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数控螺纹车床控制系统硬件电路设计【带原理图+PCB图】,数控,螺纹车床,车床,控制系统,硬件电路,电路设计,原理图,数控螺纹车床控制系统硬件电路

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本科生毕业设计（论文）中期自查表 姓 名 学 号 指导教师 专 业 自动化（数控 技术） 院（系部） 自动化学院 毕业设计 (论文 )题目 数控螺纹车床控制系统硬件电路设计 课题性质 工程设计 课题有无变化 无 任务书规定目前应该完成的工作： 毕业设计开题报告， 钟及复位电路设计，储存器扩展电路设计， I/O 口扩展电路设计， 手动键盘和编辑键盘电路设计，显示电路设计，用 制 控制系统 原理图，用 制 。 已完成的工作和所取得阶段性成果： 毕业设计开题报告， 钟及复位电路设计，储存器扩展电路设计， I/O 口扩展电路设计，英文资料翻译。用 钟及复位电路，储存器扩展电路， I/O 口扩展电路，手动键盘和编辑键盘电路原理图绘制出。 未按时完成工作的原因分析： 显示电路设计，由于对 位寄存器以及所要求控制三排 显示方式不理解，没有能够设计出电路。 手动键盘与编辑键盘电路设计，对编辑键盘电路不理解。 下一步工作计划和研究内容： 设计显示电路，绘制控制系统 对毕业设计（论文）工作的自我评价： 基本上完成了任务书上所规定的 任务。从设计中学到了很多相关的专业知识，锻炼了自己独立工作的能力，养成了良好的查阅资料的习惯， 拓宽了知识面和思维 ，加深了对一个系统完整开发流程的了解，累积了很多经验， 学会了 利用已掌握的知识解决问题并针对问题提出解决方案，提高了 自己 今后单独开发 硬件电路 系统的能力 ，为以后的工作打下了良好的基础。 中期报告 （任务书规定应该完成的工作，已完成的工作工作状况的自我评价，对指导教师指导情况的评价等） 学生签名 ： 陈凯 2008 年 5 月 7 日 对指导教师严格管理和按时指导情况 的评价： 在老师的指导下对自己的课题有了充分的理解，在老师的帮助下完成了规定的设计内容。 对学校组织毕业设计（论文）工作意见和建议： 指导教师意见 指导教师签名 ： 年 月 日 学院（系、部、中心）意见 审 查 结 果： 通过 不通过 主管领导（签名）： 年 月 日 毕业设计任务书 自动化 系 自动化（数控技术 ） 专业 设 计 题 目 数控螺纹车床控制系统 硬件电路设计 学 生 姓 名 班 级 起 止 日 期 指 导 教 师 教研室主任 发任务书日期 2008 年 2 月 25 日 控制轴数：两轴（ X 轴、 Z 轴）。 扩展存储器： 32K 程序存储器， 8K 数据存储器。 显示：三排 I/O 接口：若干 论文 )的内容和要求 (包括技术要求、图表要求以及工作要求等 )： 采用 8031 作为主 外扩 32K 程序存储器， 8K 数据存储器；用 89从 制三排 示； 键盘用 8155 扩展； X 轴、 Z 轴步 进电机正、反转脉冲信号经锁存器输出；用 8255 扩展若干输入、输出信 号接口。 （ 1）毕业设计说明书（论文） （ 2）控制系统原理图 （ 3） （ 4）英文资料译文 片机应用系统设计 . 北京：北京航空航天大学出版 社， 1990 年 单片机原理及接口技术 京航空航天大学出版社， 1999 单片机原理与应用 . 北京：机械工业出版社， 2004 论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第一周 第二周 第三周 第四周 第五周 第六周 第七周 第八周 第九周 第十周 第十一周 第十二周 第十三周 第十四周 第十五周 第十六周 熟悉课题 收集资料 写毕业设计开题报告 拟定方案 展电路设计 显示电路设计 手动键盘和编辑键盘电路设计 I/O 扩展电路设计 用 制 展电路原理图 用 制其余电路 原理图 绘制 英文资料翻译 写论文 写论文 修改论文 答辩 教研室审查意见： 室主任 年 月 日 系部审查意见： 系主任 年 月 日 自动化学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题目： 数控螺纹车床控制系统硬件电路设计 专 业： 自动化（数控技术 ） 班 级： 学生姓名： 指导教师： _ 2008 年 3 月 说 明 1根据南京工程学院 毕业设计 (论文 )工作管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生 答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于 2000 字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5开题报告检查原则上在第 2 4 周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。 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 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 片机 以及 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 。 毕业设计的具体内容： 1、 采用 8031 作为 扩 32K 程序存储器， 8K 数据存储器； 2、 采用 89从 制三排 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 制 展电路原理图； 7、用 制 。 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 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 采用 89制三排 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、 件是现在一种典型的电子线路绘制软件，本课题通过对 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 片机的应用。在设计之前了解 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、 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 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 示电路进行了阐述，详细介绍了 态显示器接口与编程、 态显示器接口与编程、显示原理、 74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 74位寄存器 的处理，由三排的 示出来 ， 74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/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 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 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 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 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 示接口技术（ J）湖北：长江职工大学学报， 2003； 7. （美） J） . of 005； 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 )北京：机械工业出版 社 ,2005； 11郝文化著 路原理图与 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 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 制部分 采用 8031 作为主 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 89为从 控制三排 示。由于考虑到实现三排显示，所以加入了 74位寄存器 ，字母以及数字的显示通过七段 “米”字 虑到电压过大影响安全的问题，在 89 示器之间加入74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 片机中，共有 4 个并行 I/O 口，但这些 I/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： 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 制 展电路原理图 第十一周： 用 制其余电路原理图 第十二周： 绘制 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 计车床控制系统，比传统控制方法精度高，并且降低了设计的成本，大大提高了经济效益。 2、 车床上输入的参数指令都通过 示，让人一目了然。 这样就大大地加强了人机交流，也更加方便地控制操作机床。 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 院 意见 主任签名： 年 月 日 院领导 签名： 年 月 日 附：与课题内容相关的外文资料翻译不少于 2000 字，参考文献不少于 10 种。 自动化学院 本科毕业设计（论文） 题目： 数控螺纹车床控制系统硬件电路设计 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： 工程实践中心 2008 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） I 摘 要 本文详细地介绍了数控螺纹车床控制系统硬件电路的设计过程。该控制系统主要可分为六部分： 钟及复位电路、存储器扩展电路、手动键盘和编辑键盘电路、 I/O 扩展电路、显示电路以及译码电路。控制系统选用 列的 8031 作为主 存储器扩展电路设计中 ,选 用 27256 芯片 外扩了 32K 的程序存储器和 6264 芯片外扩 了 8K 的数据存储器，分别 用于存放系统管理程序、数控加工程序以及运算数据 ；在手动键盘和编辑键盘设计中选用 8155 芯片的 C 口作为行、列母线，扩展了矩阵式编辑键盘，用于程序和数据的输入或编辑，同时选用 8031 单片机的 扩展了手动键盘，用于系统启动、停止以及运动部件在 X、 Z 轴方向的手动控制；在 I/O 口扩展电路设计中选用 8255 芯片扩展了输入输出口，用于接收和传送开关量及相关信息；在显示电路设计中，选用 列的 89片机作为从 制三排 示器，用于 Z 轴动态坐标以及相 关数字的动态显示；此外选用 74码器设计了相关芯片的片选信号译码电路。 综上所述，该设计电路简单、开发成本低、可靠性高，在此基础上，进一步完善硬件，并开发控制软件，对经济型数控螺纹车床，尤其是功能要求不高的经济型螺纹车床，具有一定的应用价值。 关键词： 数控螺纹车床；控制系统；电路设计南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） of of in I/O as as 031 of to be n of 7256 2K 264 K NC as as A C 155 to or 1 031 is to 255 is , of of In 4is to of to is is of is in of of t 文） 录 第一章 绪论 . 1 言 . 1 题背景与意义 . 1 究现状 . 2 文的结构 . 3 第二章 数控螺纹车床控制系统硬件电路设计方案的拟定 . 4 制对象及要求 . 4 体控制方案的拟定 . 4 选用 . 4 扩存储器的确定 . 5 示电路的确定 . 5 展键盘及 I/O 口电路的确定 . 6 体方案的结构框图 . 6 第三章 数控螺纹车床控制系统硬件电路设计 . 7 钟及复位电路设计 . 7 钟电路设计 . 7 位电路设计 . 7 储器扩展电路设计 . 8 序存储器扩展电路设计 . 8 据存储器扩展电路设计 . 10 动键盘和编辑键盘电路设计 . 14 动键盘电路设计 . 14 作方式选择开关电路设计 . 15 辑键盘电路设计 . 16 （论文） 显示位选择译码电路设计 . 34 第四章 控制系统原理图及 的绘制 . 35 制系统电路原理图的绘制方法及步骤 . 35 制系 统电路 的绘制方法及步骤 . 37 第五章 结论 . 39 文总结 . 39 想 . 40 致谢 . 41 参考文献 . 42 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 5 第一章 绪 论 言 随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，用普通机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足生产要求。 1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、 工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，从而一种新型的用数字程序控制的机床 （数控机床） 应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品 ， 是一种装有程序控制系统（数控系统）的自动化机床 。 从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产 管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 进入 21 世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。 随着社会的发展 ,现代制造工业 也在急速的取代换新 ,而效率 ,经济便是其中的主流之一 。 由于数控机床不断采纳科学技术发展中的各种新技术，使得其功能日趋完善 并且大大提高了生产效益 ，数控技术在机械加工中的地位也显得越来越重要，数控机床的广泛应用是现代制造业发展的必然趋势 。 题背景与意义 我国数控螺纹车床的发展主要建立在数控车床的基础上，通过近几年的发展，我国目前生产的数控螺纹车床主要分为经济型数控螺纹车床、中档型数控螺纹车床和高档型数控螺纹车床三种档次，其中经济型数控螺纹车床约占总产量的90%。经济型数控螺纹车床，价格低廉，设备费用投 入较少，经济效益较高，可以广泛地满足企业发展初期的需要，特别是受到民营经济企业的欢迎，数控螺纹南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 6 车床主要特点有： 1）价格低廉，性价比适中，大约是同等配置带伺服电动机系统的 1/4 或更低。它特别适合于普通螺纹机床的改造，适合在生产第一线大面积推广。 2）适合于多品种、中小批量螺纹的自动化生产，对产品的适应性强，在普通螺纹机床上加工的产品大都可以在数控螺纹车床上加工。加工不同螺纹零件，只需改变加工工序，并且能很快适应和达到批量生产。 3）提高螺纹的质量，降低废品损失。数控装置有较高的加工精度，加工出的产品尺寸一致 性好、合格率高。 4）能解决复杂零件的加工精度控制问题。 5）节约大量工装费用，降低生产成本。手工操作需要大量不同类型的靠模和成形刀具，用数控螺纹车床加工可以少用工装，不仅节约了工装费用，还减轻了工具制造部门的压力。 6）提高工人素质，促进技术进步。数控系统的出现扩大了工人的视野，带动了学习微电子技术的热潮，为工人由“体力型”向“智力型”过渡创造了条件，促进了工厂的技术进步。 7）增强了企业应变能力，为提高企业竞争能力创造了条件。企业应用经济型数控系统对设备进行改造后，提高了加工精度和批量生产的能力，同时又 保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对螺纹产品更新换代所需要的应变能力，增强企业的竞争能力。 由于其独特的优点，数控螺纹车床被很多生产螺纹的中小企业看好。由于我国步入市场经济不久，一般国有螺纹制造企业正处于在改革和调整的时期，资金严重不足；生产螺纹的民营企业刚刚成长，同样资金也非常紧张，不可能付出大量资金购买高档次数控设备。而大量的机械零件需要高速加工制造，需要大量便宜且自动化程度很高的设备。由于步进电动机的数控系统在某种意义上可以装备这个档次的设备，作为中高档数控螺纹车床的替补和填充，因 此它仍有存在的空间和时间，有它在一定时期存在的必要性。 究现状 目前 国产数控机床与国际先进水平 的 差距 在 逐渐缩小 。 国产数控机床的发展经历了 十 年跌宕起伏，已经由成长期进入了成熟期，可提供市场 各 种数控机床，产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。 在某些 领域部分技术已经达到世界先进水平。 随着国内数控厂家的增加，众多的应用广泛的数控系统应运而生。国内数控系统在高中、低挡领域均有涉及，且在国内制造业应用广泛，并且正向纳米级精度、高可靠性、进给高速的数控领域进军。“十五”期间国产数控机床发南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 7 展很快。从技术上看， 数控车床技术比较成熟，通过技术引进和合作生产、消化吸收和自主创新，我国已掌握了数控车床设计和制造技术。从产品水平上看，我国已能自行开发设计各种低中高档数控车床。从品种上看，我国生产的数控车床品种比较齐全，每年都有数控车床新品种，可供各方面用户选用。从生产规模上看，国产经济型数控车床已形成规模生产。在经济型数控系统中，我国具有很大优势，为我国计算机数控系统的发展做出了贡献，在世界数控技术发展史上占有重要的一页。现在的经济型数控车床大多数是以单片机为控制核心，以步进电机为驱动，以开环控制方式为基础，比起中高档数 控车床来说虽然定位精度相对较低，加工精度较低，有一定的使用局限性，但是经济型数控螺纹车床基本上能满足一般精度的加工要求，成本较低，控制简单。所以经济型数控螺纹车床受到很多中小企业的亲睐。 但是，近年来国产经济型数控车床同样受到国外跨国机床公司的产品和其在国内合资企业和独资企业生产的产品双重挑战，在产品技术、月产量、规模上都不及外国公司和合资企业 。因而，当前要加速经济型数控车床产业化程度，通过制造技术和管理技术的提升，提高国产经济型数控车床的性价比和质量稳定性，缩短交货期，争取更多的国内市场份额。在这样的大环 境下，生产数控车床的企业适时增加经济型数控车床的功能，降低价格，使得性价比更高，提高市场竞争力 。 采取多种措施，积极开发已试制成功的中高档数控车床 的 国内市场，突破一点，在用户生产使用中不断改进和完善，以点带面，逐步取得用户认可。 这样才能使我国数控车床的性价比越来越高，总体水平与国外先进水平越来越近，受到更多经济型企业的拥护。 文的 结构 本文以数控螺纹车床的研发工程项目作为应用背景，对数控螺纹车床控制系统硬件电路进行了研究。全文共分为五章，各章的主要内容如下： 第一章扼要地介绍了经济型数控螺纹车床特 点、研究意义与相关研究背景； 第二章对控制对象进行了研究，结合设计要求，给出了总体设计方案； 第三章具体给出了经济型数控螺纹车床控制系统硬件电路的设计过程，包括钟及复位电路设计、存储器扩展电路设计、手动键盘和编辑键盘电路设计、 I/O 口扩展电路设计、显示电路设计、步进电机控制信号输出电路设计以及译码电路设计等； 第四章对绘制控制系统的电路原理图及 作简单介绍； 第五章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 8 第二章 数控螺纹车床控制系统硬件电路设计方案的拟定 制 对象及要求 此次设计对象为数控螺纹车床控制系统硬件电路， 采用 8031单片机作为主扩 32用 89制三排用 8155扩展键盘； 需控制 轴； 采用 8255扩展若干输入输出口，用于开关量及相关信息的输入输出。 体方案的确定 数控系统是由硬件和软件两部分组成。硬件是组成系统的基础，有了硬件，软件才能有效地运行。硬件电路可靠性直接影响数控系统性能指标。机床硬件电路由以下五部分组成： 1）主控制器，即中央处理单元（ 2） 总线，包括数据总线、地址总线和控制总线； 3）存储器，包括程序存储器和数据存储器； 4）接口，即 I/O 输入输出接口电路； 5）外围设备，如键盘、显示器及光电输入机等。 选用 在微机应用系统中， 选择应考虑以下因素： 1）时钟频率和字长，这个指标将控制数据处理的速度； 2）可扩展存储器的容量； 3）指令系统功能，影响编程灵活性； 4） I/O 口扩展的能力，即对外设控制的能力； 5）开发手段，包括支持开发的软件和硬件电路。 目前在经济型数控机床中，一般选用 列单片机 作为主控制器。 列单片机主要有三种型号的产品： 8031、 8051 和 8751。三种型号的引脚完全相同，仅在内部结构上有少数差异。 8031 片内无 在现场修改和更新程序存储器的应用场合，其价格低，使用灵活，非常适合在我国使用。根据机床要求，采用 8 位机。由于 列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑。对于简单的应用场合， 统的最小系统用一片 8031外扩一片 能满足功能的要求，对于复杂的应用场合，可以利用 成功能强、规模较大的 系统。所以选用 8031 单片机。其次，设计要求也是要求用 8031。由此可见选用 8031 是符合数控螺纹车床电路设计的。南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 9 此次设计使用的是 8031 芯片。 扩存储器的确定 8031 单片机片内只有 128 个字节的 要外扩存储器。 存储器扩展电路设计应该包括程序存储器和数据存储器的扩展。 在选择程序存储器芯片时，有三种 供选择，一种是掩膜 种是可编程 还有一种是紫外线可擦除 现在多用的是 选择 要考虑 序的匹配，还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量等问题。根据设计要求，需要外扩32K 程序存储器，所以选择 27256 芯片。 在选择数据存储器芯片时，常采用半导体静态的随机存取存储器 用的数据存储器有静态 动态 类。 且 要刷新逻辑电路以保持数据信息的不丢失，电路设计较复杂。虽然 片具有容量大、功率低、价格便宜等优点，但它极易受干扰，对外界环境、工艺结构、控制逻辑和电源质量等的要求都很高。同时与 比， 须考虑保持数据而设置的刷新电路，故扩展电路较简单。因此，此次设计的控制系统选用 8031 单片机应用系统中，最常用的静态数据存储器 片有 6116（ 2K8）和 6264（ 8K8）两种。 根据设计要求，需要外扩 8K 数据存储器，所以选择 6264 芯片。 在存储器扩展电路的设计中还应包括地址琐存器电路和译码电路的设计。 示电路的确定 显示电路需要实现三排 态显示，用以显示 X 轴、 Z 轴动态坐标以及相关的数字，这就需要一个从 要是按照中央 来的显 示命令和显示内容，组成相应的显示信息，负责产生显示器所需要的扫描信号，控制显示器按规定的显示方式显示有关信息。 89多功能的 8 位 合在同一片芯片上，高度灵活且价格适宜。此次设计选用 89制显示器显示。 显示器的种类多种多样，有 示器、 示器、 示器、辉光显示器、荧光显示器及投影显示器等等。在机床数控系统中，常用 示器，这三种显示器可显示数字、字符、及各种信息状态。现在比较流行的是 示器，它虽然优点很多，但它 多用于大信息量、高密度、快速变换、长时间观察的地方，如果用在数控螺纹车床控制系统硬件电路中，会造成资源浪费。在所有的显示器中， 于功耗较少、亮度较强、控制简单可靠，且价格很低，在机床数控系统和各种仪器仪表中广泛使用。此次设计选用的南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 10 显示器就是 示器。数控螺纹车床需要三排显示，即 X 轴坐标、 Z 轴坐标、功能字及其后的相关数字。显示数字用 8 段数码管，功能字是字母，所以显示功能字需要用 16 段“米”字数码管。由于要实现数字的三排显示，需要使用 74示功能字时，需要使用 74存器来实现静态显示。考虑到 89管脚过少，加入一个 74码器进行位选译码。 展键盘及 I/O 口电路的确定 扩展键盘及 I/O 口电路的确定应包括接口芯片的选用、步进电机控制电路、键盘显示电路以及其他辅助电路的设计。 在计算机控制系统中，按键开关、波段开关和键盘作为人机联系的手段不可缺少。 8031 的 可作为信号输入口，主要包括手动 X 轴、 Z 轴正反转、超程、启动、停止、螺纹脉冲以及螺纹零脉冲信号输入。 8155 作为单片机应用系统常用的可编程 I/O 接口得到了广泛应用。对于单 片机系统来说，用 8155 作为键盘的接口，无需再专门增加芯片，所以此次设计编辑键盘用 8155 控制。 8255A 是一种通用的可编程并行接口电路，在单片机系统中被广泛用作可编程外部 I/O 扩展接口。同时它与 8031 单片机连接方式简单，所以此次设计选用8255 扩展输入输出信号接口。 体方案的结构框图 总体方案的结构框图如图 示。 光耦电路 74示电路 6264 897256 键盘 748155 8031 单片机 74255A 手动按钮 图 总体方案结构框图 I/O 接口 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 11 第三章 数控螺纹车床控制系统硬件电路设计 此次设计采用 司开发的8031 单片机作为主 是整个控制系统电路的核心。 8031 芯片集成度高、功能强，只需增加少量外围器件就可以构成一个完整的微机系统。 8031 芯片具有 40 根引脚，其引脚图如图 示。 I/O 口线： 1、 四个 8 位口；控制口线： 外取指控制）、址锁存控制）、 外存储器选择）、 位控制）；电源及时钟： +5 地）； 外部晶体振荡器 1。 钟电路设计 单片机 8031 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。数控螺纹车床控制系统硬件电路采用内部时钟方式，在 1 以及电容 成并联谐振电路，使内部振荡器产生自激振荡，如图 示。电路中晶振 典型值 10当于8031 单片机的心脏，控制着工作节奏。电容 别 取值为 30们使振荡器起振并可对振荡器的频率起到微调作用。当数控螺纹车床控制系统加电以后约 10始起振， 出 3V 左右的正弦波，振荡器产生的时钟送至 8031 单片机内部的各个 部件。 位电路设计 该控制系统采用按钮复位。在 8031 复位端 接如图 示的电路，当上电或按动按钮 位端 出现高电平，保持 10上便能可靠地实现复位， 30， 151 取 10F。同时，系统的急停开关也接 在该复位端上，如图 示，只要按下急停按钮 出现低电平，利图 8031引脚图 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 12 V P 021A 1123A 122A 1427326 M 2 7C 25 6- 2 00 / B X A ( 28 )用 8031 的 第二功能，实现外部中断请求，同时， 上出现高电平， 实现可靠复位。复位电路设计如图 示。 图 8031时钟及复位电路原理图 储器扩展电路设计 8031 芯片内部无程序存储器，只有 256 字节的数据存储器，地址为00H 而再组成控制系统时可根据需要扩展外部程序存储器和外部数据存储器。由于地址线是 16 位的， 所以 最多能扩展 64序存储器和 64据存储器，其地址均为 0000H 数控螺纹车床控制系统硬件电路中，只需扩展 32K 的程序存储器和 8K 的数据存储器，如第二章所述，选用 27256 芯片作为 32K 的程序存储器扩展， 6264 芯片作为 8K 的数据存储器扩展。 序存储器扩展电路设计 程序存储器扩展时，扩展容量为 32K，大于 256 字节，因此 内地址除了由 经锁存器提供 8 位地址线外，还需由提供 7 位地址线。选用的 27256 芯片为 图 27256引脚图 112233445566D B T i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 2008- 6- 3 S he e t F i l e : D : pr ot e l 式版 . 时钟以及复位 H D O C D r a w n B y :1514814830 T 1,P T 0,P ,P ,P E S E A L 218X T A L 119/ R W c s D ,P D ,P A L P E S 0S 53文） 13 28 脚双列直插式扁平封装芯片，其引脚如图 示。 27256 与 8031 的连接图如图 示。 根据程序存储器电路的连接，确定 27256 的寻址范围，见表 表 程序存储器地址表 地址线 地址 0 0 0 0 0 0 0000H 0 0 0 0 0 0 1 0001H 0 0 0 0 0 1 0 0002H 0 1 1 1 1 1 0 7 1 1 1 1 1 1 7地址线的连接 27256 低 8 位地址线 地址锁存器与 8031 的 相连； 27256 高7 位地址直接与 8031 的 相连。由于 8031 的 是分时输出低 8 位地址和数据，因此要外接地址锁存器，并与 出的地址允许锁存信号 下降沿将地址信息锁存入地址锁存器中。 在此系统设计中选用的地址锁存器芯片是74是带三态缓冲器输出 的 8D 触发器，其引脚如图 示。它的输入输出关系见表 将 低电平， 能正常工作，则输入端 出端 为高电平，输入为低时，输出也为低，从而实现锁存功能，所以 只要 将 8031 的 号与锁存器 74片 相连。单片机的 用作高地址线及片选地址线，由于 输出具有锁存功能，因此不必外加锁存器 4。 E n L H H H L H L L L L L L L L H H H Z 图 74 （ a） 表 74 （ a） 南京工程学院自动化学院