： 院长(主任) 签字： 年 月 日 毕业设计任务书毕业设计任务书 题 目基于单片机的磨床控制系统设计 学生姓名安美霞学号 20076275 班级 0710-4 专业电气工程及其自动化 承担指导 任务单位 电气工程系 导师 姓名 马丽 导师 职称 高级工程师 一、主要内容 用单片机控制磨刀电机、磨刀进给电机和主轴电机的速度和位置，实现管道磨削的自动 控制。 二、基本要求 1根据要求设计磨床控制系统。 2要求系统具有手动和自动两种工作方式：手动工作方式下，要能根据工艺要求实现对 磨削厚度的设定，可单独控制每个电机的启动、停止和调速；自动方式下，自动加工时能自 动实现各个电机启动、调速和停止，从而实现管道磨削的自动控制。 3要求显示磨刀进给的实际行程、每次的实际进刀量和当前进刀次数。 4编写程序并调试仿真通过。 三、主要技术指标 1主轴电机为三相笼型异步电动机，由变频器控制，电机速度和旋转方向可以通过单片 机或旋钮对变频器的控制来实现。 2磨刀进给电机为三相笼型异步电动机，由变频器控制，具有快进、快退、慢进、慢退 四种速度，通过单片机可以根据工艺要求实现高、低速切换。 3磨刀电机为三相笼型异步电动机，不需要调速，通过单片机控制可以实现电机的启动 和停止。 4系统有手动和自动两种工作方式。 5需要设置功能键和数字键来设置参数。 6无论哪种工作方式都能显示磨刀进给的实际行程（9999.9mm）、每次的实际进刀量 （0.19.9mm）和当前进刀次数（19 次） 。 四、应收集的资料及参考文献 1单片微型计算机原理及接口技术 高峰 科学出版社 2电机原理及拖动 彭鸿才 机械工业出版社 五、进度计划 1第 1 周第 2 周 调研、收集材料，完成开题报告 2第 3 周第 5 周 分析、确定方案 3第 6 周第 11 周 设计系统、编写单片机程序 4第 12 周第 15 周 撰写论文 5第 16 周 完善论文，答辩 教研室主任签字时 间年 月 日 毕业设计开题报告毕业设计开题报告 题 目基于单片机的磨床控制系统设计 学生姓名安美霞学号 20076275 班级 0710-4 专业电气工程及其自动化 一、本课题研究背景 十八世纪 30 年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和机械等零件淬硬后的加工，英国、 德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。1876 年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普 公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮 进行磨削加工，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、坐标磨床、无心磨床、平面磨床、砂带磨 床、导轨磨床、工具磨床、多用磨床、专用磨床等。 二、国内外研究现状 1900 年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。到 了 1920 年前后，无心磨床、双端面磨床和超精加工机床等相继制成使用；50 年代又出现了可 作镜面磨削的高精度外圆磨床；60 年代末又出现了砂轮线速度达 6080m/s 的高速磨床和大 切深、缓进给磨削平面磨床；70 年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上 得到了广泛的应用。微处理机的数字控制使磨床的磨削速度具有一致的信号，可以按照指令 信号进刀，从程序上就可以控制整个操作流程，具有多功能，高性能，高速度，低功耗的优 点。 三、研究方案 1主轴电机通过单片机控制继电器，由继电器的常开触点分别控制变频器的正反转的外 部输入端子，从而实现对电机正反转的控制，主轴旋转的速度由电位器进行调节。主轴速度 的检测采用霍尔元件。磨刀进给电机是由单片机控制继电器，继电器的常开触点控制变频器 的外部输入端子，从而具有快进、快退、慢进和慢退四种速度。磨刀小车的位移采用编码器 进行检测。磨刀电机采用中间继电器和接触器实现对三相异步电动机的控制，从而实现电机 的启动和停止。 2数字键的设定，采用智能按键，即设定三个按键，一个作为设定键，一个作为数值的 设置键，一个作为设定数值的移位键。数码显示采用两个四位的七段数码管，采用动态扫描 的方法显示。外扩一片 8155 芯片来扩展 i/o 接口。在程序的设计中由于按键比较多，因此 采用行列矩阵式键盘，利用这种行列矩阵式需要 n 个行线和 m 个列线，即可组成 mn 个按键 的键盘。 3使用 keil c 软件编写、调试程序，调试完成后用 proteus 进行仿真。 四、预期达到效果 可以实现手动和自动两种工作方式的切换。手动方式下可以根据工艺要求实现对磨削厚 度的设定，单独控制各个电机的启动、停止和调速；自动方式下可以实现管道磨削的自动控 制。通过设置的功能键和数字键来设置参数。数码管可以显示设定的参数并且显示加工过程 中磨刀进给的实际行程、每次的实际进刀量和当前进刀次数。 指导教师签字时 间年 月 日 摘 要 本课题是以单片机为控制芯片，设计了磨床控制系统。磨床是利用磨具对工件 表面进行磨削加工的机床。磨床控制系统分为手动方式和自动方式。在手动方式下， 可以根据工艺要求设定磨削厚度，单独控制各个电机；在自动方式下，可以实现管 道的自动磨削控制。在设置磨刀进给的总行程、磨刀在低速时的进刀次数和进刀量 的数值大小时，采用智能按键，即一个按键作为数值大小的设定，另一个按键作为 数值的移位设定键，这样就可以避免设置过多的数值键，从而简化了程序的设计。 该系统是以单片机 c51 语言为基本工具，在 keil vision 4 软件环境下编写和调 试程序，利用 proteus 软件进行磨床控制系统的仿真，模拟磨床的操作流程，可以完 成手动方式和自动方式的操作，并且可以实现两种操作方式的切换。 关键词：单片机 磨床 智能按键 c51 proteus abstract the subject designs grinder control system based on a single chip microcomputer, which is used as the main control. using abrasive tools, grinders grind the surface of the work piece. grinder control system consists of manual mode and automatic mode. in manual mode, we can set the thickness of the work piece grinded according to the different technological requirements and control the motors separately. in automatic mode, it can achieve grinding the pipeline automatically. when setting feed motor displacement, sharpening motor feeding times and feeding volume at low speed, we design two smart- keys. one is used for controlling the setting values; another is for moving the next setting values. in this way, we can set up as few value keys as possible, which simplify the design of the program. this system is based on mcu c51 language. keil vision 4 platform is used to program and debug. proteus platform is used to simulate the operation of the grinder. the program can complete the manual and automatic operations and switch the two operations. key words: mcu grinder smart-key c51 proteus 目 录 第 1 章 磨床的背景及发展1 1.1 磨床的背景1 1.2 磨床的发展1 第 2 章 磨床系统的设计要求及方案2 2.1 磨床系统设计要求2 2.2 设计方案2 第 3 章 系统设计4 3.1 系统主要组成4 3.2 单片机芯片4 3.2.1 p0p3 输入/输出引脚5 3.2.2 控制信号引脚6 3.3 并行口扩展6 3.3.1 8155 内部结构及地址分配6 3.3.2 8155 的命令控制字7 3.4 电机和变频器8 3.5 霍尔元件8 3.6 编码器9 3.7 键盘9 3.8 显示10 第 4 章 电气接线及原理图11 4.1 电气接线11 4.2 系统原理图11 第 5 章 软件设计及调试12 5.1 软件设计12 5.1.1 主程序模块12 5.1.2 led 显示模块13 5.1.3 按键查询模块14 5.1.4 键值判断模块15 5.1.5 按键设定模块16 5.1.6 磨刀进给小车自动停止模块18 5.1.7 手动程序模块19 5.1.8 自动程序模块20 5.1.9 外部中断模块21 5.2 软件调试22 i 第 6 章 系统仿真23 6.1 仿真软件 proteus23 6.2 程序的调试与仿真23 第 7 章 结论与展望24 参考文献25 致谢26 附录27 附录 a 外文资料27 附录 b 电气接线图38 附录 c 系统原理图39 附录 d 程序40 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 0 第 1 章 磨床的背景及发展 1.1 磨床的背景 十八世纪 30 年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和机械等零件淬硬后的加工， 英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的 机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的。它们结构简单，刚度低，磨削时易 产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876 年在巴黎博览 会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的 机械。 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。磨床能作高精度和表面粗糙 度很小的磨削，也能进行高效率的磨削。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行 磨削加工，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、坐标磨床、无心磨床、平面磨床、砂 带磨床、导轨磨床、工具磨床、多用磨床、专用磨床等1。 1.2 磨床的发展 作为现代制造技术之一，磨床在现代制造领域中占有重要地位。1900 年前后， 人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工 业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。自动测量装置于 1908 年 开始应用到磨床上。到了 1920 年前后，无心磨床、双端面磨床、辊磨床、导轨磨床， 研磨机和超精加工机床等相继制成使用；50 年代又出现了可作镜面磨削的高精度外 圆磨床；60 年代末又出现了砂轮线速度达 6080m/s 的高速磨床和大切深、缓进给 磨削平面磨床；70 年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到 了广泛的应用。微处理机的数字控制使磨床的磨削速度具有一致的信号，可以按照 指令信号进刀，方便快捷，从程序上就可以控制整个操作流程，具有多功能，高性 能，高速度，低功耗的优点2。 数控磨床可以实现多品种的中、小批量生产自动化，可以提高生产效率，减少 成本，提高加工精度。自动测量反馈和数字显示装置的应用提高了机床自动化程度， 节省了辅助时间，减少劳动强度。磨床是金属切削行业的一个重要分支，随着工业 的发展，对机械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工显得更加 重要。尤其在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业，数控磨床发挥着 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 1 越来越大的作用。 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 2 第 2 章 磨床系统的设计要求及方案 2.1 磨床系统设计要求 （1）用单片机控制磨刀电机、磨床小车电机和主轴电机的速度和位置，实现管 道磨削的自动控制，要能根据工艺要求实现对磨削厚度的设定。电机采用三相笼型 异步电动机，其中主轴电机由变频器控制正/反转和旋转速度，旋转速度从 0 到额定 转速之间可调，用电位器调节；磨刀电机只控制电机的起动和停止，只能单方向旋 转，不用调速；磨刀进给电机由变频器控制，具有快进、快退、慢进、慢退四种速 度。 （2）要求系统具有手动和自动两种工作方式：手动工作方式下，可单独控制每 个电机的启动、停止和调速；自动方式下，自动加工时能自动实现各个电机启动、 调速和停止。 （3）需要设置功能键和数字键来设置参数。磨刀进给总行程，单位：mm；设 定范围：9999.9mm。磨刀进给低速时每次进刀量，单位：mm；设定范围： 0.19.9mm。磨刀进给低速时总进刀次数，单位：次；设定范围：19 次。 用数码管显示设定的参数；用数码管显示加工过程中磨刀进给的实际行程、每 次的实际进刀量、当前进刀次数；用 led 指示灯指示各电机工作状态：运行时绿灯 亮，否则绿灯灭。 （4）编写程序并调试仿真通过。 2.2 设计方案 主轴电机是通过单片机控制两个继电器，由继电器的常开触点分别控制变频器 的正反转的外部输入端子，从而实现电机正反转的控制。主轴旋转的速度由电位器 进行调节，可以实现无级变速。主轴速度的检测采用霍尔元件，采用外部中断的方 式，中断 n 次后主轴转过一圈，在自动的工作方式下，每次磨刀小车电机停止时启 动进行主轴圈数的检测。 磨刀小车电机是通过单片机控制继电器，由继电器的常开触点控制变频器的外 部输入端子，从而具有快进、快退、慢进、慢退四种速度。磨刀小车的位移采用编 码器进行检测，即单片机在固定的时间内对脉冲数进行读取、累加并转换成毫米单 位后就可以得到磨刀小车的位移。 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 3 磨刀电机只需控制电机的启动和停止，单方向的旋转。采用中间继电器和接触 器实现对三相异步电动机的控制，从而实现电机的启动和停止。 功能键和数字键的设定，采用智能按键，即设定三个按键，一个作为设定键， 一个作为数值的设置键，一个作为设定数值的移位键。数值的移位键和数值的设定 键采用外部中断的方式。 数据的显示采用两个四位一体的 led 数码管，前四位显示磨刀进给的实际行程， 后四位显示当前的进刀次数和每次的实际进刀量。进刀次数和进刀量之间采用- 作为间隔符。为了减少驱动电路，采用动态扫描的方法显示。 由于 89c51 的 i/o 口数量有限，所以外扩一片 8155 芯片来扩展 i/o 接口。利 用外扩的 8155 i/o 口驱动显示电路。由于在系统设计中按键比较多，因此采用行列 矩阵式键盘，这样就可以减少键盘与单片机接口时所占用的 i/o 口线的数目。利用 这种行列矩阵式需要 n 个行线和 m 个列线，即可组成 mn 个按键的键盘。 采用单片机 c51 语言,在 keil vision 4 软件环境下进行程序的编写和调试，采 用 proteus 软件进行磨床系统的仿真，并观察仿真结果。 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 4 第 3 章 系统设计 3.1 系统主要组成 磨床控制系统主要由单片机、并行口扩展、磨刀电机、磨刀进给电机、主轴电 机、变频器、键盘、显示、霍尔元件、编码器几部分组成。系统框图如图 3-1 所示。 图 3-1 系统框图 3.2 单片机芯片 单片机作为磨床系统的控制中心，根据磨床系统的控制特点和仿真软件的类型， 选用 at89c51 型号的单片机。 at89c51 是一个 8 位的 cpu，具有 4k rom 程序存储器，128b ram 数据存 储器，可寻址 64kb 外部数据存储器和 64kb 外部程序存储器的控制电路，两个 16 位的定时/计数器，一个可编程全双工串行接口，5 个中断源、2 个优先级嵌套中断 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 5 结构，4 个 8 位的并行双向口，32 条可编程的 i/o 线，各个双向口的每一位均由锁 存器、输出驱动器和输入缓冲组成3。at89c51 芯片引脚如图 3-2 所示。 图 3-2 at89c51 引脚图 3.2.1 p0p3 输入/输出引脚 p0 口具有双重功能：（1）可以作为输入/输出口，外接输入/输出设备。由于 p0 为开漏输出，在作为通用 i/o 使用时，需要在外部接上拉电阻；（2）在有外接 存储器和 i/o 接口时常作为低八位地址/数据总线，即低八位地址与数据分时使用 p0 口。此时低八位地址由 ale 信号的下跳沿使它锁存到外部地址锁存器中，传送 数据信息4。 p1 口具有单一的接口功能，p1 口的每一位都可以作为可编程的输入或输出口 线。 p2 口具有双重功能：（1）作为输入口或输出口使用，外接输入/输出设备； （2）在有外接存储器和 i/o 接口时，作为系统地址总线，输出高八位地址，与 p0 口的低八位地址一起组成 16 位地址总线。 p3 口为双重功能口：（1）可以作为输入/输出口，外接输入/输出设备；（2） 作为第二功能使用时，每一位的定义如表 3-3 所示。 表 3-3 p3 口的第二功能 p3 口各位第二功能 p3.0rxd（串行输入） p3.1txd（串行输出） p3.2（外部中断 0 输入） int0 p3.3（外部中断 1 输入） int1 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 6 p3.4t0（定时器 0 外部计数器脉冲输入） p3.5t1（定时器 1 外部计数器脉冲输入） p3.6 （外部数据存储器读选通信号）rd p3.7（外部数据存储器写选通信号）wr 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 7 3.2.2 控制信号引脚 ale：地址锁存允许线，配合 p0 口引脚的第二功能使用。 ：片外存储器访问选择线，可以控制使用片内 rom 还是片外 rom。等于ea 1，则允许使用片外 rom；等于 0，则只使用片外 rom。 ：片外 rom 选通线，在访问片外 rom 时，系统自动产生一个负脉冲，psen 作为片外 rom 芯片的读选通信号。 rst：复位线，可以使 89c51 处于复位工作状态。通常 89c51 有自动复位和人 工按键复位两种。 3.3 并行口扩展 用 8155 芯片扩展并行接口。8155 片内具有 256 字节的静态 ram，2 个 8 位、 1 个 6 位的可编程并行 i/o 接口，1 个 14 位的减法计数器，以及一个地址锁存器5。 3.3.1 8155 内部结构及地址分配 图 3-4 8155 内部结构图 8155 内部结构图如图 3-4 所示，ad0ad7 为三态地址/数据线，可以与 89c51 单片机总线直接相连。由于 8155 片内有地址锁存器，由总线送来的地址信号 在地址锁存允许信号 ale 下降沿予以锁存。 256字节 静态 ram 14位 定时 计数器 a b c ad0ad7 ale resrt timer in timer out a口 pa0pa7 pb0pb7 pc0pc5 vcc(+5v) vss(gnd) b口 c口 io/m ce wr rd 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 8 8155 pa 和 pb 口为 8 位并行 i/o 口，pc 口为 6 位并行 i/o 口。pa、pb 口可以 工作于基本的 i/o 方式和选通 i/o 方式，而 pc 口只能工作在基本的 i/o 方式。当 pa 或 pb 口工作在选通 i/o 方式时，pc 口部分或全部口用作 pa 或 pb 口的联络信 号。 timerin 为片内定时/计数器的输入时钟信号。timerout 为计数器计满回零 后的输出信号。reset 为复位信号，高电平有效，复位后各端口处于基本的输入输 出状态。为端口/存储器的选择信号。8155 地址分配如表 3-5 所示。当mi/o 为 1 时，片内端口及定时/计数器的地址由 ad0ad2 编码确定。当为mi/omi/o 0 时，选中片内 ram 00hffh 256 个单元。和用来读写片内 ram 和实rdwr 现数据由 i/o 端口输入/输出操作信号5。 表 3-5 8155 地址分配 mi/oad0ad1ad2 000命令/状态口 001pa口 010pb 口 011pc 口 100time 低八位 1 （i/o 口） 101time 高八位 0 (存储器) ad0ad7 00hffh 内部 ram 3.3.2 8155 的命令控制字 8155 的命令控制字包含对定时器/计数器、并行口和中断控制，其命令控制字 格式如表 3-6 所示。 表 3-6 8155 命令控制字格式 tm2tm1iebiea pp pbpa tmer 工作方式 b 口中断 允/禁 a 口中断 允/禁 i/o 端口的 工作方式 b 口 i/o a 口 i/o pa、pb 分别用来选择 a 口和 b 口是输入还是输出：置 1，选择输出方式；置 0，选择输入方式。iea、ieb 分别用来选择 a 口和 b 口是允许中断还是禁止中断： 置 1，选择允许中断；置 0，选择禁止中断。p、p用来选择并行口的工作方式， 并行口的工作方式如表 3-7 所示。 表 3-7 并行口工作方式 pp 工作方式 00pa、pb 为基本的 i/o 方式，pc 为输入方式 11pa、pb 为基本的 i/o 方式，pc 为输出方式 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 9 01pa、pb 为基本的 i/o 方式，pc 为选通 i/o 方式，pc2pc0 为 a 口联络信号 10pa、pb 为选通 i/o 方式，pc 为联络信号 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 10 3.4 电机和变频器 磨床系统电气部分主要包括一个主轴电机、一个磨刀电机、一个磨刀进给电机。 根据系统要求电机全部选用三相笼型异步电动机。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控 制装置，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电，能实现 对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/ 过载保护等功能6。 在系统的设计中选用两个变频器，一个变频器采用外部控制的方式控制主轴电 机的正/反转，用电位器调节旋转速度,从 0 到额定转速之间可调；另一个变频器采 用外部控制的方式，控制磨刀进给电机。变频器选择三菱 fr-a540 型变频器。变频 器外部接线端子如图 3-8 所示7。 图 3-8 变频器外部接线端子 3.5 霍尔元件 霍尔元件是一种磁敏元件，利用霍尔效应制成的半导体，多用于电机转速的测 量。使用霍尔元件检测主轴转过的圈数，主轴每转过一转，产生 n 个脉冲，当单片 机每检测到 n 个脉冲，就可以认为主轴转过一转。 霍尔元件结构比较简单，它由霍尔片、4 根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩 形半导体单晶薄片，在长度上焊有两根控制电流端引线 a 和 b。它们在薄片上的焊 点称为激励电极，在薄片的两侧端面的中央以点的形式对称焊接 c 和 d 两根引出线， r s t stf str rh rl 正转 反转 高速 低速 频率设定 电位器 m fr-a540 u v w 三相 电源 cm 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 11 它们在薄片上的焊点称为霍尔电极。霍尔效应是指当载流导体处于与电流相垂直的 磁场时，在其两端产生电位差，这一现象称为霍尔效应。霍尔效应的产生是由于运 动电荷受磁场中洛仑兹力的作用。 使用霍尔传感器获得脉冲信号，在转轴的圆周上粘上磁钢，让霍尔开关靠近磁 钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。在圆周上粘上一 粒磁钢，可以实现旋转一周，获得一个脉冲输出。因此根据脉冲数目，就可以检测 主轴转过的圈数。 3.6 编码器 编码器是将机械转动的位移转换成数字信号式的传感器，在测量方面应用广泛， 具有精度高，分辨率高，可靠性高的特点。使用编码器进行检测磨刀进给小车行程， 磨刀进给小车每前进/后退 1mm 对应 m 个脉冲。程序处理上，单片机在固定时间对 脉冲数进行读取、累加并转换成毫米单位后就可以得到磨刀进给小车的行程。在程 序仿真时，设定脉冲当量为 0.2mm/mp，即一个脉冲对应 0.2mm。 编码器从结构上分码盘式和增量式，在测量中采用的是增量式编码器。增量式 光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向 用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。它是由光源、透镜、主 光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。 增量式光电编码器的工作原理是由旋转轴转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅 码盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开 90相位的窄缝，并分别由光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号。工作时，鉴 向盘不动，主光栅码盘随转子旋转，光源经透镜平行射向主光栅码盘，通过主光栅 码盘和鉴向盘后由光敏二极管接收相位差 90的近似正弦信号，再由逻辑电路形成 转向信号和计数脉冲信号。为了获得绝对位置角，在增量式光电编码器有零位脉冲， 即主光栅每旋转一周，输出一个零位脉冲，使位置角清零8。 3.7 键盘 键盘是单片机应用系统最常用的输入设备，操作人员可以通过键盘向单片机系 统输入指令、地址、数据，实现简单的人机通讯。 在磨床控制系统中，由于独立按键比较多，为了避免占用太多的 i/o 口线，把 按键做成键盘，键盘排列成行列矩阵式。每一个行线和列线的交叉处不相通，是通 过一个按键连通的。行线由单片机的 p1.0p1.3 控制，列线由单片机的 p1.4p1.6 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 12 控制，组成 43 的 12 个按键的键盘。由于 at89c51 单片机的 p1 口在内部有上拉 电阻，因此外部的上拉电阻可省略。 3.8 显示 系统的显示模块采用 led 数码管显示。led 数码管选用共阳极数码管，即阴 极接低电平的发光二极管就可以导通点亮，接高电平的不亮。数码管的显示需要两 组信号控制，一组是字段输出口的字形代码，用来控制显示的字形；另一组是位输 出口的控制信号，用来选择第几个数码管显示，称为位选。数码管的位选和段选由 扩展的并行接口 8155 芯片控制。 数码管的显示采用动态扫描的方法。动态扫描是单片机系统中应用最为广泛的 一种显示方式。轮流选通数码管的公共端，使各个数码管轮流点亮。这种方式不但 能提高数码管的发光效率，而且由于各个数码管的字段线是并联使用的，从而可以 简化硬件电路图。在轮流点亮的过程中，每个数码管点亮的时间是极为短暂的（约 1ms） ，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各个数码管 并非同时点亮，但只要扫描速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据。当 显示完一位后，开始显示下一位时，需要将数码管的位选关闭，不然同时选通几个 数码管，就会出现乱码显示9。 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 13 第 4 章 电气接线及原理图 4.1 电气接线 电气接线图见附录 b，变频器的外部接线说明如表 4-1 所示。 表 4-1 变频器的外部接线 继电器常开触点变频器的外部端子功能 ka1stf（变频器 1 正转端子）控制主轴电机的正转 ka2str（变频器 1 反转端子）控制主轴电机的反转 ka3stf（变频器 2 正转端子） 控制磨刀进给电机的正转 ka4str（变频器 2 反转端子） 控制磨刀进给电机的反转 ka5rh （变频器 2 高速端子） 控制磨刀进给电机的加速 ka6rl （变频器 2 低速端子） 控制磨刀进给电机的减速 4.2 系统原理图 系统原理图见附录 c，89c51 和 8155 的 i/o 分配说明如表 4-2 所示。 表 4-2 89c51 和 8155 i/o 分配 89c51 i/o 口控制功能8155 i/o 口控制功能 p1.0p1.3键盘的行线 pa0pa7位选控制 p1.4p1.6键盘的列线 pb0pb7段选控制 p0.0p0.7连接 8155 ad0ad7pc0控制继电器 ka1 p3.0控制继电器 ka7pc1控制继电器 ka2 p3.1手动方式标志pc2控制继电器 ka3 p3.2/int0外接中断脉冲pc3控制继电器 ka4 p3.3/int1外接中断脉冲pc4控制继电器 ka5 p3.4/t0外接磨刀进给电机的脉冲pc5控制继电器 ka6 p3.5/t1外接主轴电机的脉冲 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 14 第 5 章 软件设计及调试 5.1 软件设计 本系统的软件主要包括主程序模块、自动程序模块、手动程序模块、led 显示 模块、外部中断模块、按键查询模块、键值判断模块、按键设定模块、磨刀进给电 机的自动停止模块。程序见附录 d。 5.1.1 主程序模块 图 5-1 主程序流程图 主程序流程图如图 5-1 所示。进入主程序后调用显示模块和按键扫描模块，然 后进行按键的判断，如果是手动按键，就调用手动程序。如果不是手动按键，判断 调用显示模块 是自动按键或 自动标志为1吗? 设定成功吗? 调用自动程序 开始 按键扫描