收割机滚筒轴专用数控车床结构与运动控制系统设计

- 1 -1 前言数控加工是集计算机、自动控制、精密机械综合运用一体化的高新技术。数控机床实质是机械工程技术与微电子技术的结合。数控机床加工的精度、效率、速度都有了很明显的提高，适合我国现在经济水平的发展要求。本次毕业设计主要是对机床机械部分进行设计,以伺服电机驱动横向进给运动、纵向进给运动以及刀架的快速换刀,使传动系统变得十分简单，传动链大大缩短,传动件数减少,从而提高机床的精度。设计中，我对有关数控机床的相关书籍、刊物进行大量阅读,收集了很多资料,了解了数控机床的基本概念，数控机床的发展概况，数控机床的组成及其工作原理，扩大了我的知识面。随着科学技术的发展,现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越来越高。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多,产品更新换代加速。数控机床代替普通机床被广泛应用是一个必然的趋势。同时，数控机床将向着更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能发展。1.1 数控车床的现状1. 床身和导轨(1)床身机床的一个重要部分是其床身起到支撑作用，是机床的主要部分，一般是用来摆放导轨、主轴箱等重要部分。床身的形状对机床的布局设计有很大的影响。比较床身导轨平面和水平面的相对位置，床身有图 1 所示的几种布局形态。总起来来说，各种规格的数控车床选用斜床身和平床身倾斜滑板的挺多，只有有些大型数控车床和那些小型精密的数控车床才用平床身，立床身采用的往往较少。平床身的工艺性很好，容易加工制造。由于刀架水平安放，对刀架运动精度起到保障，但床身下部空间小，排屑困难；刀架横滑板较长，加大了机床的宽度尺寸，影响外观。(2)导轨车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。2. 主轴变速系统经济型数控车床大多数是不能自动变速的，需要变速时，只能把机床停止，然后手动变速。而全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。3. 刀架系统数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其- 2 -结构直接影响机床的切削性能和切削效率。4. 进给传动系统数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。1.2 数控车床发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的那些起支撑的行业(IT 、汽车、轻工、医疗等)的发展起着 不可估量的作用，因为这些行业中所需要的数字化已是当今社会发展的大趋势。现今数控车床呈现下面的这些发展趋势。1. 高速、高精密化高速、高精密是机床发展不变的方向。随着那些高科技的不断发展，机电产品更新换代速度加快，对加工产品的精度和表面质量的要求也是不断的提高。为了满足这市场不断变化的需求，现今的数控车床正向着高速切削、干切削和准干切削方向发展，当然加工精度也随着变高。另外，电动主轴和伺服电机的成功应用，陶瓷制造的滚珠轴承、以及高精度大型导程空心内冷式和滚珠螺母强制降低温高速滚珠丝杠副及附有滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件面向市场，同时为机床向着高速、高精密化发展制造了基础。数控机床采用了电动主轴，替换了皮带、带轮和齿轮等部分，很大程度上降低了主传动的转动惯量，提升了主轴的响应速度和加工精度，彻底消除了主轴高速转动时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。运用电主轴可使主轴的转速达到10000r/min 以上。2. 高可靠性数控车床的可靠性是数控车床产品质量的比较重要的指标。数控车床是否可以发挥它的高性能、高精度和高效率，同时获得好的效果，重点在于其可靠性的高低。 3. 数控车床设计 CAD 化、结构设计的模块化随着微机使用的普及和软件技术的发展，CAD 技术在很多程度上得到了发展。CAD 不仅可以帮助人工完成复杂的画图过程，更重要的是能够对设计方案进行选择和对大型机够的静、动态特性的分析、计算、预算及优质设计，能对机构各个工作部分进行动态模拟。可以在模块化基础上的设计阶段能够看出产品的立体模型和逼真的颜色。应用 CAD，还可以把工作效率提上去，提高设计的成功率，从而缩短设计时间，减少设计的成本，提高市场竞争能力。 5、智能化、网络化、柔性化和集成化21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系- 3 -统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。2 数控机床系统总体设计方案确定2.1 总体方案设计的内容设计一个针对收割机的滚筒轴两端轴端加工的数控车床，这时由于轴长度为 1.5米，直径 43mm，除去两端各 15mm 为光轴以外，轴上已经焊接了螺旋的铁片, 螺旋的外径为 500mm.以及对此运动控制系统的设计。主要技术参数：最大加工直径（mm）： 在床身上：60 最大加工长度（mm）： 2000 溜板及刀架重量（N）： 纵向：1000 横向：500 刀架快移速度（m/min）： 纵向：2.2 横向：1.3 最大进给速度（m/min）： 纵向：0.6 横向：0.3 最小分辨率 （mm）： 纵向：0.01 横向：0.005定位精度（mm）： 0.02主电机功率（KW）： 5.5 起动加速时间（ms）： 352.2 总体方案的设计对于一个数控装置的设计，必须首先要拟定出其总体方案，并且画出系统的总体框图，然后才能决定出各种设计参数和结构，最后再对各个机械部分和各个电器部分分别进行设计计算。机床数控系统总体方案的拟定应该包括下面几个内容：系统运动方案的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及对传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。一般是根据设计的要求和任务提出多个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。2.21 对系统运动方式的确定- 4 -数控车床系统按照运动方式可分为点位控制系统、点位/直线控制系统和连续控制系统。由于数控车床有定位、直线的插补、圆弧插补、停止、循环加工、螺纹加工等功能，所以应该选用连续控制系统。2.22 伺服系统的选择伺服系统可以分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。在开环控制系统中，并没有反馈的电路，同时没有检测装置，指令信号是单方向传送的。闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服系统控制精度高。半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是用检测元件测出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也要反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。考虑到经济型数控机床加工精度要求很高，为了达到要求，采用伺服电机闭环控制系统。2.23 机构传动方式的确定为了尽可能实现机床所要求的分辨率，采用伺服电机带动丝杠运动，为了保障一定的传动精度和工作稳定性，尽可能的减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同样，为了提高传动刚度和消除间隙，应用有预加负载荷的结构。2.24 计算机的选择控制系统由微机部分、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组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用 LED液晶显示器显示加工数据及机床状态等信息。微机是整个数控系统的核心，其它装置都是在微机的指挥下工作的。根据机床的要求，采用 8 位微机。由于 MCS-51 系列单片机的特点之一是硬件设计比较简单，系统结构比较紧凑。对于简单的应用场合，MCS-51 系统的最小系统用一片 80C51外扩一片 EPROM 就能满足功能的要求，对于复杂的应用场合，可以利用 MCS-51 的扩展功能，构成功能强、规模较大的系统。- 5 -图 2.1 数控车床总体方案框图3 机床进给伺服系统机械部分设计计算伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的负载，确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩机计算，确定伺服电机传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图及零件工作图等。现分述如下：3.1 确定系统脉冲当量一个进给脉冲，使机床运动部件产生的位移量，称为脉冲当量，也称为机床的最小设定单位。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。数控车床、铣床一般应用的脉冲当量是在 0.01-0.005mm/脉冲,根据机床精度要求确定脉冲当量：纵向：0.01mm/step；横向：0.005mm/step3.2 切削力的计算（1）纵车外圆：主切削力 FZ（N）由经验公式（3.1）估算：(3.1)N31607.0.67D5.1.5maxZ - 6 -X 向和 Y 向根据经验公式（3.2） （3.3）确定(3.2)NFx 1563.05.Z(3.3)876Y（2）横切端面：主切削力 可取纵切的一半ZF(3.4)(1562NFZ此时走刀抗力 ，吃刀抗力 依然按上述经验公式粗略计算：YFX: : =1:0.5:0.6 (3.5)ZXFY(3.6)NX782156(3.7)FY94.03.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型（1）纵向进给丝杠：1 . 进给牵引力的计算 Fm(N)作用在滚珠丝杠上进给牵引力主要有切屑时的走刀抗力以及工件的重量和切屑分力作用在导轨上的摩擦力，所以数值大小和与导轨的形式有关。本次设计纵向进给为综合型导轨，则按以下公式确定：(3.8)NGFfKZym4150318.561. 式中：K考虑到颠覆力矩影响的实验系数，综合型导轨取 K=1.15滑动导轨摩擦系数：0.16-0.18，取 =0.18f f- 7 -G溜板和刀架重力，由已知 G=1000N2 . 计算最大动载荷 C：(3.9)mwFfL3(3.10)610Tn(3.11)0Lvs式中： -为滚珠丝杠的导程,开始选用丝杠导程 =6mm；0L 0L-最大切削力下的进给速度,可以用最高进给速度的(1/2-1/3),这sv里为 0.6m/min;-使用寿命,按 15000h;T-运转系数,按照一般的运转选取 =1.2-1.5;此处取 =1.2；wf wf wfL-寿命以转 转为 1 单位.600Lvnsmin/506.r=4561T1=mwFfC3N245.433 . 滚珠丝杠螺母副的选型：查阅数控机床系统设计中附表 1，可采用 外循环螺纹调整预紧的2041LW双螺母滚珠丝杠副，1 列 2.5 圈,其额定动负载为 6100N,精度等级按滚珠丝杠行程公差表，选为 3 级。4 . 传动效率计算 - 8 -(3.12)tg式中：螺旋升角, 的螺旋升角 =2041LW93摩擦角取 10滚动摩擦系数 0.003-0.004则：=tg96.013tg5 . 刚度校核先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，如下图 3.1 所示, 最大轴向力为376N, 支承间距 L=2000mm。图 3.1 纵向进给滚珠丝杠支承方式草图 丝杠的拉伸或压缩变形量 1根据： ， ，查滚珠丝杠轴向拉伸压缩变形图，得：19mFN02Dm,可算出60.8/L261 106.2010.8L(3.13)- 9 - 滚珠与螺纹滚道间接触变形 ：2查图得 mQ4.因对此进行了预紧，所以Q2.12(3.14)支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3采用 6002 深沟球轴承，d=4.25,z=17(3.15)012.725.40.024. 332 zdFmc同样因施加了预紧力，所以(3.16)06.12.213Q根据以上计算： 小 于 定 位 精 度012.6.012.4.321 满足要求。（2）横向进给丝杠：1 . 计算进给牵引力 (N)mF横向进给为综合型导轨，则按以下公式确定：(3.17)265018.9415. GfKzym式中：K考到虑颠覆力矩影响的实验系数，综合型导轨取 K=1.15- 10 -滑动导轨摩擦系数：0.15-0.18，取 =0.18f fG溜板及刀架重力，由已知 G=500N2 . 计算最大动载荷 C：(3.18)mwFfL3(3.19)610Tn(3.20)0Lvs式中： -为滚珠丝杠导程,开始选用选丝杠导程 =5mm；0L 0L-最大切削力下的进给速度,可以选取最高进给速度的(1/2-1/3),sv此处为 0.3m/min;-使用时间,按 15000h;T-运转系数,按照一般的运转取 =1.2-1.5;此处取 =1.2；wf wf wfL-寿命以转 转为 1 单位.60(3.21)0Lvnsmin/305.r=27 (3.22)61T61= (3.23)mwFfC3 N8472.33 . 滚珠丝杠螺母副的选型：查阅数控机床系统设计中附表 1，可采用 外循环螺纹调整预紧的2041LW双螺母滚珠丝杠副，1 列 2.5 圈,其额定动负载为 6100N,精度等级按滚珠丝杠行程公差表，选为 3 级。4 . 传动效率计算 - 11 -(3.24)tg式中：螺旋升角, 的螺旋升角 =2041LW93摩擦角取 10滚动摩擦系数取 0.003-0.004则：=tg96.013tg5 . 刚度校核先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，如下图 3.2 所示, 最大轴向力为226N, 支承间距 L=800mm。图 3.2 横向进给滚珠丝杠支承方式草图 丝杠的拉伸或压缩变形量 1根据： ， ，查滚珠丝杠轴向拉伸压缩变形图，得：26mF02Dm,可算出1.4/L(3.25)261 107.3810.4L- 12 - 滚珠与螺纹滚道间接触变形 ：2查图得 mQ.因对此进行了预紧，所以(3.26)Q1.2支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3采用 6002 深沟球轴承，d=4.25,z=17(3.27)012.725.460.024. 332 zdFmc同样因施加了预紧力，所以(3.28)06.12.213Q根据以上计算： 小 于 定 位 精 度017.6.01.37.321 满足要求。（3）纵向和横向滚珠给丝杠副几何参数：表 3.1 滚珠丝杠几何参数名称 符号 2041LW公 称 直 径 0d20导 程 l4螺纹滚接 触 角 93- 13 -钢 球 直 径 bd 4.25滚道法面半径R0.52bd2.064偏 心 距e(/)sinb0.056道螺 纹 升 角 r0ractgLd93螺 杆 外 径 dqd25.24.6螺 杆 内 径 110eR20.884螺杆螺杆接触直径 ZcosZb18.027螺母螺纹直径D02de30.826螺母 螺 母 内 径 1bd5.125.83.4 伺服电机的计算和选用（1）纵向机构伺服电机选型：1 . 计算伺服电机负载转矩 Tm(3.29)180/(mmFTN6.4.3/6.045式中: 脉冲当量 (mm/step);进给牵引力 (N);mF步距角,初选为 0.036;b2 . 初选伺服电机型号根据 6.6N.m 在网上查伺服电机技术数据表初选伺服电机型号为 EDSMT-mT2T110-050A，其中， ,峰值转矩为 15N.m.23106.mKgJ（2）横向机构伺服电机选型：1 . 计算伺服电机负载转矩 Tm- 14 -(3.30)180/(mmFTFTN.4.3/06.52式中: 脉冲当量 (mm/step);进给牵引力 (N);mF步距角,初选为 0.036;b2 . 初选伺服电机型号根据 1.8N.m 在网上查伺服电机技术数据表初选伺服电机型号为 EDSMT-mT2T110-020A，其中， ,额定转矩为 2 ，峰值转矩为2310.mKgJ mN6 。N4 微机数控系统的设计4.1 微机数控系统设计的内容4.1.1 硬件电路设计内容硬件是组成系统的基础,也是软件编制的前提,数控系统硬件的设计包括以下几部分内容：1、绘制系统电气控制结构框图据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路的总体方案，绘制电气控制结构图。机床硬件电路由五部分组成：（1） 主控制器，就是核心处理单元 CPU。（2） 总线，包含着数据总线、地址总线和控制总线。（3） 存储器，包含着程序存储器与数据存储器。（4） 接口，即输入/输出接口电路。（5） 外围设备，如键盘、显示器和光电输入机等。2、选择中央处理单元 CPU 的类型- 15 -CPU 的种类很多，在此处选择 MCS51 系列单片机中的 80C51，因为其集成度高，稳定性、可靠性好，体积小，而且有很强的外部扩展功能，外围扩展电路芯片大多是一些常规芯片，用户很容易通过标准扩展电路来构成较大规模的应用系统。3、存储器扩展电路设计存储器扩展包括数据存储器和程序存储器扩展两部分。分别选择两片 2764 和一片 6264 来扩展 16K 的内存。4、I/O 接口电路设计设计内容包括：据外部要求选用 I/O 接口芯片，步进电机伺服控制电路，键盘、显示部分以及其他辅助电路设计（如复位、掉电保护等） 。经考虑，选择 8255 为I/O 接口芯片，液晶显示控制器 LR104VRAM 来控制 LCD。图中的急停开关应采用那种按下去之后不会弹起、直到再次启动后操作者用手动拔出的按钮，此处由于表达方式的限制，仅以普通按钮表示。4.1.2、机床数控系统软件设计软件是硬件的补充，在硬件电路确定以后，根据系统功能要求设计软件。1、软件设计步骤分为以下几步：（1） 根据软件要实现的功能，能制定出相应软件技术的要求；（2） 将整个软件模块化，确定各模块的编制要求，包括各模块功能，入口参数，出口参数；（3） 根据硬件资源，合理分配好存储单元；（4） 分别对各模块编程，并调试；（5） 连接各模块，进行统一调试及优化；（6） 固化到各程序存储器中。2、数控系统中常用软件模块（1）软件实现环行分配器；（2）插补运算模块；（3）自动升降速控制模块。4.2 80C51 单片机及其扩展4.2.1 80C51 单片机的简介1芯片引脚及片外总线结构80C51 单片机采用 40 脚双直插封装（DIP）形式，如图 4.1 所示。- 16 -图 4.1 80C51 引脚图80C51 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。下面说明这些引脚的名称和功能:（1） 电源引脚 Vss 和 VccVss(20 脚)：接地。Vcc(40 脚)：主电源+5V。（2） 时钟电路引脚 XTAL1和 XTAL2XTAL1（19 脚）：接外部晶体的端口。在片内它起到的作用是振荡电路反向放大器输入接口。在应用外部时钟的时候，对于这种 HMOS 单片机，这个端的引脚应该接地；对于 CHMOS 单片机，这个引脚可以作为驱动端。XTAL2（18 脚）：连接外部晶体的另外的接口。在片内同样是一个振荡电路反向放大电路的输出端，振荡电路的频率应该是晶体的振荡频率。如果需应用外部时钟电路，对于 HMOS 单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于 CHMOS 单片机，此引脚P2.5P2.0134P0.139SEN67A/VpLROGP0.4167523298145768Vc380156423978920TXTALVs74HC3 8GNDOE1065QVcD021Q 9CGND1 8VcAB74HC39Y0256PB3 245671908REST 9A0187GND3526Vc 3PA1D3PC0145 27636287091587940246CSWR- 17 -应悬浮。（1） 控制信号引脚 RST、ALE/PROG、PSEN、/EA/VppRST（9 脚）：单片机刚接到电源上时，其内部的各种寄存器处在随机状态，在此引脚输入 24 个时钟周期宽度上的高电平将能够使单片机复位（RESET） 。ALE/PROG：访问外部存储器时，ALE 可以作为锁定扩展地址的低位字节的控制信号（被叫做允许锁存的地址） 。其余时间不访问外部存储器时，此端口同样可以1/6 的时钟振荡频率恒定输出正脉冲，供定时或者其他的其余使用；当访问片外的数据存储器时会失去一个脉冲。ALE 端的载荷驱动能力一般为 8 个 LSTTL（低等功耗高速 TTL） 。/PSEN（29 脚） ：当访问片外程序存储器的时，该端的输出负脉冲当做存储器的读选通信号。CPU 在向片的外存储器提取指令期间，PSEN 信号的当中 12 个时钟周期中多次生效。不过，当访问片外的数据存储器时，这两个有效得 PSEN 信号是不出现得。PSEN 端口也可以驱动 8 个 LSTTL 的负载。我们依据 PSEN、ALE 和 XTAL2 的输出口有没有有信号输出，就可以判定 80C51 是否在工作。/EA/Vpp（31 脚）：当 EA 接口输入高电平时，那么 CPU 就从片内程序存储器的地址 0001H 单元开始运行程序。当地址超过 4KB 时，将执行片外程序存储器的程序。当 EA 输入低电平时，CPU 将仅仅访问片外的程序存储器。(4) 输入/输出引脚（P0、P1、P2 和 P3 端口的引脚）P0-P3 是 4 个寄存器，也被叫做 4 个端口，是 80C51 单片机和外部相互连接的4 个 8 位双向并行 I/O 口。因为在数据的通道找的运行的过程中，CPU 必须要对接口电路输入和输出数据的寄存器做相关读和写操作，于是在单片机中和这些寄存器象对存储单元一样进行编码。一般把接口电路中的那些已经存在的地址且能进行读写操作的寄存器被叫做端口（PORT） ，或简称口。P0.0-P0.7（39-32 脚）：P0 是一个 8 位地址型双向 I/O 端口。当处理片外存储器时，他能够分别向低位和高位传输，故这些 I/O 线有控制线/地址线之称，简化为AD0-AD7。在 EPROM 写程序时，从 P0 处写进指令字节，当检测程序时，则输出指令字节（验证时，要外接上拉电阻） 。P1.0-P1.7（1-8 脚）：P1 是一个附有内层上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。在EPROM 写程和检验程序时，它输入了低 8 位地址。P2.0-P2.7（21-28 脚）：P2 是一个附有内层的上拉电阻的 8 位双向 I/O 接口。当处理片外存储器时，它输出高 8 位地址，即 A8-A15。在对 EPROM 编程和验证程序时，它输入高 8 位地址。P3.0-P3.7（10-17 脚）：P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 接口。在这个整体的系统中，这些 8 个引脚还拥有其余的作用，如表 4.1 所示表 4.1 P3 口各位的第二功能 - 18 -4.2 单片机的系统扩展概述80C51 片内只有 4KB 程序存储器地址空间、256B 的片内数据存储器的地址空间（用 8 位地址，其中 128B 的专用寄存器地址空间仅有 21 个字节有实际意义） 。所以需扩展。1 系统的扩展80C51 的 片外总线结构：所有的外部芯 片都通过三组总线进行扩展。 （1）数据总线（DB）：由 P0 口提供，数据总线要连 到连接的所有外围芯片上， 但在同一时间只能够有一个是有效的数据传送通道。 （2）地址总线（AB）：16 位，可寻址范围为64K 字节，AB 由 P0 口提供低 8 位地址，与数据分时传送，传送数据时将低 8 位地址锁存；高 8 位地址由 P2 口提供。 （3）控制总线（CB）：系统扩展用控制总线有WR、RD、PSEN、ALE、EA。2 系统扩展能力片外的相关数据存 储器和程序存储器的应用要使用不相同的指令和控制 信号，可以存在两者的地址相同。故据地址的宽度， 片外部的可扩展的存储器与程序存储器都为 64KB。此 处扩展了 16K 的程序存储器和16K 的地址存储器，且 没有使用片内存储器。扩展的 I/O 口与片 外数据存储器统一编址，不再另外提供地址线。P3 口的各位 第二功能 P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXD（串行口输入）TXD（串行口输出）INT0（外部中断 0 输入）INT1（外部中断 1 输入）T0（定时器/计数器 0 的外部输入）T1（定时器/计数器 1 的外部输入）WR（片外数据存储器写选通控制输出）RD（片外数据存储器读选通控制输出）10GNDOE81743D01256QQVc91LS- 19 -图 4.2、74HC373 引脚图3.地址锁存器因为 P0 口是分时提供低 8 位地址和数据信息的，所以必须用锁存器把地址锁存住。本次设计使用带三态缓冲输出的 8D 锁存器 74HC373。其引脚见图（7） 。D0D7 信号输入端Q0Q7 信号输出端G：下降沿时，将 D1-D8 锁存于内部E：使能端，E=0 时，三态门处于导通状态，输出端 Q0-Q7 与输入端 D0-D7 连通，当 E=1 时，输出三态门断开，输入数据锁存。 4. 地址译码器80C51 扩展电路中，都牵涉到外部地址空间的分配问题，即当 80C51 数据总线分时与多个外围芯片进行数据传送时，首选要进行片选，然后再进行片内地址选择。地址译码实现片选的方法目前常用的有两种：线选法和译码法。此处采用74HC139 译码器组成的译码电路对系统的高位地址进行译码。74HC139 是双“2-4”译码器，每个译码器仅有 1 个使能端 G，0 电平选通。有 2 个选择输入端，4 个译码输出端，输出 0 电平有效。2 个输入信号 A、B 译码后有 4 个输出状态，其引脚与真值表如下所示。表 4.2、74HC139 真值表- 20 -输入 输出使能 选 择/G B AY0 Y1 Y2 Y31 1 1 1 10 0 0 0 1 1 10 0 1 1 0 1 10 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 04.3 存储器扩展此处采用两片 EPROM 芯片 6264（8K8）扩展程序存储器，数据存储器选用静态 RAM62648（8K8） 。其引脚见图 4.3图 4.3 2764 引脚图80C51 芯片与存储器的连接存储器扩展实质是三总线的连接。（1） 据芯片存储容量的大小确定数据、地址线的根数。此处为 13 根。（2） 数据线的连接 将 80C51 的芯片的 P0.0-P0.7 按位与 RAM 数据线 D0-D7直连。（3） 地址总线的连接 据确定的地址线根数，将相应低地址线相连，剩余高位地址线作为片选。（4） 控制总线的连接 对应控制线相连。4.4 I/O 口的扩展16643527A8D95471089CSVc 1A3D02 213890APGMVp 271OE 2- 21 -MCS-51 单片机共有四个 8 位并行 I/O 口，可提供给用户使用的只有 P1 口和部分 P3 口线，因此不可避免地要进行 I/O 口的扩展。这里采用 8255（可编程的RAM/IO 扩展接口电路） 。I/O 口扩展采用总线扩展方法，数据输入线取自 80C51 的 P0 口。这种扩展方法分时占用 P0 口，不影响 P0 口与其它扩展芯片的连接操作。8255 具有 3 个 8 位的并行的 I/O 口，分别为 PA、PB、PC 口，其中 PC 口又分为高 4 位（PC7-PC4）和低 4 位（PC3-PC0） 。4.5 步进电机驱动电路采用细分驱动电路，根据所选电机说明，选取合适的驱动器，选为 SH20806N。其接线图如下：图 4.4、电动机驱动器连线图4.6 液晶显示控制器：使用由上海朗睿电子科技有限公司研制生产的工业彩色液晶（VRAM 型）显示器，型号为 LR-104VRAM。- 22 -1、简介： 彩色液晶显示器采用超大规模集成电路，以数字方式驱动，可以从根本上消除传统CRT显示器的屏幕闪烁现象。具有高亮度、高对比度、高可靠性、抗恶劣环境等优点；并且体积小、厚度小、功耗低、无辐射、抗干扰能力强。随着彩色液晶技术的日趋成熟，正在逐步取代CRT显示器，成为许多高要求行业的首选，被越来越多地应用到电力、医疗、仪表、电梯、工业控制等领域。 2、基本原理： LR-104VRAM液晶显示屏有颜色的，运用VRAM的显示方式。VRAM这种视频的技术是最近几年比较实用的专门被用作图形处理的双端口电子技术，往往用在中、高档等的显示卡中。应用缓存、逻辑几何、数据存储，能够达到两个装备一块对一个存储阵列访问时而不需要等待，并且相互不影响。 中国显示器接口应用了并行总线方式（数据总线、地址总线以及选、读、写等信号），能很轻松地连接到单片机或微机的总线上，用户可以象使用那些一般的存储器一样应用它。或者能够把显示器当做是自己设备外部的一个RAM。 LR-104VRAM存储器地址单元和液晶屏幕上的点能够对照起来，一般用户能把这个存储器想象为“显示映像”存储器。假如想在液晶屏幕上的某一位置呈现文字或图形，就需要向存储器内部相对应的区域写进相应的数字就可以。 VRAM存储器的一个字节由8位构成，显示器屏幕上的一个“像素”