【JD026】数控铣床工作台仿真实验系统开发[2A0]【机电一体化毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】

资源目录

数控铣床工作台仿真实验系统开发[2A0]【机电一体化毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】.zip

说明书-16970字-50页.doc---(点击预览)

摘要+目录.doc---(点击预览)

封面.doc---(点击预览)

CAD源文件图

1-装配图-A0.dwg

2-程序框图-A1.dwg

3-电气原理-A0.dwg

PDF图纸【点击可预览】

3-电气原理-A0.PDF---(点击预览)

2-程序框图-A1.PDF---(点击预览)

1-装配图-A0.PDF---(点击预览)

压缩包内文档预览：(预览前20页/共50页)

编号：619943 类型：共享资源大小：1.18MB 格式：ZIP 上传时间：2016-03-07 上传人：棒*** IP属地：湖北

50
积分

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 数控铣床工作台仿真实验试验系统开发 a0 机电电机一体化毕业设计论文优秀优良通过答辩

资源描述：

该资料由棒哥毕业设计工作室整理上传，购买之前，请仔细阅读预览，满意后注册帐号，充值下载即可得到源文件。
棒哥设计工作室专职于数控编程、夹具设计、模具设计、机械设计、减速器设计、三维造型设计[UG、PROE、SW等]。拥有万份成品毕业设计资料，如若资料库中没有您想要的课题，我们支持量身定做，量身定做，保证通过！‍‍‍咨询QQ：29467473‍‍‍ 我们拥有一支经验丰富、技术过硬、具有社会责任感的专业团队，有10余名主要技术主干，30余名兼职技术人员，所有技术人员均从事技术5-10年及以上在职工程师及大学教师，充分保证定做设计质量。我们永远诚心接待每一位来访的有缘人，同时也欢迎有能力、有技术、有经验、有责任心的数控、机械、模具、机电一体化等方面的人才加入我们的团队，共同组建更专业、更效率、更强大的队伍。我们始终以诚信经营、优质服务、完美售后的服务宗旨为广大客户提供海量的参考资料，五年来得到了无数客户的肯定。本工作室所有资料，均已通过检查，均根据大纲要求编写的完完整的设计资料，可以放心选购。
常用文件格式介绍	资料中【.doc】格式的文件为WORD文档资料中【.dwg】格式的文件为AUTO CAD二维图纸文件资料中【.prt】格式的文件为UG三维图文件其余文件请看资料上的备注。
注意事项	1.下载成功后，如遇资料文件打不开，请加QQ29467473联系。 2.下载时请不要使用迅雷软件下载，如若电脑已安装，请先卸载后再进行下载。 3.该资料仅供学习参考使用，下载后切勿直接交稿，需将资料按照学校要求进行修改后再交稿。尤其是需要查重的学校，更要进行修改。 4.题目最前面的【XX001】之类的序号并非课题型号，而系本工作室按照资料收集的顺序进行排序所设置的序号，与课题无关。
XXX

内容简介：: 山东大学毕业设计（论文）题目：数控铣床工作台仿真实验系统开发专业：机电一体化工程学生：准考证号：指导老师：毕业设计（论文）时间：年月日年月日摘要本文主要是设计一套以 51 单片机为主控制器的数控铣床工作台仿真实验系统，首先对数控技术的发展作了了解，探讨了数控机床的开放化、智能化、高精度、高速度和网络化的发展趋势；着重分析了单片机数控系统的控制原理，指出了设计数控系统的一般方法和步骤，并阐述了 51 系列单片机的功能以及在机床数控系统中所发挥的作用；设计开发了系统机械结构以及控制系统的 I/O 接口电路、步进电机驱动电路；通过编写汇编程序，从而实现系统设计要求。开发的这套系统可以作为一套实验室设备，对机床数控化改造、数控技术的教学和研究有深远意义。关键字：单片机铣床工作台步进电机接口电路汇编程序 n a of of on 51 is NC on NC NC of in of 51. of is , a of is as a of or a to of of 录第 1 章绪论 1 言 1 内外数控技术的现状及发展趋势 2 片机技术及其发展趋势 3 第 2 章数控铣床工作台总体方案设计 5 体方案设计的内容 5 制系统的选择 5 统运动方式的选择 6 服系统的选择 6 动及导向元件选择 7 第 3 章工作台机械结构设计 8 作台结构设计的内容和任务 8 定系统的脉冲当量 9 服电机的确定及选择 9 动及导向元件的设计 11 第 4 章工作台控制系统硬件电路设计 14 制系统硬件电路设计的内容 14 定系统硬件电路设计的整体方案 14 列单片机 15 031 单片机管脚功能及特点 17 储器扩展电路的设计 20 24 进电机驱动电路设计 28 它辅助电路设计 31 第 5 章系统软件设计 33 序设计框架 33 形分配器软件设计 33 线插补程序设计 38 弧插补程序设计 42 结论及展望 47 参考文献 48 致谢 50 山东大学本科生毕业设计（论文） 1 1 第 1 章绪论数控加工是一个重要组成部分。早在 60 年代，数控机床就已获得了应用。 70 年代就有了自动编程技术 (括具轨迹生成和数控代码生成。 70 年代后期，计算机辅助设计 (获得了广泛的应用。但是，实现集成是一个十分复杂的工作，除了对统进行改造和充实外，同时必须进行计算机辅助工艺规划 (即在产品设计好以后，先要进行工艺设计，然后再进行数控编程，也就是程。但是，要进行计算机辅助工艺规划 ( 就必须处理大量的制造技术问题，而制造技术难以用结构化模型来表达，这样就难以形成间的接口。在，为了缩短产品的设计与开发周期，要求将成的刀位轨迹文件 (接通过成数控加工中心所需的码。但在正式加工之前，一般要进行试切这一步骤。试切的过程也就是对成的码的检验过程。如果序生成 (也包括手工编写 )不正确的话，很可能发生零件被过切或少切，刀具与零件，刀具与夹具，刀具与加工工作台之间的干涉和碰撞等现象。过切或少切都会使零件成为不合格产品，而刀具与各部件之间的碰撞是十分危险的。而传统的试切是采用塑模、木模在专用设备上进行的力，而且延缓了生产周期，降低了系统效率，极大得影响了系统效能。本次毕业设计的课题是设计开发一套数控铣床工作台仿真实验系统，来模拟数控铣床 X、 Y 的两轴运动。从工程的角度来说，仿真就是通过对系统模型的实验去研究一个已有的或设计中的系统。分析复杂的动态对象，仿真是一种有效的方法，可以减少风险，缩短设计和制造周期，并节约资本。通过设计开山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 2 2 发这样一套仿真实验系统也为数控机床控制系统的研究和普通机床的数控化改造提供了必要的参考依据，同时这套系统也可以作为一套实验室设备应用到教学中。学生利用此系统可以在计算机上模拟加工环境和数控加工的过程，完成序的校验，发现干涉 (主要是刀具与工件之间 )和过切现象，修改序，通过实际参与，弥补课堂教学的不足。数控技术，简称是指用数字信号对一台或一台以上机械设备及加工过程进行控制的一门自动化技术。它集传统机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光电技术于一体，是现代先进制造技术的基础和核心数控技术的问世已 40 多年的历史，它经历了数控 (段和计算机数控 (段向着集成化、智能化和网络化的方向发展。那些利用传统方式不可能加工出来的复杂、精密零件在现代化的数控机床上可以很便捷地制造出来，这极大的带动了世界范围内高新技术产业的发展【 1】。从目前世界上数控技术及其装备的发展趋势来看，其主要发展方向有以下几个方面：（ 1）高速、高精加工技术效率和质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争力。 (2) 多轴联动和复合加工机床快速发展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，不仅光洁度高，而且效率也大度提高。当前电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴结构大为简化，制造难度和成本降低，促进了其快速发展。（ 3）智能化、开放式、网络化成为数控系统发展主要趋势山东大学本科生毕业设计（论文） 3 3 数控机床智能化主要体现在提高加工效率和加工质量；开放式主要指面向机床厂家和最终用户，通过改变数控功能，形成系列化，并可方便的将用户的特殊应用集成到控制系统中，快速实现不同品种，不同档次的开放式数控系统；网络化数控装备是近两年数控系统的一大亮点，它极大的满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现网络化制造模式的技术基础。世界各国经济的竞争、主要体现为制造技术的竞争。而数控技术是现代化加工设备的基础，又是精密、高效、高可靠性加工技术的支撑，发展先进制造技术，必须发展数控技术。 50 年代，数控机床研制成功是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中的一次革命。而现在一个国家数控机床的拥有量是衡量其工业水平的重要标志。就企业来说，面对日益激烈的国际竞争，在市场中占有一席之地，就必须采用先进的数控化设备，以提高技术水平。对于一个企业而言，提高数控化率有两个途径：投入巨资购买新的数控机床；对现有的普通化机床进行数控化改造。对拥有 300 多万台普通机床的我国来说，普通机床的数控化改造无疑是一条简单可行的途径。因此，对普通机床的数控化改造也成了人们近年来研究的课题。单片机通常把 I/ O 接口和定时器 /计数器等集成在一个芯片上 ,是微型计算机的一个很重要的分支，其性能价格比高，发展迅速。它是自动控制、仪表仪器、通讯、家用电器等领域中应用最广、性能价格比最高的核心部件之一。由于使用的是高级语言，必须有编译程序才能与计算机通信，而单片机使用的是汇编语言，它能直接与计算机通信，可以减少内存。因此，单片机在日益发展的今天仍得到广泛应用。新型单片机采取宽系列、多品种，其字长有 8 位、 16 位、 32 位，还有一些山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 4 4 专用的单片机，迎合了现代众多产品的要求。目前新型通用单片机主要有列单片机、司的片机 89 系列和 90系列。单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：可靠性及应用水平越来越高；所集成的部件越来越多；功耗越来越低；与模拟电路结合越来越多。 5 山东大学本科生毕业设计（论文） 5 5 第 2 章数控工作台总体方案设计一个完整的数控系统其总体方案的设计内容包括：系统运动方式确定，伺服系统选择，执行机构传动方式的确定，控制计算机系统的选择等内容，并根据设计任务和设计要求提出系统的总体方案，对设计方案进行分析、比较和论证，最终确定总体方案。为了确定数控铣床工作台的总体方案，必须明确本次设计的设计任务和设计参数。本次设计的内容是开发一套数控铣床工作台仿真实验系统，其中系统的分辨率为作台工作范围 X=175Y=175作台结构材料可选用铝材。开发这套仿真实验系统的主要目的是在我们强化机械结构设计的同时，进一步掌握数控机床控制系统的设计思路，并且掌握数控系统硬件和软件的设计思想和设计方法，对数控机床控制系统的研究和普通机床数控化改造提供了必要的参考依据，有一定的现实意义。控制系统是由微机部分、键盘及显示器、 I/O 接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成，系统的加工程序和控制程序通过键盘操作实现；显示器采用数码管来显示系统的各种状态，方便用户操作。本次设计将采用 51 系列单片机中的 8031 单片机作为主控制器。51 单片机的性能为： 6 集成度高、功能强、速度快，有很好的性能价格比；支持的芯片种类多；性能好，适合于各种不同的场合。山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 6 6 数控系统的运动方式分为点位控制系统、点位直线系统和连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。如果工作台或刀具沿各坐标轴的运动有精确的运动关系，应选用连续控制方式，连续控制系统应具有一个插补器进行各坐标轴进给脉冲的分配。这种控制系统要求伺服元件有很强的跟随能力。本课题开发的仿真实验系统，要求能模拟数控铣床工作台 X、 Y 的两轴运动，采用 8031 单片机控制步进电机，各坐标轴的运动有精确的运动关系。因此，本次设计将采用连续控制系统。数控机床伺服系统包括开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。开环控制系统没有检测反馈元件，不能纠正系统的传动误差，精度低；但其结构简单，调整维修容易，应用在速度和精度要求不高的场合。开环伺服系统在负荷不太大时多采用步进电机作为伺服电机。如下图示：图环控制系统框图闭环控制系统在机床移动部件上装有反馈元件来检测工作台的实际位移量，补偿系统的传动误差，精度高；但该系统造价高，结构和调试复杂，多用在精度要求高的场合。闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机作为驱动元件。如图示：驱动器铣床工作台步进电动机山东大学本科生毕业设计（论文） 7 7 图环控制系统框图本次设计中考虑到实验仿真系统精度要求不高，采用步进电机开环伺服系统来直接驱动 X Y 工作台的运动。 2 3 为了确保数控控制系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动时，要求低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼比。因此在设计中应注意以下几点：尽量采用低摩擦的传动和导向元件；尽量消除传动间隙；缩短传动链，缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减少传动误差。在本次设计中，选用的传动元件为普通丝杠螺母，导向元件采用燕尾形导轨，系统的总体框图如图示：图统总体框图山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 8 8 第 3 章工作台机械结构设计工作台结构设计的内容包括：确定系统的脉冲当量、确定伺服电机、传动及导向元件、计算机绘制工作台结构装配图等。如图工作台机械结构示意图：工作台范围为 X=175Y=175大移动速度为图作台机械结构示意图统分辨率为动方式采用普通丝杠螺母传动，结构材料山东大学本科生毕业设计（论文） 9 9 选用铝合金材料为相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称为脉冲当量。脉冲当量影响数控机床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高，但其系统的运行速度也会越低。因此，应兼顾精度与速度的要求来合理选择脉冲当量。在步进电机开环控制系统中，系统的脉冲当量（步进电机步距角、丝杠螺距 t（系统的传动比 i 之间的关系为： 360 （ 3 1）脉冲当量一般为次设计精度要求不是太高，综合考虑系统的速度要求，脉冲当量取数控系统对伺服电机的基本要求是： 8 9 调速范围宽，为适应不同的加工条件，要求伺服电机有很宽的调速范围和优异的调速特性；负载特性强，伺服电机在不同的负载情况下或切削条件发生变化时，应使进给速度保持恒定，要求伺服电机具有优良的静态与动态负载特性；动态响应快，为了保证轮廓切削形状精度与低的加工面表面粗糙度，要求伺服电机具有良好的快速响应特性。在本次设计中驱动电机的功率小，系统要求的精度不高，并且是在空载状态下模拟数控铣床工作台 X、 Y 的两轴运动。因此选用步进电机作为驱动电机。合理地选用步进电机是相当重要的。首先，应考虑系统的精度和速度要求。前面一节根据本次设计已经确定了脉冲当量，接着可以以此为依据来选择步进山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 10 10 电机的步距角和传动机构的传动比。步距角的选择步进电机的步距角应小于或等于系统对步进电机最小转角的要求。式中：为系统的脉冲当量； i， t 为系统的传动比和丝杠螺距。（ 3 2）步进电机的步距角从理论上来说是固定的，但实际上还存在误差。另外，负载转矩也将引起步进电机的定位误差。因此，必须把步进电机的步距误差、负载引起的定位误差和传动机构的误差全面考虑在内，使总的误差小于数控系统允许的定位误差。启动转矩的选择步进电机的启动转矩应满足下列关系：（其中， T 为负载转矩）（ 3 3）步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）两种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的 2 为好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。步进电机有两条重要的特性曲线，即反映启动矩频与负载转矩之间关系的启动矩频特性曲线和反映转矩与连续运行频率之间的关系的工作矩频特性曲线，这两条曲线是选用步进电机的重要依据。已知负载转矩，可以在启动矩频特性曲线中查出启动频率，这是启动频率的极限值，实际使用时只要启动频率不高于这一极限值，步进电机就可以直接带动负载启动。若已知步进电机的连山东大学本科生毕业设计（论文） 11 11 续运行频率，就可以从工作矩频特性曲线中查出转矩 M，这也是转矩的极限值，有时称其为失步转矩。即步进电机以频率 f 运行，它所驱动的负载必须小于 M，否则将导致失步。电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）综上所述步进电机的选择应遵循以下步骤，如图示：图进电机选择步骤根据以上论述，考虑本次设计对电机的要求 :在空载条件下运行，所需驱动功率小 ;又考虑到此次设计本着结构简单、成本低、价格便宜的原则，因此选用45参数如下：步进电机的步距角为 3，三相六拍工作方式，工作电压为 27V，寸规格为： 5845轴径为 4 山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 12 12 （ 1）传动元件设计根据本次设计要求，传动元件既要有一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，同时又从设计原则出发，本着结构简单、加工方便、成本低的原则，选用普通丝杠螺母副传动方式。丝杠螺母的传动特点是：用较小的扭矩转动丝杠，可使螺母获得较大的轴向牵引力；能达到较高的传动精度；传动平稳、噪声较小；在一定条件下能自锁，即丝杠螺母不能进行逆传动。综合以上要求，确定传动元件采用 30梯形牙丝杠，参数如下：丝杠中径为 d=10杠螺距为 t=1 （ 2）导向元件设计机床系统的导向元件一般都采用导轨。导轨的作用是使运动部件沿一定轨迹运动（导向），并承受运动部件及工作台的重量和切削力（承载）。选择一个合适的导轨应满足下列要求：精度高；寿命长；刚度及承载能力大；摩擦阻力小，运动平稳；结构简单。便于加工、装配、调整、维修；成本低。根据以上论述以及设计任务的要求，系统的导向元件选用燕尾形导轨。燕尾形导轨的特点如下：尺寸紧凑，适合于高度小层次多的部件；用一根镶条可以同时调整各面间隙，调整及夹紧方便；刚度不及矩形导轨，不适合承受大的颠覆力矩和向上的力；摩擦阻力大；加工、测量麻烦。其结构如图山东大学本科生毕业设计（论文） 13 13 图尾形导轨结构示意图燕尾形导轨常用于固定部件高度尺寸受限制的场合，如铣床工作台。镶条将采用平镶条，其制造简单，用于行程短或受力不大或不太重要的场合。为了减小上下导轨的磨损，采用贴塑导轨。镶塑材料有很多，可以选用酚醛塑料、聚酰胺等。但酚醛塑料耐磨性非常好，常用于重型机床，在本次设计中导轨的贴塑材料选用聚酰胺（通称尼龙）。尼龙 1010 具有良好的冲击性能、耐疲劳、强度高，在一般场合中得到广泛应用。山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 14 14 第 4 章控制系统硬件电路设计控制系统的设计内容包括以下几个方面：确定硬件电路整体方案及主电路设计，如主选择；存储器扩展电路设计，如数据存储器的扩展和程序存储器的扩展；步进电机驱动电路设计，如隔离电路，功率放大电路以及步进驱动电路；其他辅助电路设计，如时钟电路、复位电路。数控铣床工作台仿真实验系统的硬件电路概括起来由以下几部分组成：主控制器即中央处理单元总线包括数据总线址总线控制总线存储器包括只读可编程存储器和随机读写数据存储器；接口即 I/O 输入输出接口。其中控制系统的核心，其作用是发布命令以协调各部分电路的正常工作；存储器用于存放系统软件（即程序）以及运行过程中的各类数据； I/O 接口是系统与外界进行信息交换的桥梁；三线则是存储器、接口以及其它各种转换电路联系的纽带，是各部分电路进行信息交换和通讯的必由之路。除此之外，还要根据数控系统的要求装配一些外围设备和一些信号变换电路。如图示：山东大学本科生毕业设计（论文） 15 15 图制系统硬件总体框图其中，储器及 I/O 接口是任何一个数控系统必不可少的环节，其余部分并非所有数控系统都具备。通常，过 I/O 接口可连接的人机交换外设有键盘、打印机、磁带记录仪、显示器等通讯接口；信号变换电路是实现微机与控制对象之间的信号匹配与转换的中间电路，这两部分可根据控制对象的要求选取。根据此次设计的要求，控制系统硬件主电路由储器、 I/O 接口、外设、信号变换电路组成。同时根据需要外设由键盘、显示器组成；信号变换电路由光电隔离电路、功率放大电路组成。在设计过程中要求主电路结构简单、设计选用的元件合理，性能价格比高，从而达到控制系统的设计要求。 51 系列单片机、显示器等山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 16 16 目前在数控系统中常用的芯片有 8086、 8088、 80286、 80386 以及 8096、8098 等 16 位机，也有 8080、 8051、 8031、 8751 等 8 位机的中， 8031、 8051 和 8751 为 51 系列单片机。该系列单片机集成度高、可靠性好、功能强、速度快，具有很高的性能价格比，与 96 系列单片机相比， 51 系列单片机片外有两个 64存储空间，一个是提供给扩充片外程序存储器间，一个是提供片外扩充数据存储器间。充足的片外存储空间，为系统设计时扩充接口芯片、设置大容量存储器以及存储众多数据提供了方便。另外它还是集 I/O 端口及部分为一体的功能性很强的控制器，只需要增加少量的外围设备就可以构成一个完整的微机控制系统。三种型号引脚完全相同仅在内部结构上有少许的差异，目前在工业控制中应用最多的是 8031 单片机。它具有价格低、功能全、体积小、支持的芯片多等优点。因此，从本次设计的要求出发，选用 8031 单片机作为主控制器。 8031 单片机有以下基本特征：具有 8 位中央处理单元（片内有时钟发生电路（ 6 12每执行一条指令时间为 2m 或 1 m；具有 128 字节具有 21 个特殊功能寄存器；可寻址 64节的外部数据存储器和 64节的外部程序存储器；具有 4 个 I/O 端口， 32 根 I/O 线，分别为、、、；具有两个 16 位定时器 /计数器；具有 5 个中断源，配备两个优先级；具有一个双全串行接口；山东大学本科生毕业设计（论文） 17 17 具有位寻址能力，适用于逻辑运算。 031 单片机的引脚及功能 8031 单片机芯片为 40 个引脚的双列直插式器件，如图示：图 51 系列单片机引脚及功能图按 8031 单片机引脚功能的不同分为以下几个部分： 1 电源部分： +5V，地。晶振部分：部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚，当采用外部振荡器时，此引脚接地；部振荡电路反相放大器的输出端，是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。控制信号：问外部存储器时用于锁存地址低八位的地址锁存允许输出；外部 ” ，低电平有效； “读外部许 /程电源”管脚。 1 时，山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 18 18 访问内部程序存储器， 0 时，访问外部程序存储器；引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位输入输出 I/O 引脚：是一个三态双向口，可作为地址 /数据分时复用口，也可作为通信 I/O 接口，具有双向通信功能。其中 1 位的内部结构原理如图示： 12 图内部结构原理图由 8 个这样的电路组成，锁存器起输出锁存作用， 8 个锁存器构成了特殊功能寄存器效应管（成输出驱动器，以增大带负载能力，三态门 1 是引脚输入缓冲器；三态门 2 用于读锁存器端口；与门 3、反向器 4 以及模拟转换开关组成了输出控制电路。是一个 8 位双向 I/O 口，它访问外部程序的低 8 位地址和数据总线，在程序检验时它也输出指令字节，个载的能力，即输出电流不小于 800 A。：具有提升电阻的 8 位双向 I/O 口，专供用户使用，能吸入或放出 3 个入。：具有提升电阻的 8 位双向 I/O 口。供系统扩展时作高 8 位地址线用，在没有外部存储器扩展时，它可以作为用户 I/O 线使用。在程序检山东大学本科生毕业设计（论文） 19 19 验时，它也接受高位地址和控制信号，能吸入或放出 3 个：也具有提升电阻的 8 位双向 I/O 口，该口的每一位都可独立定义为第一 I/O 口功能或第二 I/O 口功能。作为第一功能使用时，口的结构和功能操作与完全相同。第二功能如下所示：引脚第二功能行输入口）行输出口）部中断）部中断）时器 0 外部输入）时器 1 外部输入）部数据存储器写选通）部数据存储器读选通）能吸入 /放出 3 个外， 8031 内部还有很多特殊功能寄存器，用于对片内功能模块进行管理、控制、监视，是一个特殊功能的，位于片内数据存储器之上，其地址为 80H 功能及名称如下：加器，其指令助记符用 A 表示； B ：寄存器主要用于进行乘法和除法操作，对其它指令也可进行暂存；堆栈指针寄存器，位于片内节任何单元；据指针寄存器，其功能是存放 16 位地址，分别由高位字节和低位字节组成 5. 8031 的存储器： 51 系列单片机存储器结构的主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开的，对于 8031 单片机而言，有 4 个物理上相互独立的存储空山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 20 20 间，即内、外程序存储器和内、外数据存储器。如图示：图 8031 单片机存储器结构及功能其中， 8031 片内无程序存储器，片外程序存储器的容量，用户可根据需要选择，最大容量不超过 64址从 0000H 部数据存储器的地址从00H 256 字节，其中内部址为 00H 70 127），专用寄存器地址为 80H 128 255）。外部数据存储器最大可扩展到 64K，地址从 0000H 于存储数据信息。储器扩展电路设计单片机应用系统中的程序存储器芯片大多采用选择芯片时要考虑序的匹配，即 8031 所能读取的时间必须大于外，还需要考虑最大读出速度、工作温度及存储器容量，在满足要求时尽量选择大容量的芯片，以减少芯片数量，使系统简化。本次设计从以上几点考虑，选择 2764 芯片，其管脚功能如图示：山东大学本科生毕业设计（论文） 21 21 图 2764 管脚分布图 2764 芯片是一种高速，其容量为 8K 的出时间为 2508031 用晶振频率为 6读取时间为 480满足要求。 2764 芯片共有 13根地址线 8 根数据线余为控制线片选信号端，低电平有效，指允许，编程控制端，程电源端以及 4于 51 系列单片机的具有分时复用低 8 位地址和 8 位数据的功能，必须要通过外接芯片将低 8 位地址信息和 8 位数据信息分离，对于一个具体的应用系统中必须使用地址锁存器。在本次设计中选用 74地址锁存器。其引脚及功能如图示：山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 22 22 图 74脚及功能 74一个带三态缓冲器的 8D 锁存器，当三态门输出使能信号端时，三态门处于导通状态；当时，三态门处于断开状态。 G 为数据输入的门控制信号。当 G=1 时锁存输出端 1Q 8Q 的状态与输入端 1D 8D 状态相同；当 G 端由高电平返回到低电平时，输入端 1D 8D 的数据锁存到 1Q8Q 的 8 位锁存器中。 8031 与 2764 通过 74展的电路中， 2764 中低 8位地址线通过地址锁存器与 8031 的相连。当地址锁存器允许信号输出地址有效， 8 位数据线直接与 8031 的相连，高 5位地址线分别与连，脚直接同连。由于 8031 内部有 128 字节，远远不能满足系统的要求，需要扩展片外数据存储器。单片机应用系统数据存储器的扩展电路一般采用 6116 和 6264数据存储器，其选用的原则与要求相同。山东大学本科生毕业设计（论文） 23 23 根据本次设计要求，选用 6264 芯片。它是一个 8K 的储器电路，集成度很高其引脚及功能如图示：图据存储器 6264 的引脚及功能其中， 13 位地址线，输出地址与内部 8单元相对应， 7 为 8 位数据线，该芯片的读取时间为 200足要求。译码电路是对系统的片外地址进行译码，其译码输出作为存储器芯片的片选信号。译码电路除采用一般的门电路译码器外，更多的采用译码器芯片。常用的译码器芯片有： 74 2 4 译码器）、 743 8 译码器）及744 16 译码器）等。通常以 74码器用的最多，其管脚如下图所示：其中三个控制端，只有当 “ 1”时且 2B 均为“ 0”时，译码器才能进行译码输出，否则译码器的 8 个输出端全为高阻状态。山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 24 24 图 74码器管脚及功能：两个可编程 8 位并行口 A、 B 和 6 位并行口 C；256 字节的静态个 14 位减法定时器 /计数器。一片 8155 在外扩三个I/O 口的同时，还为用户提供了 256 字节的外部一个定时器，不需要一般芯片扩展所需要的地址锁存器，可直接与单片机接口。 8155 芯片结构如图山东大学本科生毕业设计（论文） 25 25 图 8155 芯片结构及功能其引脚功能如下：址 /数据分时复用线；： 8155 片内 I/O 和择线；选端，低电平有效；存有效输入信号线，用来锁存 8 位地址及、态；位线，高电平有效，复位后 8155I/O 口设定为输入方式；、写输入线。 8155 的两个寄存器共用一个地址，指令写入的是工作方式字，而输出的是状态字，另外 8155 内部有一个 10 位锁存器，用来锁存地址及控制信号，因此从 8031 送至 8155 的地址就不要再加地址锁存器了。键盘是一种常用的输入设备，是由若干按键组成的开关矩阵，用户可根据键盘输入数据或命令，实现简单的人机通信。键盘接口的任务是将按键的机械山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 26 26 动作转换为计算机识别的信号供取。本次设计采用矩阵键盘。矩阵键盘的按键排成 n 行 m 列，每个按键占据行列的一个交叉点，需要的输入输出线为 m+n，最大按键数是 m n。矩阵键盘的工作原理为：检测是否有键按下：将键盘所有行线置 0，读入列线的值，若所有列线的值全为“ 1”，说明无按键按下；若不全为“ 1”，则有按键按下，因为按下的键已经将所连接的行线和列线接通，使相应列线的值变为“ 0”；确定所按下键所在的行和所在的列的位置：采用逐行扫描法，先将键盘的行线置“ 0”，读入列线的值，判断是否有按键按下，若有键按下，找出列线中为“ 0”的列线，即为按下键所在的列，由相应的行、列线值可得到闭合键值，如果第一行无键按下，则依次扫描下一行，直到判断出按下键的位置。下图 4 矩阵键盘及其接口电路：图 4 矩阵键盘及其接口电路山东大学本科生毕业设计（论文） 27 27 本次设计用到的显示器是由 8 个发光二极管组成的数码管显示器，通过不同的组合来显示数字 0 9，字符 A F、 L、 H、 P、 R、 U、 Y 等字符及小数点“ .”。分为共阳极和共阴极结构。共阳极数码管中 8 个发光二极管阳极连在一起，接高电平，其他管脚接驱动电路输出端，当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端驱动电路字段导通。相反，共阴极数码管中的 8 个发光二极管的阴极连接在一起，接低电平，其它管脚接驱动电路端，当驱动电路端接高电平时，该字段的字符导通并点亮。如图共阴极数码管显示器结构：图阴极结构数码管显示器山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 28 28 图 6 位动态显示器接口电路图共阴极接法的 6 位动态显示接口，由 8155 的经 75452 反相器送出 8 段码，只有共端为低电平时显示器才能显示字符。步进电机驱动控制电路由隔离电路和功率放大器组成。 17 本次设计采用8031 单片机直接控制步进电机驱动。脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的需要，必须将信号放大产生足够的功率，才能驱动步进电机的正常运转。功率放大器的作用就是将环形分配器产生的控制信号经过功率放大。本次设计采用基本的单电源功率放大电路，如图示。此电路设计为单电压供电，仅在步进电机绕组回路中串联一个不小于 10的电阻，以增大功率放山东大学本科生毕业设计（论文） 29 29 大器的负载电阻，使步进电机绕组中电流上升的时间常数减少，提高上升沿的陡度。这种功率放大器线路简单，但效率不高，只适用于小功率的步进电机。图功率放大电路在步进电机驱动电路中，脉冲分配器的输出的信号经放大后控制步进电机的正反转。由于步进电机需要的驱动电压较高（几十伏），电流也较大（几安到几十安），如果将输出信号直接与功率放大器相连，将会引起强电干扰，所以在接口电路与功率放大电路之间要加隔离电路。实现电器隔离，通常使用的是光电偶合器。光电偶合器由发光器件和受光器件组成，连接发光源的引线作为输入端，连接受光元件的引线作为输出端。通常发光器件为发光二极管，受光器件为光敏三极管。在本次设计中，隔离电路如图示。当输入信号到输入端时发光二极管导通，激发出红外光，光敏三极管受光照后产生发光电流，通过输出端输出，从而实现以光为媒介的电信号的传输，输入端与输出端在电气上是完全隔离的。山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 30 30 图光电隔离电路步进电机驱动电路除了隔离电路、功率放大电路外，还需要环形分配器。环形分配器的作用是把来自控制系统的输出进给指令脉冲，按一定规律通过功率放大器作用于步进电机各相绕组，从而控制步进电机的正向运转或反向运转。环形分配器分软件环形分配器和硬件环形分配器。由于由软件环形分配器设计的电路简单、成本低，可以灵活的改变步进电机的控制方案。因此，在本次设计中采用软件环形分配器，如图 8031 单片机直接控制步进电机的某一相的接口方式， 8031 单片机的的低三位为输出，分别控制步进电机的 U、V、 W 三相绕组的通断。图单片机控制步进电机接口电路山东大学本科生毕业设计（论文） 31 31 振荡器和单片机时钟一起构成了单片机的时钟方式，根据连接方式的不同，又分为内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计的时钟电路采用内部时钟方式，晶振电路采用晶振为 6 内部时钟方式是利用芯片内部的振荡器，在引脚脚上外接定时元件，因此内部电路产生了自激振荡。它采用了晶体和电容组成的并联谐振回路，晶体可在 12间选择，电容在 20 100 60 70，震荡器有较高的频率稳定度。通过某种方式，使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。单片机复位是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在脚上出现 10上的高电平，单片机便实现状态复位，之后从 0000H 单元开始执行程序。 51 系列单片机通常采用上电自动复位和开关手动复位两种方式。一般数控系统中都采用上电自动复位和开关手动复位组合的方式，如图示，上电瞬间，路允电，脚端出现正脉冲，只要 0上的高电平，就能使单片机有效复位，在实际应用系统中有些复位的芯片复位电平与 8031 复位要求一致时则可以直接相连。山东大学本科生毕业设计 (论文 ) 32 32 图 8031 单片机的复位电路本章主要介绍了 8031 单片机的引脚及功能，通过对芯片及各种接口电路的了解、分析和论述，从而得出本次设计硬件控制电路的设计方案。在控制系统中，主要采用 8031 单片机作为主控制器，用 2764、 6264 扩展片外存储器，用8155 芯片扩展 8031I/O 口，用于连接键盘及示器，同时采用 8031 单片机直接控制步进电机运转。通过以上芯片连接、设计的硬件控制电路，结构简单，开发费用低廉，能基本满足系统的要求。山东大学本科生毕业设计（论文） 33 33 第 5 章系统程序设计架本次程序设计的内容有：编制脉冲分配器程序并绘制脉冲分配器程序框图；编制直线插补、圆弧插补程序并在实验设备上调试通过。系统的控制软件是根据系统的要求而设计的，应可靠实现系统的各种功能。系统的控制软件通常用汇编语言编写，采用的设计方法是：模块化程序设计模块化程序设计是把一个较长的完整程序分成若干个小的程序模块，再进行独立的设计编制，测试和检查错误之后，装配在一起，连成一个完整的程序。自顶向下程序设计自顶向下程序设计是在程序设计时，先从系统的一级管理程序开始，从属的程序或程序模块用一些程序标志代

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。