便携式树木涂白灰浆装置设计【含CAD图纸资料】
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毕 业 设 计一种便携式树木涂白灰浆装置设计 学 院： 专业班级： 设 计 者： 指导教师： 完成日期： 2目目 录录 第一章 绪论 1第二章 便携式涂浆机的总体结构设计 2 一 设计任务和内容 2 二 设计要求 2三 便携式涂浆机总体方案的拟定 2四 便携式涂浆机的主要技术参数 3第三章 便携式涂浆机机械部分设计5 一 总体结构设计 5二 传动装置设计 5（一）电机和连轴器的选取 6（二）滚珠丝杠及丝杠螺母的选取 8（三） 滚动导轨的选取 10（四） 步进电机的选择与校核 11（五） 涂浆弯臂的螺栓强度校核 13（六） 涂浆夹具的设计13（七） 变速齿轮的设计 14第四章 硬件及接口电路的设计16一 概述16二 主要芯片的说明及接口简图161 8031 引角说明 162 程序存储器的扩展183 I/O 口的扩展 194 8255A 的外部引线与内部结构 2035 8279 芯片的接口引线 22三 驱动电路设计26（一）概论 26（二）驱动电路设计及说明 251 驱动电路原理 272 驱动电路源部分27四 控制面板29第五章、便携式涂浆机执行程序设计31（一）涂浆轨迹的确定31（二）涂浆的程序框图31 第六章 结论32第七章 设计体会 33致 谢 34 参考文献 35 4第一章第一章 绪绪 论论近年来，伴随着生产和技术的发展，机电一体化有了很大的发展,便携式涂浆机在我国机械设备的装配与维修中得到了广泛的应用，不仅提高了劳动生产率，同时也节省了能源和材料。尤其是汽车行业，对汽车零部件的结合面有一定的密封性要求,其结合面都需要涂浆，涂浆的精度对汽车的性能至关重要，自然对便携式涂浆机提出了更高的要求。以往涂浆都是依靠工人的手工来完成，涂浆的效率极低，而且很难保证涂浆的均匀性和浆体的厚度。便携式涂浆机既能保证涂浆的均匀性又能有效的节省材料，大大提高了工作效率和工作质量，减少了工人的劳动强度。因此针对不同的工作需要,便携式涂浆机可以采用框架式机器人或多自由度机器人来实现对结合面进行涂浆，同时，这项技术的应用也意味着每天给国家企业带来巨大的经济效益。本次设计的目标是为第一汽车集团设计一台自动涂浆的设备（轴承座与减速器间的密封圈）使它能在实现日常工作目的的基础上，尽量使机械结构合理的简化，降低成本，增加其实用性和性价比。此机构采用框架式机械手操作机，由步进电机作为驱动装置,X,Y 轴联动可合成各种平面的各种曲线,XYZ 轴联动并可合成空间曲线或直线(但必须考虑浆的流动)。,保证系统可靠性及涂浆精度的前提下降低造价,提高性能/价格比。本次设计的便携式涂浆机硬件控制采用的是 MCS-51 单片机进行三坐标联动运动进行控制，通过汇编语言编程来实现涂浆机的 X 向、Y 向、Z 向运动的数据量，来控制涂浆的速度和均匀性。随着数控技术、机电行业的不断发展及对机器性能的高要求，便携式涂浆机一定会有着更广泛的应用前景。5第二章第二章 便携式涂浆机的总体结构设计便携式涂浆机的总体结构设计一、一、 设计任务和内容设计任务和内容设计一台便携式涂浆机，对汽车密封圈进行自动涂浆，利用步进电机进行驱动控制，保证涂浆的范围、速度和均匀性。1、机械系统设计包括机械结构设计和各种标准件的选取。2、便携式涂浆机的控制系统设计包括硬件系统和软件系统设计。3、硬件系统设计就是用单片机及驱动电路来控制 X 向、Y 向、Z 向电机的正常工作。4、软件系统设计就是控制程序设计，利用 MCS-51 单片机控制，采用汇编语言进行程序设计。二、设计要求二、设计要求机械部分要考虑整体布局，工作行程要能满足要求，传动装置要平稳且准确，还要兼顾速度，另外需考虑经济性，该设备要求成本低，尽量选用标准件，减少额外的工作量。设备的使用寿命不低于 15 年，每年工作 330 天，每天工作 12 小时，载荷持续率为 90%，需要批量生产。电路部分主要是芯片的选取和电路的扩展连接，及三个电机控制电路的设计。由于涂浆属于轻载荷工作。对电机功率要求不是太高，所以采用步进电机。设计电路控制电机的运转和方向 以达到设计要求。执行程序要考虑到不同拐点处涂浆量问题，可通过改变 X、Y 向运动速度调节也可单一 Z 向运动调节，以保证涂浆均匀，此次设计采用后者方式，原因是一个电机工作方式比较好控制。三、便携式涂浆机总体方案的拟定三、便携式涂浆机总体方案的拟定 结构的详细说明：由于涂浆过程中存在拐点涂浆量的控制，本设计采用了在X.Y向运动速度不改变的前提下，调整 Z 向挤浆活塞速度的方式，三向运动的形式不尽相同，所以共用了三个电机，通过程序控制分别做相应运动，来保证涂浆的厚度和均匀6性。方案框图机械部分电路部分涂胶轨迹涂胶的量 Z 向是用来控制出浆的量的，且要求传动平稳，故选用丝杠螺母工作，丝杠螺母有自锁能力，可保证涂浆的厚度和均匀性。 通过改变 Z 向丝杠螺母的转速，以保证 Z 轴的升降速度，来达到涂浆的要求。由于 X，Y 向运动要求平稳、准确，所以采用了滚珠丝杠传动，滚珠丝杠传动效率高、刚度好、传动精度高且使用寿命长。 导向机构承载大，且需要平稳，所以 X 、Y 向采用滚动导轨，滚动导轨承载较大，且导向准确。为了满足传动比和结构简化的要求，采用齿轮系统进行变速，齿轮的结构紧凑、工作可靠、寿命长且传动比稳定。四、四、 便携式涂浆机的主要技术参数便携式涂浆机的主要技术参数1、每一工件涂浆时间：15s-20s2、浆型：东泰严氧平面密封浆 51s3、步进电机型号： X.Y 取 70BF003 Z 取 55BF0034、步进电机相数： 3 相5、步进电机拍数： 6 拍6、步进电机步距角：x=3 y=3 z=1.57、步进电机电压： X 向，Y 向用 DC27V Z 向电机 用 DC27V8、步进电机电流：7 X 向.Y 向 3.0AZ 向 3.0A9、步进电机最大静转距：X 向，Y 向电机 0.784Nm Z 向 电机 0.49Nm 保持转距： X 向，Y 向 0.646Nm，Z 向 0.3Nm10、步进电机空载起动频率：X 向，Y 向 1800pps Z 向 3100pps 运行频率： X 向，Y 向 1800Hz Z 向 1600Hz11、步进电机的重量：X 向，Y 向 1.2kg Z 向 0.8kg8第三章第三章 便携式涂浆机机械部分设计便携式涂浆机机械部分设计一、总体结构设计一、总体结构设计考虑到整个机构的平衡性，故将承载夹持部分的弯臂方向与 Y 向电机在一条线上。因为浆棒的夹持严格要求对心，故选用了 V 行块来设计夹具，具体结构如下图：涂浆机装置传递要求精度很高，为了使涂浆机的结构简单，齿轮间隙的调整采用偏心轴套进行消隙，滚珠丝杠增加了紧定螺钉，消除了轴向间隙，同时与键配合下也消除了周向间隙。具体结构框架如下图：9二、二、 传动装置设计传动装置设计（一）（一） 、电机和连轴器的选取、电机和连轴器的选取1 1、Z Z 向电机的选取：向电机的选取： 电机的选取原则是满足精度要求即步距角，满足输出功率要求即转矩问题。步距角： 5 . 12/1008. 0360/360ti其中： 脉冲当量 =0.008 I=1.0其中 电机的型号 55BF003 电机的参数如下：相数相数 步距角步距角 电压电压 相电流相电流 最大静转矩最大静转矩 最高空载启动频率最高空载启动频率 3 3 1.5/31.5/3 2727 3 3 0.6860.686 18001800 转子转动惯量转子转动惯量 质量质量 外径外径 长度长度 轴径轴径 0.617100.617105 5kgmkgm2 2 0.830.83 5555 7070 6 6 因为密封圈的密封性要求很高，每次出浆的量不是很多，所以挤浆力不是很大，故选用步距角为 1.50/步，扭矩偏小点的便可以满足要求，经过计算，挤浆的力度一般在 1N25N 之间，选用保持转距为 0.686Nm 的 55BF003 型步进电机，便可以满足扭矩要求，所以选择 55BF003 型号的步进电机，就能满足设计的要求。Z 向连轴器的选取：由于 z 向电机的输出轴的轴径为 6 为了使其结构简单且拆装方便，故采用过盈配合套筒连轴器，采用高压油膨胀的方式使 V 型套筒发生轴向窜动使两轴连接在10一起，具体结构如图所示：连轴器2 2、X X 向电机的选取：向电机的选取：中拖板和上拖版加上涂浆装置总重量=58HRC 取 1.0。 KA精度等级 取 1.1。（2 2） 额定动载荷计算值（额定动载荷计算值（CaCa） Ca=Fc3410 nmLn/1.67NnmLnFcCa32741067. 1105 . 12006601067. 1/44343 额定寿命Lh 平均转速mn（3 3） 根据根据 CaCa 选择滚珠丝杠副，假设选用选择滚珠丝杠副，假设选用 F FC1C1型号，型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷 Ca 等于或大于 Ca的原则，故选以下型号规格：FC120052.5 和 FC120042.5.考虑到各种因素，最后选用 FC120052.5。 FC120052.5 滚珠丝杠副数据为： 公称直径 D0=20mm12 导程 P=5mm 螺旋角 =4o33 滚珠直径 d0=3.175mm 滚道半径 R=0.52d0=1.651mm 偏心距 e=0.707(R-d0/2)=0.004445mm 丝杠内径 d1=D0+2e-2R=16.7869mm（4 4）稳定性验算）稳定性验算1、临界载荷 Fcr=EIa/(ul) =1.091010安全系数 S=Fcr/FmS,丝杠是安全的，不会失稳。2、临界转速 ncr=9910fcd1/(ul) =r/min81076. 1 所以丝杠不会共振。maxcrnn3、此外丝滚珠丝杠还受 D0n 值的限制 D0n=20200=4000mmr/min70000 mmr/min所以丝杠副工作稳定。（5 5）效率验算）效率验算滚珠丝杠副的传动效率 为：=tg/tg（+）=tg（4o33）/tg（4o33+4o40）=94.8%摩擦角所以 FC1-2005-2.5 各项性能均符合要求，可选用。2 2、Y Y 向滚珠丝杠的选取：向滚珠丝杠的选取：由于 Y 向滚珠丝杠的工作载荷要比 X 向滚珠丝杠小些，故用同一型号滚珠丝杠能满足传动要求。3 3、Z Z 向传动机构的选取向传动机构的选取由于 Z 轴控制出浆的量的多少，且需要考虑突然断电的情况，突然断电需保证浆棒不漏浆所以 Z 轴需要具有自锁功能。所以我选择了丝杠螺母传动系统。使其保证系统的稳定性。丝杠螺母的设计与自锁验算：13丝杠螺母的螺距为 2mm 公称直径为 18mm螺母的高度为 H=d2=2.5 取 2.5 整体式4518 旋合圈数 n=H/P=45/4=11.2512螺纹的工作高度： h=0.5P=0.5 4=2螺牙根部宽度 b=0.65P=0.65mm6 . 24 工作比压 P=F/0.0024MP11218/32hnd自锁的验算：73. 42/30cos/08. 02/cos/arctgarctgfv导程角02. 218/2/2arctgdarctgsr73. 4所以丝杠螺母可以自锁。丝杠螺母的效率计算：%5 .29)73. 402. 2(/02. 299. 0)(/99. 0tgtgrtgtgrv（三）（三） 、滚动导轨的选取、滚动导轨的选取1 1、X X 向导轨的选取向导轨的选取（1 1）行程长度寿命）行程长度寿命 TsTs Ts=2Lsn60Th/1000=20.34601.5/ =1960Km410310 Ls工作单行程长度（m）取 300mmn往复次数 取 300mmTh工作时间寿命取 15000h （2 2）计算动载荷）计算动载荷Ca=Ffw(Ts/k)/mfTfcfH=N41004. 1F作用在滑座上的载荷m 滑座个数K 寿命系数一般取 K=50Km fT温度系数取 1fc接触系数取 0.81fH硬度系数取 1fw负载系数取 1.5根据动载荷选取 GDA-20 型滚动导轨14 外形参数：A*h*L1=70*37*802 2、Y Y 向导轨的选取向导轨的选取由于 Y 向导轨所承受的载荷比 X 向导轨的要小的多故可选用与 X 向相同的导轨，既能满足传动要求。（四）（四） 、步进电机的选择与校核、步进电机的选择与校核 1、电机的选取、电机的选取初选电机型号时应合理选用及 i，并满足 bL0/i360Mkf+M0=0.6613 符合设计要求（五）（五） 、涂浆弯臂的螺栓强度校核：、涂浆弯臂的螺栓强度校核：A220F1. 先分析剪切力，由于 4 个螺栓是对称分布的，故剪切力可以认为均分。= =FNmg8 .1568 . 916NFFs2 .394/8 .1564/MParFsAFs346. 06/2 .39/22MPa75 d=12mmd=12mm 完全可以符合要求。弯臂受到扭转力的作用，其 扭矩为：mNLFM496.3422. 08 .156（1） 、截面形心： 0Xc08. 0cy（2） 、计算截面惯性矩：5331017. 112/1 . 014. 012/ hbIz（3） 、在截面的上下边缘，分别作用有最大拉应力和最大压应力：17ZBtIM/08. 0max,Mp3 . 2MpIMZBc73. 1/06. 0max, 取=75Mpa d=12mm 完全可以满足设计要求。（六）（六） 、涂浆夹具的设计、涂浆夹具的设计涂浆的中心线在每次装夹时要求高度对心，这样才可以避免因装卸浆棒时造成涂浆机起始位置的偏差，在本次设计中，采用了双滑块开口 V 型槽式夹具来夹持浆棒，其特点是高度定心，夹持方便，拆装容易，制造方便，具体结构如下图所示：（七）（七） 、变速齿轮的设计、变速齿轮的设计便携式涂浆机要求传动效率高且传动比稳定，以保证涂浆的均匀性和稳定性。 齿轮传动具备这些特点且结构紧凑、工作可靠、寿命长故选用齿轮传动进行变速。1 1、传动齿轮传动系统的设计、传动齿轮传动系统的设计 便携式涂浆机采用一级传动齿轮变速，可增大传动的扭矩和平稳性传动比为 i=720/200=3.6 压力角 =18小齿轮：Z1=18大齿轮：Z2=65 齿数互为质数由于小齿轮作悬臂布置故： d=0.618小齿轮的齿宽 b=dd1=0.624=14.4 mm模数：mt=d1/Z=1.26mm 取 m=1.5齿高：h=2.25m=3.375mm2 2、几何尺寸的计算、几何尺寸的计算(1)计算大、小齿轮分度圆直径：d1=Z1m=181.5=27mm d2=Z2m=651.5=97.5mm(2)计算中心距 a=（d1+d2）/2=62.25mm(3)计算齿轮宽度 b=dd1=0.627=16.2mm圆整后取 B2=16mm B1=21mm19第四章第四章 硬件及接口电路的设计硬件及接口电路的设计一、概述一、概述本次设计的便携式涂浆机采用 MCS-51 的典型产品 8031 进行控制，因为其体积小、功能强和价格低廉的优点，广泛地应用于自动化领域。由于 8031 是没有 ROM的单片机，数据存储器也只有 128K 字节，因此它必须外接 EPROM 程序存储器，才能构成最小系统。8031 的外部程序存储器主要存放处理程序，也能存放处理程序所必需的常数。基本的扩展包括：扩展片外程序存储器/扩展片外数据存储器/扩展并行 I/O 接口。采用 74LS373 锁存器 、74LS138 译码器的输出作为片选信号。本系统扩展了一片 8255 可编程接口芯片和一片 8279 芯片。二、主要芯片的说明及接口简图二、主要芯片的说明及接口简图1、8031 引角说明引角说明：8031 是无 ROM 型的单片机，它必须外接 EPROM 程序存储器。8031 的外部存储器主要存放处理程序，也能存放处理程序所需的常数。8031 最多可外扩 64K 程序存储器，64K 程序存储器中有 5 个单元具有特殊用途，分别对应 5 种中断源的中断服务入口地址。8031 有一个可编程的、全双工的串行接口。串行口可以通过指令设置成四种不同的工作方式的一种，但主要（1） 、电源引脚VCC：正常运行和掉电工作时的电源电压。VSS：电源接地端。（2） 、I/O 总线P0 口：P0 口是一个 8 位双向 I/O 口，每位能驱动 8 个 LS 型 TTLFU 载。P0 角在写20入 1 后浮空，这时可用作高阻输入。P0 口也是访问外部程序和数据存贮器的多路低位地址和数据总线。这时它在输出 1时具有强的内部提升。P1 口：P1 口是一个具有内部提升的 8 位双向 I/O 口。P1 脚在写入 1 后由内部提升置为高电平，这时它可用作输入。作为输入，从外部拉为低电平的 P1 脚将放出电流，因为它有内部提升电阻。P2 口：P2 口是一个具有内部提升的 8 位双向 I/O 口。P2 脚在写入 1 后由内部提升电阻置为高电平，这时它可用作输入。作为输入，从外部拉为低电平的 P2 脚将放出电流，因为它有内部提升电阻。在从外部程序存贮器取指和使用 16 位地址（MOVX DPTR）访问外部数据存贮器是 P2 口输出高位地址。这时在输出 1 时它使用强的内部提升。在使用 8 位地址（MOVX Ri）访问外部数据存贮器时 P2 口输出特殊功能寄存器 P2 的内容。P3 口：P3 口是一个具有内部提升的 8 位双向 I/O 口。P3 脚在写入 1 后由内部提升电阻置为高电平，这时它可用作输入。作为输入，从外部拉为低电平的 P3 脚将放出电流，因为它有内部提升电阻。（3） 、控制总线RST/VPD：复位输入信号。振荡器运行时该脚为高两个机器周期将复位本器件。内部有一个扩散电阻接 VSS，允许只使用一个接到 VCC的外部电容实现上电复位。ALE：访问外部存贮器时用于锁存低位字节地址的地址锁存允许脉冲。在一般情况下，ALE 输入为振荡器频率的 1/6，可用作外部定时或时钟。然而必须注意在每次访问外部数据存贮器时少一个 ALE 脉冲。PSEN：外部程序存储器控制信号，是外部程序存贮器的读选通。EA/VPP：访问内部程序存储控制信号。EA 必须接地从允许从外部程序存贮器 0000到 FFFFH 取指。如 EA 接 VCC，则除非程序计数器地址大于 0FFFH，器件总是从内部程序存贮器取指。（4） 、时钟XTAL1：内部振荡器外接晶体引脚 1。XTAL2：内部振荡器外接晶体引脚 2。21C230PF 2C1晶体XYAL2VccXTAL1MCS-51振荡器的定时元件连接图外部时钟VssXTAL1MCS-51XTAL2HMOS器件外部时钟连接图MCS-51 单片机为 40 脚双列直线式结构，其引脚排列如下：22VccP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0XTAL2XTAL1VssRST/VPDp3.0/RXDp3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7803180518751MCS-51单片机的引脚图2、程序存储器的扩展、程序存储器的扩展 在 MCS-51 单片机应用系统中，程序存储器的扩展，对于 ROM 的单片机是不可缺少的工作。片外程序存储器与数据存储器的操作使用不同指令和控制信号，故允许二者的地址重复，片外可扩展的数据存储器与程序存储器分别为 64K 字节。由于片外程序存储器与片内程序存储器采用相同的操作指令，所以片内、片外程序存储器的选择靠硬件结构实现。当 EA=0 时，不论片内有无程序存储器，片外存储器的地址可从 0000H 开始设置（最大可到 FFFFH，64K 字节，由外扩芯片容量决定） ；但当 EA=1 时，前 4K 字节地址 0000H-0FFFH 为片内程序存储器所有，片外扩展的程序存储器的地址只能从 1000H 开始设置（最大可到 FFFFH，60K 字节，由外扩芯片容量决定） 。（1） 程序存储器有单独的地址编号（0000H-FFFFH） ，使用单独的控制信号（PSEN 控制）和指令（MOVC 查表指令） 。（2） 程序存储器与数据存储器共用地址总线与数据总线。（3） 采用线选法而不用地址片选译码。3 3、I/OI/O 口的扩展口的扩展“接口”是微处理器 CPU 与外界的连接部件（电路） ，是 CPU 与外界进行信息交换的中转站。 “接口技术”是研究 CPU 如何与外部世界进行最佳耦合与匹配，以实现双方高效，可靠地交换信息的一门技术，它是软硬件结合的体现，是微型计算机应用的关键。按 CPU 与外界交换信息的要求，一般来讲，接口部件应具有如下功能特点：23（1） 、数据缓冲功能接口中一般都设置数据寄存器或锁存器，以解决高速 CPU 和低速外设之间的矛盾，避免丢失数据。另外，这些锁存器常常有驱动作用。（2） 、设备选择功能微机系统中通常都有多台外设，而 CPU 在同一时间里只能与一台外设交换信息，这就要借助接口的地址译码器对外设进行寻址。高位地址用于芯片选择，低位地址用于选择接口芯片内部寄存器或锁存器，以选定需要与 CPU 交换信息的外设。（3） 、信号转换功能由于外设所能提供和所需要的各种信号常常与微机总线信号不兼容，因此信号变换就不可避免，它是接口设计中的一个重要方面。通常遇到的信号变换包括：信号电平转换、模/数和数/模转换、串/并和并/串转换、数据宽度变换及信号的逻辑关系和时序上的配合所要求的变换等。（4） 、接受、解释并执行 CPU 命令的功能CPU 发往外设的各种命令都是以代码的形式先发到接口电路，再有接口电路解释后，形成一系列控制信号送往外设的。为了实现 CPU 与外设之间的联络，接口电路还必须提供寄存器的“空”或“满” ，外设的“忙”或“闲”等状态信号。（5） 、中断管理功能当外设需要及时得到 CPU 的服务，例如，在出现故障而要求 CU 进行刻不容缓的处理时，就应在接口中设置中断控制逻辑，由它完成向 CPU 提出中断请求，进行中断优先级排队，接收中断响应信号以及向 CPU 提供中断向量等有关中断事物工作。这样，除了能使 CPU 实时处理紧急情况外，还能使快速 CPU 与慢速外设并行工作，从而大大提高 CU 的效率。（6） 、可编程功能为使接口具有较强的通用性、灵活性和可扩充性，现在的接口芯片多数都是可编程的，这样在不改变硬件的条件下，只改变驱动程序就可改变接口的工作方式和功能，以适应不同的用途。需要说明的是：上述功能并非每个接口芯片都同时具备，对不同配置和不同用途的微机系统，其接口芯片的功能及实现方式有所不同，接口电路的复杂程度相差甚远。 MCS/51 共有四个八位并行口，即 P0P3。对于 8031 来说，由于无片内 ROM，必须在外部扩展 ROM。这时，需要使用 P0、P2 口作为地址总线输出口及数据总线口使用。因此，对于 8031，只有 P1 口及 P3 口的一部分可提供给用户作为 I/O 口使用，这对于系统是不够的，需要进行 I/O 口扩展。可编程 I/O 口的扩展可编程 I/O 接口芯片电路复杂，功能较多，可满足各种应用要求。24INTEL8155/8255CPU 是为 8031CPU 设计的通用 I/O 接口。4、8255A 的外部引线与内部结构的外部引线与内部结构 （如图）（如图）PA4PA5PA6PA7WRRESETD0D1D2D3D4D5D6D7VCCPB7PB6PB5PB4PB3PA3PA2PA1PA0RDCSGNDA1A0PC7PC6PC5PC4PC0PC1PC2PC3PB0PB1PB282558255的引脚配置图8255A 是一个单+5V 电源供电，40 个引脚的双列直插式组件其外部引线如图所示：作为接口电路的 8055A 具有面向主机系统总线和面向外设两个方面的连接能力。它的引脚正是为了满足这种连接要求而设置的。数据总线缓冲器读/写控制逻辑B组控制B组端口B（8）B组端口C下半部（4）A组端口C上半部（4）A组端口A（8）A组控制DBRDWRA0A1RESETCSCPU接口内部逻辑外设接口I/OPA7PA0I/OPC7PC4I/OPC3PC0I/OPB7PB08255A的内部结构框图（1）面向系统总线的信号线有：D0D7：双向数据总线。CPU 通过它向 8255A 发送命令、数据；8255A 通过它向CPU 回送状态、数据。CS：选片信号线，该信号低电平有效，有系统地址总线经 I/O 地址译码器产生。CPU25通过发高位地址信号使它变成低电平时，才能对 8255A 进行读写操作。当 CS 为高电平时，切断 CPU 与芯片的联系。A1，A0：芯片内部端口地址信号线，与系统地址总线低位相连。该信号用来寻址8255A 内部寄存器。两位地址，可形成片内四个端口地址。RD：读信号线，该信号低电平有效。CPU 通过执行 IN 指令，发读信号将数据或状态信号从 8255A 读至 CPU。WR：写信号线，该信号低电平有效。CPU 通过执行 OUT 指令，发写信号，将命令代码或数据写入 8255A。RESET：复位信号线，该信号高电平有效。它清除控制寄存器并将 8255A 的 A、B、C三个端口均置为输入方式；输出寄存器和状态寄存器被复位，并且屏蔽中断请求；24 条面向外设的信号线呈现高阻悬浮状态。这种势态，一直维持，直到用方式命令才能改变，使其进入用户所需的工作方式。面向 I/O 设备的信号线有：PA0PA7：端口 A 的 I/O 线，与外部连接。PB0PB7：端口 B 的 I/O 线PC0PC7：端口 C 的 I/O 线A1 A0 RD WR CS操作0 0 0 1 00 1 0 1 01 0 0 1 00 0 1 0 00 1 1 0 01 0 1 0 01 1 1 0 0* * * * 11 1 0 1 0* * 1 1 0读端口A读端口B读端口C写端口A写端口B写端口C写控制口8255A的数据总线处于三态非法状态DB-DB7处于三态8255A的端口操作选择(2)A 组和 B 组控制电路：根据 CPU 命令，控制 8255 工作方式的控制电路，A 组控制 PA 口和 PC4-PC7，B组控制 PB 口和 PC0-PC3。(3)双向三态数据缓冲器：这是 8255 和 CPU 数据总线的接口，CPU 和 8255 之间的命令，数据和状态的传送部分是通过双向三态总线缓冲器传送的，D0-D7 接 CPU 的数据总线。26(4)读/写和控制逻辑：A0、A1、CS 为 8255 的口选择信号和片选信号，RD、WR 为对 8255 的读/写控制信号，这些信号线分别和 CPU 的地址线和读/写信号线相连接，实现 CPU 对 8255 的口选择和数据传送。这些控制信号的组合可以实现 CPU 对 8255 的 PA 口、PB 口、PC口和控制口的寻址。8255 的端口寻址如图所示。 5 5、82798279 芯片的接口引线芯片的接口引线图为该芯片的引脚图。40 个引脚除+5V 电源接线和地线外，依功能分为三组：与 CPU 的接口连线、与键盘的接口线以及与显示器的接口线。1、与 CPU 的接口线（1） D0D7：双向数据总线。CPU 通过这组接线向芯片写入工作方式控制命令字和显示输出得数据，读回芯片的工作状态和键盘编码。（2） CS：片选输入线。低电平允许对芯片的读、写操作。（3） A0：地址码最低位输入线。低电平选中片内数据寄存器，高电平选中片内命令和状态寄存器（4） RD、WD：读写控制。分别控制数据命令和状态的读、写。（5） RESET：复位输入线及 CLK（时钟线，系统送入时钟作芯片内部定时） 。2、与键盘的接口线（1） SL0SL3：扫描信号线，用作键盘的行扫描信号，以及数码显示器的位选信号。可编程使芯片工作在编码方式或译码方式，前者按 SL0SL34 位编码器输出 16 位编码正脉冲，后者按 SL0SL3顺序输出负脉冲，按编程的时钟频率周而复始地输出。（2） RL0RL3：回馈信号输入线，与键盘的列线相连。当芯片输出行扫描信号时，芯片自动接受这列线回馈信号。当有按键按下时，经约 10ms 消颤处理，被按下的键所在的列输出低电平信号，其他列输出高电平。（3） SHIFT，CNTL/STB：位移，控制/选通输入方式信号线。加上此两线的 4种编码，键定译码可达 256 个。在选通输入方式时，CNTL/STB 线用作数据送入 FIFO 的选通线。3、与数码显示器的接口线 SL0SL3扫描信号线也是数码显示器的位选信号线。初此以外还有：（1） OA0OA3，OB0OB3：数据输出线。数据显示器的段码从这两组线输出，他们与位选线 SL0SL3同步，实现分时数据显示。芯片内部有一个 16 字节的显示存储器，存储欲显示的段码，最大可支持 16 位数码显示。（2）BD：消隐信号线。此输出信号用来在显示数据切换时进行消隐，以免显27示跳动，此信号也可有消隐命令产生。PC0PC7：端口 C 的输入输出线这 24 根信号线均可用来连接 I/O 设备，通过它们可以传送数字量信息或开关量信息。VccRL1RL0CNTL/STBSHIFTSL3SL2SL1SL0OUTB0OUTB1OUTB2OUTB3OUTA0OUTA1OUTA2OUTA3BDCSA0RL2RL3CLKIRQRL4RL5RL6RL7RESETRDWRDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7Vss82798279的引脚图BDSL0-348SHIFT回 复扫描计数器定时与控制显示寄存器显示地址寄存器18 16显示RAM控制与定时寄存器8 8FIFO/传感器RAM键盘消颤与控制FIFO/传感器RAM的状态寄存器I/O控制数据缓冲器时钟复位DB0-7RDWRCSA0IRQ8279的内部结构框图RL0- 7 CNTL/STB下图是用 8279 作 8031 的键盘/显示器接口的逻辑图。28 DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0A0CLKRDWRIRQCSRESETSHIFTCNTL/STBK1K2ALERDWRINT1P2.5RESETRESET UNIT8031AB CSL0SL1SL2Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0OUTTABOUTTA1.OUTB374LS244R1R2R874LS1388279用8279作8031的键盘/显示器接口的逻辑图在图中的数码管 U11U18 是共阳型的 LED 数码管。8279 的 DB0DB7 与 8031的 P0 口连接，A0 是由 U3，74LS373 锁存器提供。CLK 与 ALE 连接，如果 8031 的时钟是 6MHz 的话，那么 CLK 的频率将是 1MHz。IRQ 通过一个反向器与 INT1 连接以申请中断。RD，WR 相连接。这里，片选 CS 采用线选方式，通过一个反相器与 P2.5 连接，因此该 8279 的数据口地址是 2000H，控制口地址是 2001H。但在外设接口较多的应用系统里，接口地址应当由译码器提供。8279 的 A 组输出 OUTA03 和 B 组输出 OUTB03 合并使用，通过 U4，74LS244八个同相三态驱动器，作为 LED 数码管的段驱动。扫描线 SL2SL0 按编码扫描键盘方式工作，U5，74LS138 三一八译码器，作为它的外接译码器，可以扩展出 8 条键盘矩阵的行线。在本图中，工接有 64 个键。同时，该 8 条线还通过 U7U10，4 个75452 双与非驱动器，作为数码管 U11U18 的位扫描驱动。RL0RL7 回复线作为键盘矩阵的列线。另外，还在 SHIFT 和 CNTL/STB 脚上设计了两个开关，在它们的配合下这 64 个键可以得到 644=256 个功能。8279 自动完成键盘扫描和数码管扫描显示的工作，分担了 CPU 的巨大工作量，它扫描键盘的原理是这样的：由于 RL0RL7 回复线内部具有上拉电阻，因此，它作为键盘矩阵的列线时，如果没有键按下则 RL0RL7 芯片所接受到的信息都是“1” 。在本图中，键矩阵的行线由 SL2SL0 的外译码器驱动，即在 74LS138 的输出线Y0Y7 中每个扫描节拍只有一根线输出“0” 。假设某扫描节拍 LS2SL0 是 000 的话，那么 Y0=0，这时只有 07 号键中的某个键被按下时才能使 RL0RL7 的相应回复线状态为“0” 。即 SL2SL0 的状态变化是该键的行码，而 RL0RL7 的状态是该键的列码。随着 LS2SL0 的状态变化，74LS138 的输出线 Y0Y7 也依次逐个的变29低，在 RL0RL7 回复线的配合下，就逐行地把所有的键的状态都扫描了。为了克服机械接触式键盘的接触颤动，芯片考虑了 10.3ms 的消颤时间。 利用键矩阵的行线，又构成了数码管的扫描显示。行输出线 Y0-Y7 通过与非驱动器（75452）依次逐个地选通每位数码管，在 OUTA0-3 和 OUTB0-3 输出的字行码的同步配合下，就把要显示的数字和符号显示出来了。在扫描键盘方式中，输入到 FIFO RAM 的字符格式如下：CNTL SHIFT 扫描键盘行线SL码 列线RL0-7回复码D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0三、驱动电路的设计三、驱动电路的设计（一）（一） 、 概论概论脉冲输入时，将脉冲分配给各组绕组，因其功率很小，电压幅度不足 5V，电流为 mA 级，必须经过驱动器将信号电流放大到若干安培，才能驱动步进电机，实际上电机的驱动器是一个功率放大器。驱动器要求失真小，有较好的前沿和足够的幅度。本系统采用 55BF003 型和 70BF003 型步进电机作为驱动装置，它是受脉冲信号进行控制， ，微安级信号进行控制，若想使 27V，5A 的步进电机达到需要的额外状态，只靠微机 8255 控制作用不可能提供步进电机需要的输出功率，因此必须有额外的功率驱动电路，步进电机与控制系统，功率驱动电路组成一体构成了步进电机的驱动系统，如图：MCS-518255A分配系统步进电机30步进电机系统主框图（二）（二） 、驱动电路的设计及说明、驱动电路的设计及说明步进电机的控制系统和分配系统中采用汇编语言来实现的，所以采用三级管进行电流放大。下面是功率驱动电动硬件进行说明。高低压驱动电路如下图所示： 驱动电路图驱动电路图1、驱动电路原理、驱动电路原理：La 绕组的高低压驱动电路，脉冲变压器 Tp 组成高压控制电路，无脉冲输出时，T1，T2，T3，T4，均截止，电机绕组 La 中无电流通过，电机不转，有脉冲输入时，T1, T2, T4,饱和导通，在 T2由截止到饱和期间，其集电极电流也就是脉冲变压器的初级电流急速增加，在变压器次级感生一个电压，使 T3导通，80V 高压经高压管 T3加到绕组 La 上使电流迅速上升，约经数百微秒，当 T2进入稳压状态后，Tp 初级电流暂时恒定，次级的感应电压降到 0，T3截止，这时 12V 低压电流经 D2加到绕组 La上，维持 La 中的电流为恒定值。输入脉冲结束后，T1，T2，T3，T4，又均截止，储存在 La 中的能量通过 18 的电阻和二极管泄放，18 的电阻的作用是减小放电回路的时间常数，改善电流波形后沿，由于采用高低压驱动，电流增长快，电机的力矩和运行频率都得到改善。高低压驱动电路，采用四个三极管，线路比较简单，工作稳定实用性强，它具有以下特点：a 本回路采用两种电源供电 80V12V31b 驱动电路采用了三级放大，使电路合理，稳定性好。c 由于电机转动产生的反电动势，使电流波形顶部下凹，使平均电流下降，转矩下降。2 2、驱动电路源部分、驱动电路源部分由于驱动电路需要直恒流 27V 稳定电压，才能保证机构的工作稳定性，根据驱动电路中步进电机满足电流在 3A 以上，故自行设计驱动电路稳压电源。具体设计结构如图所示：27V +6V 20 300 A B 4700m 3K +5V 0.33m 0.1M 780532驱动电路的稳压图工作原理：由变压器输出+30V 电压，由于为恒流电压，所以最大值在 30-32V 之间，大于 30V 电压，经过 7824 将电压将为 24V，又因为 7824 工作电流很小，所以TIP147 进行扩大后经过电阻提压为 27V，再同样经过 7815 后电压为 15V，经电阻分压降为+6V，由稳压二极管稳定后，在经过 7805 把电压稳定在 5V。电容器的选取：电容 C 采用极性电容器，主要是因为我们要把交流电变为直流电，第一步已将双向变换电压变为单向波动电压，所以电容器另一端始终处于低电位，但也不排除电流桥会有漏电流的可能。通过电容这一步，便可使这一小部分漏过来的的反向电压被截止并消除掉。因为电容本身对电压有滞后作用，其作用可用下图示明：u0t30u300t滤波前电压波形滤波后电压波形滤波后电压波形电容值越大，滤波的效果会越好，但电容值过大也会使电容两端电压值偏低，所以我们选用了电容值为 4.9mF 的极性电容。四、控制面板四、控制面板本次设计所采用的是由南京利德运动控制工程有限公司提供的 LD 系列机床数控系统型号为 LD-15M 型（一） 、外部接线图如下：33M接口其他接口12芯12芯7芯7芯7芯7芯X电机Z电机Y电机电机（二） 、控制面板图如下：34+X+Y+Z-X-Y-Z显示板急停按钮切板空运行MDI手动自动回零电源旋钮ZY单段连续启动暂停XZY第五章、便携式涂浆机执行程序设计第五章、便携式涂浆机执行程序设计35（一） 、涂浆轨迹的确定密封圈涂浆轨迹如图所示：? 140? 172? 215? 192? 13210x(86,0)(0,86)涂胶轨迹（二） 、涂浆的程序框图如下：框图的说明：涂浆过程中，需要保证浆棒内有足够的浆为下一工件能够涂完为止，所以设计了浆棒内浆量不足的报警子程序。每一工件涂完浆后提醒工人换件，这样就可以节省不必要的时间，提高了劳动生产率。调Z轴上升子程序换胶子程序N调逆圆插补子程序开始涂胶预定位置？n=0?结 束报 警剩余胶量=10？YYY调正圆插补子程序n n-1出 胶正圆？YZ轴下降子程序N开始NN换件报警详细图见图纸第六章第六章 结论结论361、此次设计的涂浆机体积小，结构简单，操作方便，有利于它的通用性。2、此次设计的便携式涂浆机完全脱离了手工涂浆，实现了全自动涂浆，使工人从繁琐的劳动中解脱出来，减少了工人的劳动强度，这将大大的提高劳动生产效率。3、在涂浆的过程中，保证了涂浆的厚度和浆的均匀性，这样，不仅提高了机器零件的密封性，而且机器的性能将更加良好。涂浆机的研制，将为企业带来巨大的经济效益。第七章第七章 设计体会设计体会37经过三个多月的毕业设计，不仅将我大学四年所学的知识紧密的联系起来，而且提高了我综合运用基础知识的能力和设计能力，并从中了解了从理论
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