数控螺纹车床控制系统硬件电路设计-开题报告

毕业设计( 论文)开题报告学生姓名 学 号 专 业 自动化（数控技术）指导教师姓名 职 称 副教授 所在院系 自动化学院课题来源 自拟课题 课题性质 工程设计课题名称 数控螺纹车床控制系统硬件电路设计毕业设计的内容和意义 本课题主要是利用 MSC-51 单片机以及 PROTEL 设计数控螺纹车床控制系统硬件电路，其中的软件设计部分是利用单片机设计的，硬件部分设计是利用 PROTEL绘制电路的原理图和 PCB 图。毕业设计的具体内容：1、采用 8031 作为 CPU，外扩 32K 程序存储器，8K 数据存储器；2、采用 89C2051 作从 CPU，控制三排 LED 显示；3、键盘用 8155 扩展；4、X 轴、Z 轴步进电机正、反转脉冲信号经锁存器输出； 5、用 8255 扩展若干个输入、输出信号接口；6、用 PROTEL 绘制 CPU 扩展电路原理图；7、用 PROTEL 绘制 PCB 图。本课题研究的意义：本课题对单片机的应用以数控车床的控制系统进行了研究,其研究意义如下： 1、数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密加工精度高、质量容易保证、发展前景十分广阔。随着微电子和计算机技术的发展，数控车床的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。数控车床与普通车床的区别主要就在于其数字控制技术的应用，正是这个特点，数控车床和现代的数字控制技术相结合。我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。为了缩小与世界先进水平的差距，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。本次设计利用 8031 作为主 CPU 设计车床控制系统，大大降低了数控车床的成本，提高了经济效益。 2、单片机是我们自动化数控专业的一门比较重要的专业课程，在以前的学习中对其只是简单了解，本课题中我们将对其进行较为深入的研究。怎样采用单片机 8031 进行外扩 CPU、采用 89C2051 控制三排 LED 显示、采用 8155 扩展键盘、采用 8255 扩展输入、输出信号借口，通过这一系列的工作，能使我对单片机这一方面的知识有更广泛深入的了解，培养了自己创新精神，提高了自己的竞争力，拓宽了就业渠道，对以后走上工作岗位可能涉及相关方面的工作能奠定一个良好的基础。3、本课题的内容基本都是建立在 51 单片机基础上的，由于传统的 51 单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低，控制功能强等优点，所以在系统控制及其他领域内都有广泛应用。通过本课题的研究，使我能对单片机实现控制有更好的认识。对 51 汇编语言也能有更好的掌握。4、PROTEL 软件是现在一种典型的电子线路绘制软件，本课题通过对 PROTEL软件的使用培养和训练了自己绘制电气图和阅读电气图的能力，掌握了计算机绘制包括电路原理图、印制电路板图在内的电气图制图技能和相应的计算机仿真技能。文献综述本次毕业设计主要是对 MCS-51 单片机的应用。在设计之前了解 MCS-51 单片机的相关知识是非常有必要的。文献12对单片机的系统结构、指令系统、串行通信接口、开发及其应用进行了详细的阐述，介绍了单片机的硬件及软件组成、CPU 的结构、I/O 口的结构、基本的汇编语言指令。文献34主要对单片机的CPU 扩展进行了阐述，介绍了程序存储器的扩展、数据存储器的扩展、数据总线、地址总线、控制总线的结构特点以及连接方式。文献56主要对单片机的 LED显示电路进行了阐述，详细介绍了 LED 静态显示器接口与编程、LED 动态显示器接口与编程、LED 的显示原理、74LS164 移位寄存器的工作原理，指令通过内部总线送给片外的数据存储器进行储存，然后发送至显示缓冲区，经过通过 74LS164移位寄存器的处理，由三排的 LED 显示出来，74LS138 译码器的工作原理。文献78主要对单片机中的键盘接口设计进行了介绍，当键盘的按键较多或者电片机的 I/O 不够用时，就需要通过外部扩展来实现键盘的功能，通常用 8155 并行接口来扩展键盘，当键盘输入时存在一定的抖动，应调用延时子程序来消除。文献9主要对单片机中 I/O 的扩展进行了介绍，串行口的结构、8255 的外脚及内部逻辑结构、8255 的命令字和状态字、8255 的初始化以及与单片机的连接。文献1011主要介绍了电气制图以及构成电气图基础的电气间图用图形符号、电气图的绘制，详细阐述了 PROTEL 软件的使用方法，包括计算机绘制电气原理图、印制电路板图和相应的计算机仿真。参考文献1何立民著MCS-51 单片机应用系统设计（M） 北京：北京航空航天大学出版社，1990；2赵晓安著MCS-51 单片机原理及应用（M） 天津：天津大学出版社，2001；3赵德安著单片机原理与应用（M） 北京：机械工业出版社，2004；4徐红著关于 8031 单片机扩展多片外部程序存储器地址问题讨论（J） 西安：西安工程学院学报，1998；5孙育才著MSC-51 系列单片微型计算机及其应用（M） 南京：东南大学出版社，2004；6李生明著单片机 LED 显示接口技术（J） 湖北：长江职工大学学报，2003；7. （美）Sandeep M Satav 著. Interrupt-driven keyboard for MCS-51 uses few components（ J）. The Magazine of the Electronics Industry,2005；8. 杨宁著单片机与控制技术（M） 北京：北京航空航天大学出版社，2005；9李朝青著单片机原理及接口技术（M） 北京：北京航空航天大学出版社，1999；10邵群涛著电气制图与电子线路 CAD(M)北京：机械工业出版社,2005；11郝文化著Protel DXP 电路原理图与 PCB 设计(M)北京：机械工业出版社,2004；研究内容根据设计要求以及系统所需要实现的功能，画出系统硬件框图，在设计系统时可以分成以下几个部分，包括：主 CPU 部分、显示电路部分、键盘电路部分、X 轴、Z 轴步进电机正、反转部分以及 I/O 扩展部分。1、 主 CPU 控制部分采用 8031 作为主 CPU，外扩程序和数据存储器。由于考虑到所编写的程序很大，所以需要很大的程序存储器，因此外扩为 32K 的程序存储器。在实际车床操作中考虑到涉及较多的数据指令，因为还要外扩 8K 的数据存储器。2、 显示电路部分采用 89C2051 作为从 CPU，控制三排 LED 显示。由于考虑到实现三排显示，所以加入了 74LS164 移位寄存器，字母以及数字的显示通过七段 LED 和“米”字LED 显示器显示。考虑到电压过大影响安全的问题，在 89C2051 与 LED 显示器之间加入 74LS138 译码器。3、 键盘电路部分采用 8155 扩展，考虑到键盘输入时存在抖动，因此要加入延迟子程序来消除抖动。4、两轴正反转部分采用锁存器将 X 轴、Z 轴电机的正反转脉冲信号输出。5、I/O 扩展部分采用 8255 扩展，由于在 MCS-51 单片机中，共有 4 个并行 I/O 口，但这些 I/O不能完全提供给用户使用，在实际应用中，往往需要进行外部的扩展才能满足实际需要。研究计划第一周： 熟悉课题 第二周：收集资料第三周：写毕业设计开题报告第四周：拟订方案第五周：CPU 扩展电路设计第六周：设计显示电路设计第七周：手动键盘和编辑键盘电路第八周：I/O 扩展电路设计第九周：I/O 扩展电路设计第十周：用 PROTEL 绘制 CPU 扩展电路原理图第十一周：用 PROTEL 绘制其余电路原理图第十二周：绘制 PCB 图第十三周：英文资料翻译第十四周：写论文第十五周：修改论文第十六周：答辩特色与创新1、 采用 8031 作为主 CPU 设计车床控制系统，比传统控制方法