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X5032型铣床数控改装设计【通过答辩论文设计及图纸】

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编号:1656357    类型:共享资源    大小:1.97MB    格式:RAR    上传时间:2017-09-01 上传人:机****料 IP属地:河南
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x5032 铣床 数控 改装 设计 通过 答辩 论文 图纸
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X5032型铣床数控改装设计【通过答辩论文设计及图纸】,x5032,铣床,数控,改装,设计,通过,答辩,论文,图纸
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第四章 第四章 铣床数控部分的改装 数控部分采用 典型的代表为 8031, 8051, 8751,经比较采用具有价格低,功能强,使用灵活等优点的 8031又扩展系统的单片机,即用 8031外接 27128( 6268( 定时 /计数器 8253等芯片扩展成一个较简单的微机控制系统。 一、 列单片机的总述 单片微型计算机( 称“单片机”就是将时 /计数器和多 种 I/主要有以下特点 : (1)受集成度的限制,片内存储容量小。 般小于 8般小于 256B,但外部扩展,通常 扩展至 64 (2)可靠性高。 (3)易扩展。 (4)控制功能强。 (5)体积小,功耗低,价格便宜,已用于产品化。 单片机的应用 单片机自身的特点决定了其应用及其广泛,所谓单片机的应用,是指在一个应用系统中只使用一块单片机,在这里我们只讨论它在数控机床上的应用,采用单片机作为机床数控( 统的控制机,可以提高机床数控系统的可靠性,增强功能,降低控制成本,并可改变数控机床的结构模式。 单片机在目前的发展形势下,表现出几大趋势: * 可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。 * 所集成的部件越来越多; 国国家半导体 )公司的单片机已把语音、图第四章 象部件也集成到单片机中,也就是说,单片机的意义只是在于单片集成电路,而不在于其功能了;如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。 * 功耗越来越低。 * 和模拟电路结合越来越多。 随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高,单片机还会不断产生新的变化和进步,最终人们可能发现:单片机与微机系统之间的距离越来越小,甚至难以辨认。 列中各种芯片的引脚是相互兼容的,如 8051 和 8031 均采用40引脚双列直插封装( 式 同芯片之间的引脚功能也有差异。8051单片机是高性能单片机,因为受到引脚数目的限制,所以,有不少引脚具有第二功能,在本此毕业设计改装中我使用的是 031单片机。 二、 列 单片机的选择 最早的 8031、8051、 8751 到后来的 8989容 构和指令但具有各种新特性的单片机层出不穷,几乎所以单片机厂家的产品中都可以找到兼容 悉了 以适合绝大多数单片机应用场合 。 1 下图是 列单片机的内部结构示意图(图 4 第四章 图 4从图 中可以看出 片机组成结构中包含运算器、控制器、片内存储器、 4 个 I/O 口、串行口、定时器 /计数器、中断系统、振荡器等功能部件。其中 2 列中 的 8031 单片机其具体的引脚及其功能 图 4四章 8031 1 R D 4列 中的 8031系列 单片机 引脚 3 列 中的 8031 单片机的功能 1)电源引脚 40脚): 接 +5 端。 0脚 ): 接 +5端。 2)时钟电路引脚 18脚) 接外部 石英 晶体和微调电容的一端, 19 脚) 接外部 石英 晶体的另一端。 3) 控制信号引脚 脚 ) 复位信号输入端,高电 平有效。 30 脚):地址锁存允许信号端。当 8051 上电正常工作后, 脚不断向外树出征脉冲信号,频率为第四章 振荡器频率的 1/6。 问外存储器时, 出信号作为锁存低 8 位地址的控制信号。在 问片外数据存储器时,每取指一次(一个机器周期)会丢失一个脉冲信号。 9 脚):程序存储器允许书图信号端。在访问片外程序存储器时,此端 定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引交接 31 脚) :外部程序存储器地址允许输入端 /固化编程输入端。 4) 输入 /输出引脚 ( 1) 39 0口 。在不接片外存储器与不扩展 I/作为准双向输入 /输出口。在接有片外存储器或扩展 I/0口分时复用为低 8位地址总线和双向数据总线。 ( 2) 1 1口,可作为准双向 I/ ( 3) (21 ): 称为 ,一般可作为准双向 I/O 口使用:在接有片外存储器或扩展 I/O 口且寻址范围超过 256 字节时, 用作高 8位地址总线。 ( 4) 10 3口。除作为准双向 I/可以将每一位用于第二功能,而且 的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。 三、 片机输入输出口 4组 8位 I/3口, 则为双向三态输 入输出口, 这 4 个口既可以并行输入或输出8位数据,又可以按位使用,即每一位均能独立作输入或输出用。每个口虽功能有所不同,但都具有 1个锁存器、 1个输出驱动器和 2个三态缓冲器。 下面我们分别介绍这几个口线: 1 和 的功能 第四章 : 图 4和 由图可见,电路中包含一个数据输出锁存器和两个三态数据输入缓冲器,另外还有一个数据输出的驱动和控制电路。这两组口线用来作为 外部数据存储器、外部程序存储器和 I/不能象 。它们一起可以作为外部地址总线, 身兼两职,既可作为地址总线,也可作为数据总线 。 作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高 8 位输出口由 通作为地址总线的低 8 位输出口 部的程序存储器由 据存储器则由 为 216=64k,所以 8051最大可外接 64 第四章 2 的功能 图 4的一位电路图 为 8 位准双向口,每一位均可单独定义为输入或输出口,当作为输入口时, 1 写入锁存 器, Q(非 )= 止,内上拉电阻将电位拉至 1,此时该口输出为1,当 0 写入锁存器, Q(非 )=1,通,输出则为 0。 作为输入口时,锁存器置 1, Q(非 )=0, 时该位既可以把外部电路拉成低电平,也可由内部上拉电阻拉成高电平,正因为这个原因, 即当外部输入“ 1”时该口线为高电平,而输入“ 0”时,该口线为低电平。 所以 要说明的是,作为输入口使用时,有两种情况,其一是:首先是读锁存器的内容,进行处理后再写到锁存器中,这种操作即读 修改 写操作,象 辑判断 )、 反 )、 增 )、 减 )、 逻辑 )和 辑或 )指令均属于这类操作。其二是:读 线状态时,打开三态门外部状态读入 3 的功能 为准双向口,为适应引脚的第二功能的需要,增加了第二功能控制逻辑,在真正的应用电路中,第二功能显得更为重要。 第四章 图 4的一位电路图 的输入输出及 锁存器、中断、定时 /计数器、串行口和特殊功能寄存器有关, 1口一样可作为输入输出端口,同样具有字节操作和位操作两种方式,在位操 作模式下,每一位均可定义为输入或输出。 四、程序存储器 扩展的选择 对于无 8031, 8032 等)或当单片机的内部程序存储器容量不够时,就需要在外部扩展程序存储器。常用的程序存储器有紫外线可擦除电擦除 格低廉,性能可靠,所以得到普遍应用。但由于 用很不方便,而且擦除时间较长。 1 型号及其特性 常用的 2176( 2K 8) ,2732( 4K 8) ,2764( 8K 8) ,27128( 16K 8) ,27256( 32K 8) ,27512( 64K 8)等,下图给出了 16K 8)的引脚 (图 4及其主要功能: 址输入线。 据线,三台双向。读时为输出线;编程时为输入线;禁止时为高阻(常用 第四章 选信号输入,低电平时有效。 选通信号输入线,低电平时有效。 程脉冲输入线。 程电源时输入线。 源,一般为 +5V。 线。 12 7 6 5 4 27128 3 2 0 4引脚 2 16K 8)的主要技术特性 (表 4 型号 容量( 引脚数 读出时间( 最大工作 最大维持 电流( 电流( 27128 16 28 100 300 100 40 表 416K 8)的主要技术特性 3 16K 8)的操作方式 16K 8)的主要操作方式有编程方式,编程校验方式,读出方第四章 式,维持方式及编程禁止方式等。下表 (表 4出了 16K 8)在不同操作方式时有关引脚的连接状态。其中 为 程电源 E 0 脚号 20 22 1 28 27 11 1315 19 读 数据输出 27128 维持 意 任意 高 阻 编程检验 据输入 编程禁止 任意 意 高 阻 表 4不同操作方式时有关引脚的连接状态 4 程序存储器芯片于单片机的连 接方法 1)地址线的相连 程序存储器低 8位地址线 0 口 程序存储器高 8位地址线 2口 连。 单片机规定用 位的地址线,由于 位的地址和数据的通道口,所以,为了把地址信息分离出来保存,为外接存储器提供低 8 位的地址信息,一般需外加地址锁存器,本次毕业设计中我们使用的地址锁存器是 74由单片机发出的地址允许锁存信号 2) 数据线的相连 程序存储器的 8位数据线 0口 3)控制线的连接 系统扩展时常用到下列控制信号 程序存储器的 储器读信号)与单片机的 外程序存储器取指信号)相连。 单片机得片内 /片外程序存储器选择信号 第四章 程序存储器的地址锁存信号(有些存储器有锁存信号)与单片机的地址锁存信号 五、数据存储器 扩展 28B 256B,可以作为工件寄存器,堆栈,位 标志和数据缓冲器使用。 数据量较小的系统,内部 能满足数据存储器的需要,当数据量较大时,就需要在外部扩展 展容量最大可达 64 1 常用的静态数据存储器( 介绍 常用的 116( 2K 8)、 6264( 8K 8)及 62256( 32K 8)等。其中我们使用的 8K 8)的引脚如下 (图 4 12 7 6 5 4 R A M 3 6264 2 0 48K 8)的引脚 8K 8)的引脚的具体的含义如下: 址输入线。 据线,三台双向。读时为输出线;编程时为输入线;禁止时为高阻(常用 选信号输入,低电平时有效。 第四章 选通信号输入线,低电平时有效。 程脉冲输入线。 程电源时输入线。 源,一般为 +5V。 线。 2 静态数据存储器( 片于单片机的连 接方法 地址线的连接,与程序存储器的连接方法相同。 数据线的连接,与程序存储器的连接方法相同。 控制线的连接,主要有下列控制信号: 数据存储器 读输入信号 数据存储器 写输入信号 六、锁存器的介绍 锁存器 74引脚如下 (图 4 E 1 20 0 2 19 0 3 18 1 4 17 1 5 74 16 2 6 15 2 7 14 8 13 3 9 12 10 11 G 图 4存器 74引脚 锁存器 74 E:为三态门输出允许控制输入端,低电平有效。 第四章 8253 内 部 结 构 框 图 :( 图 4 - 9 ) 数据总线缓冲器读 / 写逻辑控制字寄存器0计数器0计数器1计数器2 T T T 图 4 - 9 ) G:为锁存信号输入端,高电平使 0 平负跳变时将 态锁存起来。 源,一般为 +5V。 线。 当锁存器 74为地址锁存器时, E 接地, G 接 号,74数据输入端 , 74数据输出端 7接 0 这样,当 高电平时 74通,使 输出的低 8 位地址和 的高 8 位地址同时到达外部程序存储的地址线。而当 低电平时,输出的低 8 位地址被 74存保存起来,使外部程序存储器的低 8 位地址信息保持不变。此时, 写信息。 七、可编程计数器 /定时器 8253 的介绍: 可编程计数器 /定时器的功能主要体现在两个方面: 一是作为计数器,即在设置好的记数初值后,便开始减 1计数,减为 0 时,输出一个信号 ;二是作为定时器,即在设置好常数后,便进行减 1 计数,并按定时常数不 断的输出为时钟周期整数倍的定时间隔。两者的差别时,作为计数器,在减到 0 以后输出一个信号便结束;而作为定时器,则不断产生信号。 1 8253 的工作原理 图 4253 内部结构框图 第四章 1) 8253内部有三个计数器 分别称为计数器 0,计数器 1 ,计数器 2,他们的结构完全相同,每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字,相互之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚和外部相联系,一个为始终输入端 个为门控信号输入端 一个为输出端 个计数器内部有一个 8位的控制寄存器,还有一个 16位的记数初值寄存器 个计数执行部件 L。 2) 各计数器的工作方式都决定与控制寄存器中的控制字 。 计数器的外部输入信号如下: 计数器 0 计数器的 0的时钟输入 计数器的 0的门脉冲控制输入 计数器的 0的输出 计数器 1 计数器的 1的时钟输入 计数器的 1的门脉冲控制输入 计数器的 1的输出 计数器 2 计数器的 2的时钟输入 计数器的 2的门脉冲控制输入 计数器的 2的输出 3)数据总线缓冲器 数据总线缓冲器由三个方面的功能,即: (1)往计数器设置计数初值 (2)从计数器读取计数值 (3)往控制寄存器设置控制字 可编程计数器 /定时器 8253的各个引脚如下 (图 4 第四章 1 24 6 2 23 5 3 22 4 4 21 3 5 20 2 6 8253 19 1 7 18 0 8 17 9 16 10 15 11 14 12 13 图 48253 的引脚 2 8253 的工作模式 8253作为一个可编程的计数器 /定时器,可以用 6种工作模式。具体如下 : ( 1) 模式 08253 用作计数器是一般工作在模式 0。 模式 0 具有下列特点: 1) 概括得说,在模式 0 时,写入控制在之后,输出端 低电平作为初始电平,并且在计数器值达到 0 之前一直保持地电平。当计数器达到 0 时,输出端 高电平,并且一直保持高电平,除非写入新的技术值。 2) 在开始工作时,控制字和计数初值写入计数器,但是必须在下一个脉冲到来时,计数初值才能送到计数执行部件。 3) 当门控 时,计数执行部件获 得值之后便进行计数,此时,如果 为 0 ,则计数停止。但是门控不影响输出端 电平。所以,如果在计数过程中有一段时间 为低电平,那么,输出端 低电平持续时间会因此而延长相应的长度。 4) 在计数过程中,如果有一个新的计数初值被设置到计数器中,那么一个时钟脉冲时,;新的初值送到计数执行部件,此后,计数器按新的第四章 初值重新计数。如果写入的处置为两个字节,那么,写第一个字节时,原来的计数即停止,并使输出端 维持低电平,写完第二个字节后的时钟脉冲时,计数执行部件获得新的计数值,并按新的计数值进行 计数。 5) 如果在门控 时,写入计数初值,那么,仍将在下一个时钟脉冲时,将新的初值送到计数执行部件。 ( 2) 模式 1编程的单稳态触发器 模式 1 具有下列特点: 1)当写入控制字以后,输出端 以高电平作为起始电平,计数初值送到计数寄存器后,在经过一个时钟周期,便送到计数执行部件。另一方面,门控信号 升沿到来时,便沿触发器受到触发,下一个时钟脉冲时,输出端 为低电平,并在计数到达 0 之前一直维持低电平。 2) 计数奇计到 0 时,输出端 高电平,并在下一次触发后的第一个时钟到来 之前一直保持高电平。 3) 如果计数初值为 N,那么输出端 产生维持 N 个时钟的周期的输出脉冲。 4) 在模式 1 时,触发时可以重复进行的。即当计数值为 N 时,计数受们控 触发,输出端 现 N 个时钟周期的输出脉冲,结束之后,如果又来一个门控信号上升沿,那么,会重复上述过程,而不必重新写入计数初值。 5) 如果在输出脉冲期间,又来一个门控信号上升沿,则在下一个时钟周期后,又从计数初值重新作减 1 计数。减为 0 时,输出端有变为高电平,这样,使输出脉冲比原来延长了 6) 如果在输出脉冲期间,又有一个新的计数初值写入计数器,当前输出不受影响,即仍然输出宽度为原计数值得负脉冲,除非又来一个门控触发信号。下一个门控触发信号到来时。按新的计数制作减 1 计数。 第四章 ( 3) 模式 2 分频器 模式 2 具有下列特点: 1) 当控制字写入以后,输出端 为高电平作为初始状态,当计数值写入寄存器以后,下一个时钟周期时,计数执行部件获得初始计数值,并开始作减 1 计数。减到 1 时,输出端 为低电平。 2) 完成一次计数过程以后,输出端 变为高电平,开始一个新的计数过程,由此可以周而复始的进行下去。 3) 对于计数初值为 N,输出端在 N 个时钟期间呈现一个时钟周期。在此周 期中, 时钟周期内输出端为高电平,一个时钟周期内输出端为低电平。 4) 门控信号 ,进行记数, 时,计数停止。如果在输出脉冲期间,门控信号 为低电平,那么输出端 为高电平,但在下一个时钟周期时。将从计数初值重新开始计数。 5) 在计数器写入控制字和计数初值后,门控 果一直处在高电平,那么下一个时钟周期时,计数执行部件开始计数,经过 时钟脉冲后,输出端 为低电平,这种情况下,通过写入计数初指使计数器同步,称为软件同步 6) 在计数期间,如果送入新的计数值,而 一直维持高电平,输出端 不受影响。但下一个时钟周期中,将按新的计数值进行计数。 7) 在计数计到 1 之前,如果写入新的计数值,而门控 出现上升沿,那么,在下一个时钟周期中,新的计数值被送入计数执行部件,从而计数器有新的计数值开始重新计数,并且,在计数值减为 1 之前,输出端一直维持高电平。 ( 4) 模式 3模式 3 和模式 2 的工作类似,但输出为方波或者基本对称的矩形波。模式 3 具有以下特点: 第四章 1) 当输入控制字以后,输出端 出高电平初始电平。写入初始值以后,下一个时钟脉冲到来时,计数执行 部件获得初始计数值,并开始作减 1计数。当计数到一半时,输出变为低电平,计数器继续作减 1 计数,计数到终值时,输出变为高电平,从而完成一个周期。之后,马上自动开始下一个周期,由此不断进行下去,产生周期为 N 个时钟脉冲宽度的输出。 2) 当计数值 N 为偶数时,输出端的高低电平持续时间相等,所以,为完全对称的方波。当计数值 N 为奇数时,则输出端的高电平持续的时间比低电平持续的时间多一个时钟周期,即高电平持续( n+1) /2,而低电平持续( ,这样,输出为矩形波,而整个输出周期仍为 3) 时,计数进行。 时,计数停止。如果输出为低电平时,门控 为低电平,则输出端会立即变为高电平,而不需要等一个时钟周期,此时,计数停止,而输出仍为高电平。在 为高电平后,下一个时钟脉冲到来时,计数执行部件重新得到计数初值,从而又开始新的计数。这种情况下,通过门空心好事计数器进行同步,称为硬件同步。 4) 如果门控 么,在写入控制字和计数值后,将在下一个时钟脉冲时,计数执行部件获得计数初值并开始计数,这种情况下,称为软件同步。 5) 正在计数时,如果写入新的计数值, 那么,将不影响当前输出周期。但是,如果输入新的计数值后,又受到门控上升沿的触发。那么,就会结束当前输出周期,而在下一个时钟周期时,计数执行部件获得新的初值,并按新值开始计数。 ( 5)模式 4 软件触发的选通信号发生器 模式 4 具有以下特点: 1)当写入控制字以后,输出端 为高电平,写入初时值后,在经过一个时钟周期,计数执行部件获得计数初值,并开始计数。当计数器第四章 减到 0的时候,输出变为低电平,此低电平持续一个时间周期,然后又自动变为高电平,并一直维持高电平。一般将此负脉冲作为选通信号。 2) ,进行 记数, 时,计数停止,而输出维持当时的电平。只有在计数器减为 0时,才能使输出产生的电平变化而出现负脉冲。 3)如果在计数时,又写入新的计数值,那么,在下一个时钟周期时,此计数值被写入计数执行部件,并且,计数器将从新的计数值开始作减1计数。如果写入的计数值为 2个字节,那么,写入第一个字节时,计数不受影响,写入第二个字节后的下一个时钟脉冲周期,计数执行部件获得新的计数值,并且从新的计数值开始重新计数。这种情况下,通过写入新的计数值使计数器从头工作,叫软件触发。 4) 当计数值 在下一个时钟周期时,此计数值被写入计数执行部件,之后,计数执行部件作减 1计数,又经过 输出一个负脉冲作为选通信号。 ( 6)模式 5 硬件触发的选通信号发生器 模式 5 具下列特点 1) 写入控制字之后,输出端 出高电平初始电平,写入计数之后,必须有专门的控制信号 上升沿来到,才在下一个时钟周期将计数初值送到计数执行部件,此时,计数执行部件作减 1 计数,计数到达 0 的时候,输出端出现一个宽度为 1 的时钟周期的负脉冲,然后又自动变为高电平,并持续不便。此时负脉冲可作为选通脉冲,它是通过硬件电路产生的 门控信号上升沿触发后得到的。 2) 如果计数初值为 N ,写入后,遇到门控 上升沿, 8253 内部的边沿触发器受到触发,再过 1 个时钟周期,计数执行部件获得计数初值,又经过 N 个时钟周期,输出端 出现选通脉冲。 3) 如果在计数过程中, 又来一个上升沿进行触发,则经过下一个时钟周期以后,计数值执行部件将重新获得计数初值,并且按初值第四章 往下作减 1 计数,直到减为 0 为止。 4) 如果在计数过程中,写入新的计数值,但没有触发脉冲,则当输出周期不受影响。当前周期结束后,再在受到触发的情况下,将按新的计数初值进行计数。如果在 计数过程中写入新的计数值,并且在当前周期结束前受到触发,则在下一个时钟周期时,计数执
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