【毕业论文】汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计【2014年汽车机械专业答辩资料】

编号 毕业设计（论文） 题目： 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923094 学生姓名： 李 杰 指导教师： 冯鲜 （职称： 讲 师 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 全套 资料 ， 扣扣 414951605 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 信 机 系 机械工程及自动化（数控技术） 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 、 题目 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测 装置设计 、专题 二、课题来源及选题依据 随着汽车工业的发展 ，连杆两端孔的平行度的要求也越来越高。平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，致使汽缸壁磨损不均匀，缩短发动机的使用寿命，同时也使曲轴颈磨损加剧，因此要求工件必须有很高的平行度。过去使用手工测量，既不能保证平行度，也不利于生产率的提高，这就使设计制造一种自动化程度和测量精度更高的测量装置显得十分必要了。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1、总体方案的确定，选择合适的电机。 2、机械部分设计，主要是传感器箱体内的夹紧件 与定位件以及其他运动部件的设计与计算，包括承载工作台外形尺寸与重量估计，测试箱外形尺寸及重量估算，滚珠丝杠伺服传动系统传动比的确定，滚珠丝杠伺服传动系统传动比的确定，滚珠丝杠螺母副的选型及校核等。 3、进行连杆的压杆稳定性计算。 4、液压缸的设计，包括液压缸的设计，液压泵的选择以及电机的选择。 5、控制部分初步设计。 6、设计说明书一份。 注：所有图纸均需计算机打印 四、接受任务学生： II 机械 92 班 姓名 李 杰 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 学科组组长 签名 系主任 签名 2012 年 11月 12日 III 摘 要 连杆是发动机的 关键零件之一，它的质量直接影响着发动机的工作性能和使用寿命，因此对其有很高的尺寸和形位精度的要求。为保证这些要求， 连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。 汽车连杆两端孔的平行度的要求比较高，如果平行度差，就会使发动机的噪音大，耗油量大，磨擦大，磨损快，这就要求工件必须有很高的平行度。 本装置是专门为测试汽车发动机连杆两孔中心线的平行度而设计的。本系统的设计原则是：全部测试过程自动化，包括检测前的工件夹紧，测试过程中的数据处理，检测后试件的自动退出以及测试结果的显示与打印。本装置的特点是：测试精度较高。 在本系统中，测试时测试箱和测杆的运动由 X 向数控工作台来拖动，数控工作台由步进电动机带动，工件的夹紧装置采用液压系统，因为液压系统夹紧比较平稳，振动较小，对系统的精度影响较小。 本装置是一个完整的测试装置，既可以单独用来测试，也可用于计算机集成制造系统中去。 关键词： 连杆 ；平行度； 测量 ； X 向数控工作台 IV Abstract Connecting rod is one of key components of engine, whose quality affects engines work performance and life-span directly. Consequently, hing precision of size and form is necessary.The connecting rod is examined in the production to be frequent and to be essential link to ensure hing precision of size and form. The center line parallelism of the cars link bar has a high request. If the center line parallelism is not well, the auto engine will have a loud noise, big waste of oil, big friction, fast wear away. So it requests the work-piece have a high center line parallelism. This testing set is special designed for testing the centre line parallelism of auto engine link bars twain aperture. The design principle of this system is: All testing is roboticized, including the data processing before work piece was clamped, the test piece automatic quit after test, testing result display and mimeograph. The characteristic of this set is: The testing precision relatively higher. In this system, when testing begin, the testing box and the measure pole is dragged by the X direction numerical control table and at the same time, the table was drove by step-electromotor. the fixture adopted hydraulic pressure system, because this system is more placidity and the effect to systems precision is very small. This set is a whole testing installation. It not only can singly for testing but also for CIMS too. Key words： connecting rod ； parallelism ； examination； X direction numerical control table sensor V 目 录 摘 要 . Abstract . 目 录 . 1 绪论 . 1 1.1 课题的概况及提出 . 1 1.2 课题分析 . 1 2 总体方案设计 . 2 2.1 本测试系统的理 论方法和依据 . 2 2.2 本装置的主要组成部分 . 2 2.1.1 机械部分 . 2 2.1.2 液压部分 . 2 2.1.3 测试装置的数控系统硬件电路设计 . 2 2.3 机械部分的功用及其设计原则 . 3 2.4 液压部分的功用及选件原则 . 3 2.5 电气部分 . 3 3 机械部分的设计 . 4 3.1 传感器的选用与安装 . 4 3.1.1 传感器的选用 . 4 3.1.2 传感器的安装 . 4 3.2 其他运动部件的设计与计算 . 5 3.2.1 承载工作台外形尺寸与重量估计 . 5 3.2.2 测试箱外形尺寸及重量估算 . 6 3.2.3 滚珠丝 杠伺服传动系统传动比的确定 . 6 3.2.4 传动系统中一对齿轮参数的确定 . 6 3.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型及校核 . 7 3.2.6 滚动导轨的设计 . 9 3.2.7 步进电机的选用 . 10 3.3 数控系统的精度验算 . 12 4 液压部分的设计 . 13 4.1 液压缸的设计 . 13 4.1.1 夹紧力的计算 . 13 4.1.2 确定液压缸的主要尺寸 . 14 4.1.3 计算液压缸工作阶段所需的流量 . 14 4.1.4 液压缸的安装 . 14 4.2 液压泵的选用 . 15 4.2.1 液压泵的工作压力确定 . 15 VI 4.2.2 泵的 流量确定 . 15 4.2.3 选择液压泵的规格 . 15 4.3 与液压泵匹配电动机的选定 . 15 5 测试装置的数控系统硬件电路设计 . 16 5.1 硬件电路总体设计方案 . 16 5.1.1 硬件电路框图表示 . 16 5.1.2 硬件电路主要元器件的选择清单 . 16 5.2 主控制器 CPU 的选择及其引脚 . 16 5.2.1 CPU 的选择 . 16 5.2.2 8031 的硬件资源及其引脚 . 17 5.3 存储器扩展电路的设计 . 17 5.3.1 程序存储器的扩展电路芯片 . 17 5.3.2 地址锁存器选用 . 18 5.3.3 数据存储器 的扩展电路芯片 . 18 5.3.4 译码器的选用 . 19 5.4 I/O 扩展电路的设计 . 19 5.4.1 8255 可编程接口芯片的选用 . 19 5.4.2 步进电机驱动电路 . 20 5.4.3 三相异步电机的驱动电路 . 21 5.4.4 电磁换向阀的驱动电路 . 21 5.5 模数转换电路设计 . 22 5.5.1 测量电桥 . 22 5.5.2 测量放大电路 . 22 5.5.3 相敏检波电路 . 22 5.5.4 功率放大电路 . 23 5.5.5 集成采样保持电路 . 23 5.5.6 A/D 转换电路 . 23 5.6 其他辅助电路设计 . 24 5.6.1 键盘与显示器接口电路 . 24 5.6.2 打印机接口电路 . 24 5.6.3 报警显示接口电路 . 24 6 控制软件编程 . 26 6.1 监控软件的功能 . 26 6.2 键盘与显示器接口的软件设计 . 26 6.2.1 接口电路 . 26 6.2.2 软件设计 . 26 7 结论与展望 . 30 7.1 结论 . 30 VII 7.2 不足之处及未来展望 . 30 7.2.1 不足之处 . 30 7.2.2 未来展望 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 1 1 绪论 1.1 课题的概况及提出 精密测量技术是机械工业发展的基础和先决条件之 一，这已被生产发展的历史所确认。从生产发展的历史来看，精密加工精度的提高总是与精密测量技术的发展水平相关的。有人认为材料、精密加工、精密测量与控制是现代精密工程的三大支柱。对于科学技术来说，测量与控制是使其发展的促进因素，测量的精度和效率在一定程度上决定着科学技术的水平 1。目前，国外测量装置已经与计算机技术和光电技术相结合，实现自动化、数字化和多功能化，国内正朝着这个方向努力发展。 连杆是发动机的重要组成零件，它连接着活塞和曲轴，他的作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。其大小孔中心线的平行度等主要尺寸直 接影响到发动机的工作性能、使用寿命及机车的整体性能。因此，对其大小孔的中心轴线的平行度有很高的要求，而且连杆在生产过程中是流水作业、产量大、节拍快。因此，在生产过程中对其进行质量控制就显得非常重要。 近年来随着国内汽车工业的飞速发展，人们对汽车发动机性能的要求越来越高。而且连杆是发动机中的关键组成部件之一，其大小头孔中心线的平行度须达到一定的精度，否则会导致发动机耗油量大、磨擦大、噪音大。因此，设计一套自动化程度高和测量精度高的专用于测量连杆大小头孔的检测装置，不仅仅可以提高产品质量，还能更好的实现互换性， 更可以获得最佳的社会经济效益。因此，需要对连杆大小孔的中心轴线的平行度进行检测。连杆测量装置向高精度、高效益、操作简单的方向发展是一种必然的趋势。 1.2 课题分析 这里要测量的工件是某汽车发动机的连杆大、小头孔中心线的平行度。之前许多厂家使用气动测量仪检测，即利用直径对气体的压力而通过仪表进行显示。这样的测量装置还是能满足精度要求的，但其灵敏度不是特别高，也难以适应现代化的自动生产线。 本测量系统的总体设计思想是：整个检测过程实现自动化，不需人工干预。在本测试装置中，采用滚珠丝杠以实现测杆的 X 方向的进给， 工件的夹紧采用液压油缸来保证系统的平稳性，而自动检测装置选用应用广泛的 8031 单片机来实现对整个测试系统控制。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 总体方案设计 2.1 本测试系统的理论方法和依据 在本测试系统中，测量汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度所运用的理论依据是数学方法：在每孔的圆柱面内侧分别测出两个截面上三个不同点的位置，根据这三个点确定一个圆心，两个圆的圆心构成一条直线，再依据数学方法来计算这两条直线的夹角，最后转换成平行度。 汽车发动机连杆大小头孔中心线在两个相互垂直的方向上的平行度误差会导致活塞在气缸 中倾斜，使缸壁磨损不均匀，从而缩短发动机的使用寿命，同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧，因此在大小头头孔中心线所决定的平面之平行方向上平行度公差值应不小于100： 0.03,垂直于上述平面的方向上平行度公差值应不大于 100： 0.06。 而连杆总成装配图中要求以大头孔的中心线为基准来测大小头孔中心线平行度，所以本测试系统就以一个定位销来确定大头孔中心线的位置，只需要测小头孔中心线的位置最终则可转换为其平行度。 2.2 本装置的主要组成部分 2.2.1 机械部分 由传感器箱体、 承载工作台、工件定位和夹紧部件组成。 2.2.2 液压部分 由液压泵、液压缸和液压控制阀组成。 2.2.3 测试装置的数控系统硬件电路设计 包括 CPU 选择、存储器扩展电路、 I/O 扩展电路、数模转换电路、测量放大电路和信号采集保持电路以及其它辅助电路的设计。 下图 2-1 为机械结构图 ABB 图 2-1 机械结构图 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 3 2.3 机械部分的功用及其设计原则 测试箱主要是将选用的传感器正确定位与夹紧 2，其定位精度应该比检测装置的检测精度要高 1 个等级。测试箱由滚珠丝杠拖动以实现 X 向的进给。另外，连杆的定 位精度和夹紧的可靠性要求也比较高。 2.4 液压部分的功用及选件原则 进行测试之前，要保证工件的正确定位与夹紧，因为本测试装置属于精密测量仪器，系统在运行中要求振动小，而液压系统具有平稳性好，运动惯性小、反应速度快、易于实现自动化控制等优点。所以，在本测试装置系统中运用液压系统对工作进行夹紧比较合理、比较理想的。 2.5 电气部分 在实际测量中，因为传感器的输出量是连续变化的物理量（也就是模拟量，与此对应的电信号则是模拟信号），要将其输入计算机进行数据处理，就需要运用 A/D 转换电路将模拟信号转换为计算机可识 别的数字信号，转换过程主要包括采样、量化和编码。这里采用逐次逼近式的转换电路，因为逼近式 A/D 转换器在精度、速度和价格上都适中，是目前最常用的 A/D 转换器。 因本系统属于工业测控的智能化仪器仪器，根据实际的需要，在这里需要解决计算机和外设联系的接口电路，包括键盘、显示器和打印机等。 无锡太湖学院学士学位论文 4 3 机械部分的设计 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度检测装置的进给运动是数字控制的直接对象，被测试的连杆的平行度的精度肯定会受到进给运动传动精度、灵敏度和稳定性的影响。因此，在设计进 给系统时要充分注意减少摩擦，提高传动精度和刚度，消除传动间隙，以及减少运动件的惯性。 所以进给系统如下图 3-1。 电机减速器工作台导轨滚珠丝杠 图 3-1 进给系统 3.1 传感器的选用与安装 3.1.1 传感器的选用 因为本装置是用来自动检测汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度的，所以本装置选用差动变压器式位移传感器 3。差动变压器式位移传感器应用比较广泛，它的精确度和灵敏度都非常高，非线性误差小，量程比较宽，非常适合本检测装置系统。 差动变压器式位移传感器有很多型号，现在选 用以下规格的传感器。其主要性能规格示值见表 3.1。 表 3.1 差动变压器式位移传感器规格 4 变动性 0.2um 测量力 0.40.7N 总行程 1.2mm 装卡尺寸 8h7 外形尺寸 830 重量 0.15N 3.1.2 传感器的安装 3.1.2.1 测量杠杆机构的作用与外伸轴的刚度估计 因为被测汽车发动机连杆小头的直径只有 28mm，无法把差动变压器式位移传感器安装在所测孔的内表面上，所以考虑选用一个杠杆机构，称之为测杆。测杆的一端安装一个传感器测头，另一端与传感器的测头相接触，同时 这个机构还可以将这杠杆孔的直径误差进行放大，以保证整个测试系统的测量精度。 整个系统要设计三个测杆，它们安装在测试箱的外伸轴上面。因为所测的连杆小头汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 5 孔的直径误差很小，所以必须要考虑测试杆和外伸轴的刚度 5，才能避免因变形而影响整个测试系统的精度。为了降低测杆变形，在安装时除了采用支承销还另加弹簧，因在测试过程中，测头所受到的力非常小，再加上本身的重量还不足 1N，而且测杆的材料是选用优质的 45 钢，承受这样小的力，估计其变形是可以忽略，因而无需校核其刚度。此外，因外伸轴的外伸长度只有 129mm,最小直径 12mm，材料同样选用 45 钢，同样忽略其变形。 3.1.2.2 传感器的定位与安装 传感器的定位与安装在本自动检测装置的设计中是一个重点问题，因为它的正确定位将会直接影响到本测试系统的精度。但是，不管怎样它都会带来误差属于常值系统误差，可以用过其他方法给予补偿。 传感器安装完成后可以通过调整与其相连的压板螺母来调节其轴向定位和径向定位的精确度。下图 3-2 为传感器的安装与定位图 图 3-2 传感器的安装与定位 3.2 其他运动部件的设计与计算 3.2.1 承载工作台外形尺寸与重量估计 见表 3.2 表 3.2 工作台外形尺寸与重量估计 长 L 200mm 宽 D 86mm 高 H 45mm 密度 7.8x10-3kg/cm3 重力加速度 g 10N/kg 重力 G 60.37N 无锡太湖学院学士学位论文 6 3.2.2 测试箱外形尺寸及重量估算 外伸轴 外形尺寸与重量估计见下表 3.3 表 3.3 外伸轴 外形尺寸与重量估计 长 L 160mm 圆周率 3.14 半径 r 12mm 密度 7.8x10-3kg/cm3 重力加速度 g 10N/kg 重力 G 5.64N 测试箱 外形尺寸与重量估计见下表 3.4 表 3.4 测试箱 外形尺寸与重量估计 长 L 160mm 宽 D 90mm 高 H 152mm 密度 7.8x10-3kg/cm3 重力加速度 g 10N/kg 重力 G 113.82N 传感器 G=0.15N3=0.45N 总体重量 G= G 工作台 +G 外伸轴 +G 测试箱 +G 传感器 =180.28N 3.2.3 滚珠丝杠伺服传动系统传动比 6的确定 3.2.4 传动系统中一对齿轮参数的确定 Z 齿数； d 齿轮的公称直径 (mm)； b 齿轮宽度 (mm)； a 两个齿轮的 中心距 (mm) 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 7 下图 3-3 为齿轮 1 图 3-3 齿轮 1 3.2.5 滚珠丝杠螺母副的选型及校核 (1) 滚珠丝杠的特点 7 滚珠丝杠螺母副是回转与直线运动相互转换的新型传动装置。在丝杠和螺母上加工有弧型的螺丝槽，当它们套在一起是形成了螺丝滚道，并且在滚道内装满滚珠，当丝杠相对于螺母旋转时，两者会发生轴向位移，而滚珠则会沿滚道滚动，螺母螺丝槽两端用回珠管连接，使滚珠能周而复始的循环，采用滚珠丝杠提高了机构的效率和传 动精度，所以一般精度较高的系统中采用滚珠丝杠来传动。 （ 2）滚珠丝杠的循环形式 滚珠丝杠的循环形式主要有内循环和外循环。内循环的有优点是回路短，流畅好。外循环的优点是加工方便。 下图 3-4 为滚珠丝杠的循环形式 图 3-4 滚珠丝杠的循环形式 无锡太湖学院学士学位论文 8 我设计的连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置的传动系统就采用了滚珠丝杠，以增加系统的传动效率，运动的平稳性及寿命，循环形式是内循环。 3.2.5.1 牵引力 Fm的确定 滚珠丝杠上的牵引力 Fm（ N）是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫工作载荷。它包 括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。 取 错误 !未找到引用源。 .5N 3.2.5.2 最大动载荷 错误 !未找到引用源。 计算及主要参数的初定 计算载荷 FC（ N）的计算 计算额定动载荷计算值 错误 !未找到引用源。 式中 ,错误 !未找到引用源。 为滚珠丝杠的平均转速（ r/min） ,nm 错误 !未找到引用源。 =1000v/L0,其中 v 为最大工作载荷下的进给速度 ,取 v=1m/min.L0 为滚珠丝杠的基本导程 (mm),这里初定为 5mm.则 nm 错误 !未找到引用源。 =10001/5=200r/min； 错误 !未找到引用源。 3.2.5.3 初选滚珠丝杠副 根据最大动载荷并考虑各种因素，选择滚珠丝杠副的几何参数以下： 3.2.5.4 传动效率的计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 错误 !未找到引用源。 为 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 9 式中 : 错误 !未找到引用源。 3.2.5.5 压杆稳定 8性验算 丝杠不会发生失稳的最大载荷为 式中， E 丝杠材料的弹性模量，取 E=206GPa； l 丝杠的工作长度 (m)，这里 l 0.28m； aI 丝杠危险截面轴惯性矩 (m4) ， aI= d14/64=3.14(0.016788m)4/64=310-8m4 错误 !未找到引用源。 长度系数，设计丝杠的支承方式为一端固定，一端游动，故取 错误 !未找到引用源。 2/3 Fcr 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。=N2892)28.032(10310206)14.3( =1.74106N 安全系数 S= Fcr 错误 !未找到引用源。 /Fm 错误 !未找到引用源。 =1.74106/2.55=682352.94,可见足够安全，不会失稳。 3.2.5.6 刚度验算 8 丝杠的拉压变形量为 得 2错误 !未找到引用源。 = 2.55280/20.6104255= 0.1410-4mm, 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2，该变形量与滚珠列、圈有关，即与滚珠总数有关，与滚珠总数有关，与滚珠丝杠长度无关。有预紧时： 式中， FYJ 预紧力 (N), 错误 !未找到引用源。 =0.673N； 错误 !未找到引用源。 =Z圈数 列数； 代入有关数据算得 2=0.9410-3mm. 当预紧力为轴向工作载荷的 1/3 时， 2 的 值 可 减 少 一 半 左 右 ， 2=0.4710-3mm =1+2=0.000484mm 本系统的定位精度为 0.015，可见满足要求。取滚珠丝杆精度等级为 3 级，允差为 12um所以也能符合设计要求。 3.2.6 滚动导轨的设计 7 无锡太湖学院学士学位论文 10 由于双 V 形滚动导轨的结构是对称的，工作台可以放在两导轨之间，能承受侧向力矩，接触刚度好、导向性和精度保持性好，并设计为镶条以便维修和调整，因此满足设计要求。 3.2.6.1 滚动导轨的参数确定 根据检测过程中工作台实际需移动的距离，可取导轨的总长度为 280mm，动导轨长度为 140mm，动导轨行程为 100mm，滚珠保持器的长度为 200mm. 3.2.6.2 滚动体尺寸与数目的确定 由于工作台重量比较轻，并且在工作过程中动载荷只有 2.55N。根据有关资料中的双V 型导轨的滚动体的直径最好不低于 6mm，因为若滚动体太小就容易产生滑动象。现选滚珠的直径为 6mm。 滚动体数目选择的根据： z G/30 错误 !未找到引用源。 , 算得 z=10，由动导轨长度为 140mm，得两滚珠之间的距离 t=14mm. 3.2.6.3 验算许用负载 9 错误 !未找到引用源。 许用负载 P=Kd2 式中， K 滚动体截面上假想许用应力，经查表取 K=60N/cm2； 导轨硬度校正系数 ,这里取 =1。 P=6010.62N=21.6N 这里设计的导轨选用淬透钢 HRC=55，所以 P=21.6N， Pmax 错误 !未找到引用源。=15.412N P 可见，双 V型滚珠导轨是符合要求的。 3.2.7 步进电机的选用 步进电机也叫脉冲电动机，是将脉冲信号转化成相应的角位移的电磁机械装置，是一种输入与输出数字的脉冲对应的增量驱动元件。给步进电机一个电脉冲信号时，不仅电动机会转动一个步距角，如果按一定规律给步进电机一串连续的脉冲信号，步进电机便会一步步地连续旋转 。步进电机具有如下特点 10： (1)步进电机受数字脉冲信号控制，输出角位移与输入脉冲数成正比。 (2)步进电机的转速与输入的脉冲频率成正比。 (3)步进电机的转向可以通过改变通电顺序来改变。 (4)步进电机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电，电动机就可以保持在该固定位置。 （ 5）适合于直接与微机的 I/O接口，构成开环位置伺服系统。 步进电动机的类型非常多，按它工作原理分为反应式、永磁式、永磁感应式、滚切式和若干混合式。按励磁相数可分 3 相、 4 相、 5 相、 6 相和 8 相，按其规律可分为快速电机汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 11 和功率 电机。 步进电动机的工作原理：反应式步进电机的工作原理与反应式同步电机一样，转子的转动力矩是靠定子磁极与转子间的磁极和切向分力产生的，如图 3-5 当定子上 A 相绕组通电时，由于磁场力使磁组减少，因此转子上离 A 相磁极相对的位置，当 A 相断电，受 B相绕组所建立的磁场影响最大时，转子齿 2 和 4 在磁场力的作用下，逆时针转到和 B 相磁极相对的位置，即转子前进一步。同样当 B 相断电，而 C 相通电时，转子又在磁场力的作用下转动一步，使转子 1、 3 齿与 C 相磁极对齐，由此可见，按 A-B-C-A 顺序通电时，电机便一步步地转动，步进电机的步 距角 是转子旋转一步所转过的角度，由此可见 z 转子齿数 ma 通电循环拍数 图 3-5 步进电机工作原理 3.2.7.1 步进电机的步距角 初选进步电机的步距角 错误 !未找到引用源。 脉冲 3.2.7.2 步进电机启动力矩的计算 取步进电机的等效负载力矩为 T，负载为 P，根据能量守恒定理，电机所做的功与负载所做的功有如下关系： T=PS 式中， 电机转角； S 移动部件的相对位移； 无锡太湖学院学士学位论文 12 机械传动效率； 3.2.7.3 步进电机转动惯量计算 对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式计算： J=0.7810-3D4L 式中， D 圆柱零件的直径 (cm)； L 零件长度（ cm） . J1=0.7810-32.440.25=19.2410-2 kg.cm2 J2=0.7810-3540.5=24.37510-2 kg.cm2 J3=0.7810-32.6426=32.4510-2 kg.cm2 J0很小可以忽略为 0 3.2.7.4 选择步进电机的型号 可以根据最大的静转矩 Jmaax 错误 !未找到引用源。 =19.02 N.cm,选出反应式步进电动机 45BF005 .有关参数见表 3.5 表 3.5 45BF005 步进电机参数 外径 (mm) 长度(mm) 轴径(mm) 质量(kg) 步距角 （） /脉冲 电压 (v) 相电流(A) 最高启动空载频率(Hz） 最大静转矩(N m) 45 58 4 0.4 1.5 27 2.5 3000 0.196 3.3 数控系统的精度验算 步进电机驱动的数控系统精度是可以不用验算，因为检测前两面的工作台的定位精度要求不算太严格，而数控系统本 身的精度已经能够满足设计要求，特别是滚珠丝杠螺母副的采用，具有传动效率高，摩擦小，采用经齿差调隙式的双螺母预紧方式，经适当预紧后，可消除丝杠和螺母的间隙，定位精度高，刚度好，运动平稳，传动精度高，精度保持性好，使用寿命长。 而减速齿轮的间隙在设计时可以采用偏心套消除间隙，这样可以使传动更平稳，并且能消除振动。 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 13 4 液压部分的设计 在本检测装置系统中，汽车发动机连杆要被夹紧才能被检测大小头孔中心线平行度。所以将选用液压传动装置 11在本检测系统中夹紧工件，让工件尽可能的被夹紧，定位准确。因为要 考虑 到夹紧时间可调节以及当进油路压力瞬时下降时的保持夹紧力，所以应接入节流单向阀保压。调节夹紧力大小和保持夹紧力稳定，可在回路上加上减压阀。以下是液压夹紧总体设计方案图 4-1。 图 4-1 液压夹紧系统图 4.1 液压缸的设计 11 无锡太湖学院学士学位论文 14 4.1.1 夹紧力的计算 由连杆图可以估算的工件重量如下： 错误 !未找到引用源。 N 其中 F 为切削力，此处 F 为 0； G 为工件重量。 错误 !未找到引用源。 6.5N 4.1.2 确定液压缸 的主要尺寸 液压缸 12要承受的负载包括有效工作负载 和 摩擦阻力 以及 惯性力等。液压缸的工作压力 可 按负载 来 确定。对不同用途的液压设备， 因为 工作条件 的 不同，采用的压力范围也 会不同。设计 的时候 ，液压缸的工作压力可 以 按 照 负载大小及液压设备类型 ，可以 参考 下面的 表 4.1、表 4.2 来确定。 表 4.1 液压缸的公称压力（单位： MPa,GB7938-87） 0.63 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 31.5 40.0 表 4.2 各类液压设备常用的工作压力 (单位： MPa) 设备类 型 一般机床 一般冶金设备 农业机械、小型工程机械 液压机、重型机械、轧机压下、起重运输机械 工 作 压 力(MPa) 1 6.3 6.3 16 10 16 20 32 取液压系统的机械效率 错误 !未找到引用源。 为 0.95，夹紧液压缸的工作压力 P1 为1.6MPa, 回油背压力 p2为 0，即可得液压缸内径 D 代入数据可得 D=0.01347m=13.47mm. 表 4.3 液压缸标准规格（单位： mm） 液压缸 标准规格 序号 液压缸内径 液压缸外径 液压杆直径 液压钢承压 01 32 40 18 30 Mpa 02 40 50 25 30 Mpa 03 45 60 30 60 Mpa 04 50 65 32 60 Mpa 05 63 80 45 60 Mpa 查表 4.3 确定液压缸和活塞杆的 D 和 d 分别为 32mm 和 18mm。 4.1.3 计算液压缸工作阶段所需的流量 11 设 V 夹 =4m/min，工作阶段所需的流量为 代入数据可得 q=3.22L/min 按照 q 夹 选择液压系统中的各个元件的型号，具体型号与安装见总装 配图。 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 15 4.1.4 液压缸的安装 液压缸的安装方式采用中部法兰联接，即设计为支座，由于液压缸与底座相平行，所以底座应当设计成带有直角形状，具体结构与参数见液压缸支座零件图。 4.2 液压泵的选用 4.2.1 液压泵的工作压力确定 因为在正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以液压泵 12的工作压力为 错误 !未找到引用源。 4.2.2 泵的流量确定 4.2.3 选择液压泵的规格 现选用限压式变量叶片泵。因为限压式变量叶片泵具有结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、噪声小、寿命长等优点。可以根据以上 算得的 Pp错误 !未找到引用源。 和 qp查阅液压泵相关手册，选用型号为 YBX 16 型的叶片泵，其主要参数见表 4.4。 表 4.4 YBX 16 型叶片泵主要参数 排量 额定压力 转速 容积效率 总效率 （ mL/r） （ MPa） (r/min) (%) (%) 16 6.3 600-1450 85 70 4.3 与液压泵匹配电动机的选定 根据液压泵的转速和系统所需要的功率，现在选用 Y 系列三相异步电动机，型号为Y90L-4，其主要技术参数见表 4.5。 表 4.5 Y90L-4 型三相异步电动机主要技术参数 功 率 电流 转速 效率 额定转速 最大转矩 质量 （ kw) (A) (r/min) (%) (N*m) (N*m) (kg) 1.5 3.7 1400 79 2.3 2.3 27 无锡太湖学院学士学位论文 16 5 测试装置的数控系统硬件电路设计 5.1 硬件电路总体设计方案 5.1.1 硬件电路框图表示 图 5-1 硬件电路总体方案框图 5.1.2 硬件电路主要元器件的选择清单 CPU： 8031 芯片 8K 程序存储器 2764 8K 数据存储器 6264 地址锁存器 74LS373 译码器 74LS138 扩 展可编程接口芯片 8255 两片 可编程键盘、显示器接口芯片 集成采集保持器 AD582 相敏检波器 AD532 测量放大器 AD521 运算放大电路 可编程 A/D0809 芯片 5.2 主控制器 CPU 的选择及其引脚 5.2.1 CPU 的选择 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 17 本检测系统是采用 8031 作为单片机 14中央处理单元，主要基于 8031 微处理器的成本低，应用广泛，易于产品化，能够针对性的解决问题，并且具有现成的硬件接口电路和软件，能方便组成各种智能化控制设备和各种智能仪表仪器。因为本检测系统是一个智能测量装置，单片机能面向控制， 能针对性地解决问题，所以适合本装置的应用。 5.2.2 8031 的硬件资源及其引脚 5.2.2.1 8031 的内部资源 8031 内部含有一个 8 位的 CPU， RAM（ 128 字节）， ROM（ 4K 字节）， 21 个特殊功能的寄存器， 4 个 8 位并行口， 2 个 16 位的定时器 /计数器，一个全双工串行口， 5 个中断源，40 个引脚等。在本装置中，还须要扩展多个接口才能够完成系统的自动检测功能。 5.2.2.2 8031 的引脚定义及功能 8031 单片机是用 40 引脚双列直插封装（ DIP）形式。包括： Vss(20 脚 )：接地。 Vcc(40 脚 )：主电源 +5V。 XTAL1(19 脚 )：接外部晶体一个引脚，在单片机内部，它是振荡电路反相放大器的输入端。在这里采用片内振荡器，此引脚作为驱动端。当用外部振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2(18 脚 )：接外部晶体的另一端 ,即反相放大器的输出端。 RST/VPD(9 脚 )：振荡器运行，此引脚上会出现两个机器周期宽度以上的高电平将会使单片机复位。 ALE/ PROG (30 脚 )：当访问外部储存器时， ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。 PSEN ：片外程序存储器的选通信号，低电平有效。 EA /VPP：当 EA 端输入高电平时， CPU 执行程序，访问片内程序存储器。对于 8031来说，无片内存储器，该引脚应接低电平。 输入 /输出 (I/O)引脚 P0、 P1、 P2 和 P3，共四个端口，每个端口都是 8 位准双向口，共占 32 根引脚。 5.3 存储器扩展电路的设计 15 5.3.1 程序存储器的扩展电路芯片 因为 8031 内部不带 EPROM 芯片，所需要扩展程序存储器。根据本系 统的控制要求，采用一片 8K 的 EPROM 就可以满足要求，这里选用 8K8 位的 2764 芯片，引脚结构如图5-2 所示。 无锡太湖学院学士学位论文 18 图 5-2 EPROM 引脚结构 2764 共有 13 根地址线 A0 A12，其地址范围是 0000H 1FFFH。有 8 根数据线 D0D7，其余为控制线。分别定义为： CE 片选信号输入端，低电平有效，表示选中该芯片。因 8031内部不带 EPROM芯片，这里 CE 直接接地表示一直选通。 OE 输出使能端，与单片机的 PSEN 相连，当 PSEN 有效时，把 2764 中的指令或数据送入 P0 口线。 PGM 编程控制端。 VCC +5V 电源。 5.3.2 地址锁存器选用 单片机规定 P0 口提供低 8 位的地址，又作数据线，所以为分时输出低 8 位地址和数据的通道口，为了把地址信息分离出来保存，以便为外存储器提供低 8 位地址信息，这里应选用带三态缓冲输出的 8 口锁存器 74LS373 作为地址锁存器，它的锁存控制端 G 和 STB直接与单片机的锁存控制信号端 ALE 相连，在 ALE 下降沿将地址信息锁存入地址锁存器中。 5.3.3 数据存储器的扩展电路芯片 8031 内部只有 128 字节的 RAM，远远不能满足系统的控制要求，需要扩展片外数据存储器。由于面向控制，实际需要扩容量不大。其选用规则与 EPROM 的要求相同。这里选用的 6264 为 8K8 位的静态 RAM，其引脚结构如图 5-3 所示。 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 19 图 5-3 RAM 引脚结构 6264 共有 13 根地址线 A0 A12，有 8 根数据线 D0 D7。其余为控制线。分 别定义为： CE 片选信号输入端，低电平有效，表示选中该芯片。 OE 输出允许 (读 )信号，与单片机的 RD (P3.7)连接，实现读操作。 WE 输出允许 (写 )信号，与单片机的 WR (P3.6)连接，实现写操作。 VCC +5V 电源。 5.3.4 译码器的选用 CPU 与存储器连接的存在一个重要问题是，存储器地址的分配和片选信号的产生。它们决定了存储器在内存空间中的位置。解决片选信号的问题就是要正确处理存储器地址译码问题。一般来说，地址译码有线选法和地址译码法。线选法就是把单独的地址线作为片选信号接到存储器的片选端上，只要该信号为低电平就可选中相应的存储器芯片，这种方法的特点是连线简单，不需专门设计逻辑电路，但芯片之间的地址不连续。 地址译码法又分部分译码和全译码两种方式。部分译码法类似 于线选法，地址有重叠区，地址空间分散。这里采用全译码法，它是指除存储器芯片所用地址线与 CPU 的地址线对应相连外，末用的地址线全部参加译码，通过地址译码器产生存储器的片选信号。本系统选用 74LS138，其输入端 A、 B、 C 接 8031 的 P2.5、 P2.6、 P2.7。 5.4 I/O 扩展电路的设计 8031 单片机 16共有四个 8 位并行 I/O 口，但可供用户使用的只有 P1 口及部分 P3 口，因此大部分应用系统中都不可避免地要进行扩展 I/O 口。本系统须扩展两个 8255 可编程接口芯片以及其它外设接口电路 。 5.4.1 8255 可编程接口芯片的选用 8255 具有 3 个可编程的并行 I/O 端口， A 口、 B 口和 C 口，它们都可以通过软件编程来改变 I/O 口的工作方式，即方式 0、方式 1 和方式 2。 8255 共有 40 个引脚，下面根据功无锡太湖学院学士学位论文 20 能分类说明： 5.4.1.1 数据总线 D0 D7 用于传送 CPU 与 8255 之间的命令与数据， PA0 PA7、 PB0 PB7、 PC0 PC7，分别与 A、 B、 C3 个口相对应，用于 8255 与外设之间传送数据。 5.4.1.2 控制线 RD 读信号，与 8031 的 RD (P3.7)连接，当输入低电平时，控制 8255 送出数据或状态信息到 CPU，即 CPU 对 8255 进行读操作。 WR 写信号，与 8031 的 WR (P3.6)连接，当输入低电平时，控制把 CPU 输出的数据或命令写到 8255，即 CPU 对 8255 进行读操作。 RESET 复位信号，输入。当此引脚为高电平时，所有 8255 内部寄存器都清 0。 5.4.1.3 寻址线 CS 芯片选择信号， 接 74LS138 的两个输出端。当为低电平时，本芯片被 CPU 选中。 A0 和 A1 两个输入信号，接地址总线 A11 和 A12。 5.4.2 步进电机驱动电路 步进电机是由脉冲信号来实现控制的，在负载能力和动态特性范围内，电动机的角位移仅与控制脉冲数成正比。其驱动电路框图见图 5-4。 图 5-4 步进电机驱动电路框图 5.4.2.1 计算机接口 在数控系统中，实现微机对步进电机的自动控 制，就必须要借助计算机接口电路。本系统中，步进电机接口电路接 8255(1)的 A 口 ,其控制由 PA0 PA3 口输出信号实现。 5.4.2.2 脉冲分配器 脉冲分配器又称环行分配器，是驱动步进电机中必不可少的环节。步进电动机的控制方式由环行分配器来实现，它作用是将数控装置传来的一系列指令脉冲按照一定的分配方式和顺序送给步进电机的各项绕组并能实现电机的正转和反转。在数控系统中常使用比较多的是集成脉冲分配器以及软件分配器，本系统采用的是 TTL 产品 YB103，其引脚结构如图 5-5 所示。 计算机接口电路 脉冲分配器 隔离 电路 功率放大电路 步进电机 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 21 图 5-5 YB103 引脚结 构 各引脚功能说明如下： 0E 选通输出控制端，接 8255(1)的 PA0 口。 1E 、 2E 选通输入控制端，这里把此两引脚接地。 A0、 A1 电机励磁方式控制。 +、 正、反转控制端。 A、 B、 C 分别为 A 相、 B 相、 C 相输出控制端。 CP 时钟脉冲的输入，接 8031 和 T0 引脚。 5.4.2.3 光电隔离电路 在步进电机驱动电路中，脉冲分配器输出的信号经放大后控制步进电机的励磁绕组。因步进电机驱动电压比较高，电流也比较大，如果将输出信号与功率放大器直接相连接，将会引起强干扰。所以这里脉冲分配器与功率放大器之间加上光电耦合器以实现电气隔离。 光电耦合器是把发光件和受光件封装在一起，通过光信号，实现电信号传递的器件。连接发光源的引线作为输入端，连接受光件的引线为输出端。通常发光件为发光二极管，而受光件为光敏三极管。 5.4.2.4 功率 放大器 脉冲分配器的输出功率还不足够驱动步进电机所需的功率，这里必须将其输出信号放大才能保证步进电机的正常运行。 功率放大器按其结构不同分为单电源和双电源型。本系统中采用单电源供电结构，并在步进电机的绕组回路中串联一个小于 10的电阻，以增大功率放大器负载回路的电阻，使步进电机中的电流上升时间常数减小，提高上升沿的陡度。 5.4.3 三相异步电机的驱动电路 在本装置中，用三相异步电机 Y90L-4 来驱动液压元件工作。因这里选用的三相异步电机的功率只有 1.5 千瓦，起动时没有必要采用其它特殊的起动方法而用直接起动 方法即可。但为了考虑整个装置的自动化，这里用单片机 I/O 端口的输出信号经放大后驱动电磁继电器，进而控制异步电机的启停。同样在单片机端口输出信号接入光电耦合器和功率放大器。 5.4.4 电磁换向阀的驱动电路 无锡太湖学院学士学位论文 22 这里采用的是三位四通的电磁换向阀，其换向动作由一个电磁铁来实现，通过控制电磁铁的通断电状态进而控制其换向动作。这里用 8255 的 PA3 端口输出信号，经光电耦合器和功率放大来驱动电磁铁。 5.5 模数转换电路设计 15 传感器的输出量是连续变化的模拟量，这些模拟量须经过转换成计算机能识别数字量才能进行最终的 数据处理，以实现装置的自动检测功能。其模数转换电路框图如图 5-6 所示。 图 5-6 模数转换电路框图 5.5.1 测量电桥 传感器 17本身就是一个电感式的测量电桥，它的作用是将传感器的径向位移转换成强度较强的电压信号。测量电桥实质是一个乘法器。 5.5.2 测量放大电路 这里选用 AD521 放大器，接线见图 5-7。 图 5-7 AD521 接线图 AD521 测量放大器的放大倍数可调范围 1 到 1000，输入阻抗为 3M，共模抑比可达120dB，工作电压范围 5 到 18V，放 大倍数为 1 时的最高频率大于 2MHz。其放大倍数由电阻比 K=Rs/Rg 决定。 5.5.3 相敏检波电路 测量放大电路输出的信号中，包括高频的调制波和要处理的点信号，相敏检波的解调与低通滤波器可将高频的调制波滤去，只剩下要处理的电信号，此时能消除零点残余电压的影响。 本检测系统选用 AD532/CL80B 作为相敏检波芯片。其引脚结构见图 5-8。 测量电桥 测量放大 相敏检波 功率放大 振荡器 A/D 转换 采样保持 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 23 5.5.4 功率放大电路 经过相敏检波后的模拟信号，再通过功率放大电路，使信号得到增强，以利于信号的采集。这 里的选用 F007 型的放大器，其接线情况见电气系统图。 5.5.5 集成采样保持电路 这里选用集成采样保持器 AD582，它有 0.01%的线性度和 0.002%的增益精度，保持电容取 1000pF,捕获时间小于 6 s,断开时间为 200ns，无论处于采样还是保持状态均为高输入阻抗，内含增益调整电路。其作用是在电路中提高了抗干扰能力。其接线情况见电气系统图。 5.5.6 A/D 转换电路 在本测试装置中，由于使用了 3 个传感器，所以必须有三路 A/D 转换电路，这就使得在考虑使用 A/D 转换芯片时，首先应估算一个成本。这里选用性 能合适、性能比高的ADC0809 作为转换芯片。 其主要特性为：分辩率为 8 位；最大不可调误差小于 ULSB；可锁存三态输出，输出与 TTL 兼容；不必进行零点和满度调整。 ADC0809 的引脚结构见图 5-9。 图 5-9 ADC0809 的引脚结构 部分引脚的功能说明以下： VREF(+)、 VREF(-) 参考电压正、负端。 ADDA(ADDB)(ADDC) 8 路模拟选通开关的 3 位地址选能输入端。 无锡太湖学院学士学位论文 24 IN0 IN7 8 路模拟信号输入端。 D0 D7 8 位数字量输出，接经光电隔离电路接入单片机 的P0 口。 OE 输出允许控制端，用于打开三态输出锁存器。当 OE 为高电平时， 打开三态数据输出锁存器，将转换后的数据量输送到数据总线上。 CLOCK 时钟信号输入端，这里时钟频率选为 500Hz，对应的转换时间为 128 s. 5.6 其他辅助电路设计 5.6.1 键 盘与显示器接口电路 键盘和显示器是数控设备进行人机交换的纽带。它们能够完成数据的输入以及计算机工作状况的动态显示。通常，数控系统都采用行列式的键盘，即用 I/O 口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。数控系统中使用的显示器主要有 LED(发光二极管 )和LCD(液晶显示器 )。本系统中采用 8255 接口芯片管理键盘和显示器的电路。它由 4 8 位键和 8 位 LED 显示器组成。为了简化电路，键盘的列线接 8255 端口，即每个显示器由 8个发光二极管组成。二极管的阴极连在一起，阳极通过 74LSO6 门分别与 8255 的 PC 口输出的字 形数据信号线相连。当发光二极管为高电平时，此段发光二极管显示小数点。键盘由 4 8 个键组成矩阵，每个键相当于一个开关，当某一键按下时，控制线与列线连在一起 18。 键盘的工作过程是：无键按下时 A 口引线由 5.1k电阻上拉至高电平， C 口的 8 条列数在一定的时间间隔内轮流送出低电平，当被扫描到某一线上有键按下时，交叉点上相应的行线就被拉至低电平，低电平信号被行线捕获后，计算机读取信息，并根据此键对应的行列计算出键值，完成键动态扫描的全部工作。 显示器采用扫描方式，由 8255 的 C 口线送出的八段码，只有当 LED 公共端 为低电平时，这一位显示块才能显示出字形， PA0 PA3 通过 75452P 驱动器分别接到 LED 的公共端。计算机以人眼不能分辨的速度轮流对 8 根字位线输出低电平，可在显示器上显示出不现的数字，从而实现扫描显示的。 键盘与显示器共用的 8255 的口线控制，在进行键盘巡回扫描时必须先显示。当然有关键盘与显示器的工作必须经过软件协调处理后才能达到预期的效果。 5.6.2 打印机接口电路 本系统中，选用微型打印机的作用是可以直接将测试结果打印出来，以便使装置的功能更加完善。这里选用 TP P-40A 型号的打印机，它是一种由单片 机控制的智能型打印机，具有较丰富的打印命令，命令代码均为单字节，格式简单；带有水平和垂直制表命令，便于打印表格；带有命令格式的检错功能，当输入错误命令时，打印机打印出错误信息代码。因此，选用这一型号的打印机符合用户的要求。 TP P-40A 通过扩展芯片 8255(2)与 8031 相连，其数据线接 8255 的 B 口， STROBE 为数据选能信号端口，在该信号的上升沿，数据线上的 8 位并行数据被打印机读入机内锁存，它接 8255 的 PA4 口。 BUSY 是状态“忙”信号，接 8031 的非屏蔽中断 INT1 引脚。 5.6.3 报警显示接口电路 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 25 因设计要求本装置具有报警功能，即当连杆的大小头孔中心线平行度超差时能有报警功能提示，这里用由 2 个发光二极管和 2 个电阻再加上一个反相器组成报警显示电路，一端接 8255(2)的 PA5 口，当 PA5 输出高电平则提示所测的连杆不合格。 无锡太湖学院学士学位论文 26 6 控制软件编程 6.1 监控软件的功能 智能仪表与其它模拟电路和数字电路的最大区别就在于它是在软件的指挥下工作，硬件功能只有在软 件的协调控制下才能充分发挥作用，软件的设计经历分析，设计，编制，测试和运行等阶段。在仪表软件总体设计时主要确定软件和硬件任务之间的分工。智能仪表的软件按用途可以分为监控软件、测控软件和辅助软件等 监控软件在某种程度上像个人计算机的操作系统，其主要功能以下： 仪表内部的组态。如仪表各通道的仪表系数和滤波器类型的选择 ,参数的设置，模块之间的串联等。 监控软件很大程度决定了仪表性能，它的工作量在整个软件工作量中占有不小的比例。例如键盘与显示相结合的数据输入和输出处理程序。 测控软件可以实现仪表具体的测 量以及控制功能。包括各个输入通道的数据采集模块和数值处理模块（如 FFT 和滤波），控制量的输出模块，不同规律（如 PID 和模糊控制）的控制模块等。 辅助软件涉及的内容较多，如浮点计算函数库就是仪表常用的辅助软件。 6.2 键盘与显示器接口的软件设计 6.2.1 接口电路 关于键盘与显示器的接口电路在第 5 章已有所叙述，在这里再补充说明一下。本装置采用的是 8255 并行扩展口构成的键盘显示器电路。这是为了节省 I/O 口线，所以把键盘和显示电路做在一起，构成实用的键盘、显示电路。 LED 显示器采用共阴极，段选码由 8031 的 P1 口提供，位选码由 8255(2)的 PC 口提供。键盘的列输入由 8255(2)的 PC 口提供，行输出由 8255(2)的 PA0 PA3 口提供。这里 LED采用动态显示软件译码，而键盘则采用逐列扫描查询工作方式。此外， LED 的驱动采用反相驱动器 74LS06。 6.2.2 软件设计 由于键盘与显示做成一个接口电路，因此在软件中合并考虑键盘查询与动态显示、键盘消颤的延时子程序用显示程序替代。动态显示子程序框图如图 6-1 所示。设 8031 片内RAM 的 78H 7FH 单元为显示缓冲区，依次（从低到高位）存放八个显示的数据，以分离的 BCD 码形式存放。 程序清单： KD1: MOV A， 00000011B ； 8255（ 2）初始化， PA 口、 PB 口为基本输出方式， PC 口为输入方式 MOV DPTR， 7F00H MOVX DPTR， A 汽车发动机连杆大小头孔中心线平行度自动检测装置设计 27 KEY1： ACALL KS1 JNZ LK1 ACALL DIS ；调用显示子程序，延时 6ms AJMP KEY1 LK1： ACALL DIS ACALL DIS ；调 用两次显示，延时 12ms ACALL KS1 JNZ LK2 ACALL DIS ；调用显示、延迟 6ms AJMP KEY1 LK2： MOV R2， 0FEH MOV R4， 00H LK4： MOV DPTR， 7F01H MOV A， R2 MOVX DPTR， A INC DPTR INC DPTR MOVX A， DPRT JB ACC.0， LONE MOV A， 00H AJMP LKP LONE： JB ACC.1， LTWO MOV A， 08H AJMP LKP LTWO： JB ACC.2， LTHR MOV A， 10H AJMP LKP LTHR： JB ACC.2， LTHR MOV A， 08H AJMP LKP LTWO： JB ACC.2， LTHR MOV A， 10H AJMP LKP LTHR： JB ACC.3， NEXT MOV A， 18H LKP： ADD A， R4 PUSH ACC LK3： ACALL DIS ACALL KSI 无锡太湖学院学士学位论文 28 JNZ LK3 POP ACC RET NEXT： INC R4 MOV A， R2 JNB ACC.7， KND RL A MOV R2， A AJMP LK4 KND： AJMP KEY1 KS1： MOV DPTR， 7F01H MOVX DPTR， A INC DPTR INC DPRT MOVX A， DPTR CPL A ANL A, 0FH RET DIS： MOV R0， 78H ；动态显示初始化，存缓冲 区首地址 MOV R3， 7FH ；存首位位选字 MOV A， R3 LD0： MOV DPRT， 7F01H ；指定 P1 口 MOVX DPTR， A ；送位选字入 P1 口 INC DPRT ；指向 PC 口