资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共53页)
编号：149922344
类型：共享资源
大小：2.61MB
格式：RAR
上传时间：2021-10-10
上传人：好资料QQ****51605
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
20
积分
- 关 键 词：
-
DZ242
电火花
切割机
电气
控制系统
设计
- 资源描述：
-
DZ242电火花线切割机电气控制系统的设计,DZ242,电火花,切割机,电气,控制系统,设计
- 内容简介：
-
目 录第一章 绪论11.1课题研究的目的与意义11.1.1 课题的提出11.1.2 课题研究的意义11.2国内外研究现状21.2.1 电火花线切割机工作原理21.3本文研究的主要内容2第二章 系统总体方案的设计42.1 概述42.2 控制方案的选择42.3总体方案的设计52.3.1 控制器的选择52.3.2 位移检测元件的选择82.3.3 QH-200型光栅尺工作原理92.3.4 外围电路的选择92.4系统总体方案设计11第三章 控制电路的设计123.1 单片机最小系统的设计123.1.1 时钟电路的设计123.1.2 复位电路的实现123.1.3 CPU89C55的主要性能特点133.1.4 AT89C55引脚描述143.2 并行接口电路设计163.2.1 并行接口芯片8155引脚说明173.3位置检测反馈装置203.3.1 光栅式传感器223.3.2 可编程定时/计数器8253233.4 系统主电路的设计243.4.1 步进电机的工作方式253.4.2 步进电机的驱动25第四章 系统输出及输入装置284.1 系统显示电路的设计284.1.1 可编程8279键盘/显示器接口284.1.2 8279 引脚功能284.1.3 8279结构说明30第五章 系统软件设计32总流程图33总 结38致 谢39参 考 文 献40附录I：程序清单41I第一章 绪论1.1 课题研究的目的与意义1.1.1 课题的提出老式的切割机床的原理是用高频满冲电压在介质中放电，从而使金属材料在放电间隙中受到蚀除。在操作之前将此零件按其形状和尺寸经计算和用打孔机将计算结果在纸带上排成一定程序。穿孔机e光电机照射纸带并发给计算机输出信号，来实现自动控制机床纵，横向运动，使零件与电极丝得到相对移动，即得所需轨迹。随着数控线切割机应用不断扩大，机床本身也得到了不断的发展。十多年前的“负旦型”数控线切割机床首先应用于实际生产，开始的控制台是采用晶体管分离元件组装而成的，而后采用继承电路，现在正向采用微型计算机控制的方向发展，因此本文定义的“电火花线切割机自动控制系统”是以AT89C55单片机作控制核心，步进电机作驱动电机，光栅作检测元件而构成的一个闭环控制系统。线切割主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60以上。为了将我国切割机床能更好的应用到实际中，并且更加准确的保证数控线切割机的定位和切割的精度，我们正在做不懈的努力。1.1.2 课题研究的意义从老式的电火花线切割机到此时的数控电火花线切割机，不论从走丝方式还是控制方式上都得到了很大的改进，最重要的就是数字程序控制取代了过去的模仿形控制和光电跟踪控制。在数字程序控制大范围应用的情况下，对电火花线切割机电气控制系统的要求也就逐渐的提高。但是当电火花线切割机生产工艺要求的提高，原有的线切割机的模仿形控制系统和光电跟踪系统将不能满足生产工艺的要求。而设计的电气控制系统的好坏将直接影响到整台切割机的生产工艺系数。1.2 国内外研究现状我国数控切割行业发展比较晚，国内有十几家数控切割机生产厂家，每年市场需求量约在350-400台，基本满足国内市场需求，进口产品不足市场总量的10。但是其中的80%线切割的电气控制系统都是照搬国外的技术，但是在应用中却出现了国外机床所没出现的种种问题，已经有前人不断的改进，我国的线切割行业得到了飞速的发展，现在已经有了自己的电气系统专利。1.2.1 电火花线切割机工作原理电火花线切割加工的工作过程主要包括以下三个部分（如图1.1所示）：1.电极丝与工件之间的脉冲放电。2.电极丝沿其轴向（垂直或z方向）做走丝运动。3.工件对于电极丝在X.Y平面内做数控运动。图1.1 电火花线切割加工原理图对于本设计研究的就是第三点：X，Y坐标工作台上数控运动。工件安装在上下两层的X,Y坐标工作台上，分别由步进电机驱动做数控运动。工件相对于电极丝的运动轨迹，是由线切割编程所决定的（如图1.2所示）。图1.2 上层工作台的传动示意图1.3 本文研究的主要内容根据电火花线切割的工作原理，采用微型计算机来控制步进电机，使电极丝按照事先所编订好的程序图形做运动。系统具有自动显示功能，由键盘控制系统启、停及选择需要程序图形等功能。1. 主要几项技术指标:（1）加工轨迹：任意平面曲线及直线（2） 加工精度 轮廓线：0.01毫米 圆弧随圆度：0.02毫米（3）. 辅助设备设施 紧急停车和解除 中停和启动 越位保护 计算机逆运算 齿隙补偿 坐标变换（同一程序可在八个不同角度加工） 割嘴手动升降2. 其主要内容如下：(1) 系统总体方案设计，选择控制方式、微控制器和传感器，并对输出通道和执行元器件进行方案选择。(2) 系统硬件设计，介绍线切割电气控制系统的组成及各个部分的工作原理，并且对各个部分的电路进行设计。(3) 系统软件设计，选择编程语言，描述设计思想，给出程序流程图及程序清单。52第二章 系统总体方案的设计2.1 概述总体方案设计的确定是进行微机控制系统设计时最重要、最关键的一步，因为总体方案设计直接关系到整个控制系统的投资、调节性能和实施细则2.2 控制方案的选择开环控制系统在电气系统控制中应用比较广泛，特别应用在位移精度要求不高的情况下，如生产中的凸凹模、固定板、卸料板等。控制单元根据步进电机位移的设定量直接通过执行单元控制步进电机的位移。该控制系统结构简单，但由于没有反馈回路，这类控制系统的位移控制精度很低。 为了提高位移控制的精度，通常采用闭环负反馈位移控制系统。负反馈可以减小位移和定位的偏差，使被控对象的位移量在所要求的位移控制精度范围内变化。偏差量经控制器调整后，输出控制量控制被控对象的位移，被控对象的位移量再由传感元件负反馈到偏差量中，进而实时调整控制被控对象的温度。由于加入负反馈，大大提高了系统的位移控制的精度和控制范围。开环控制与闭环控制相比：一般来说，开环控制结构简单，成本低廉，工作稳定。因此，当系统的输出信号及扰动作用预先知道时，采用开环控制即可取得较为满意的效果。但由于不存在输出量的反馈，因此，对干扰造成的误差无自动修正能力。该系统的控制精度完全取决于元件本身的抗干扰措施。从原理上说，闭环控制系统具有抑制内部和外部各种干扰引起系统输出发生变化的能力。因此，根据系统设计的要求，本系统选择单闭环作为控制系统。系统框图如图2.1所示。图2.1 闭环负反馈位移检测系统框图2.3 总体方案的设计根据本系统的设计要求及控制方案，整个控制系统的方案选择可以分为控制元器件的选择，位移检测元器件的选择，执行机构的选择，通道的选择及外围电路的选择。2.3.1 控制器的选择控制系统中能做控制器的主要有PLC、DSP以及MCS-51系列单片机等。1.PLC控制器：PLC 不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制。现代PLC 以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定受到普遍欢迎，在传统工业的现代化改造中发挥越来越重要的作用。PLC具有以下特点：（1）编程简单，使用面向控制操作的控制逻辑语言。（2）可靠性高，抗干扰能力强，适于在恶劣的生产环境下运行。（3）系统采用了分散的模块化结构。由于PLC采用了大规模集成电路技术和微处理器技术，故可将其设计的紧凑、坚固、小体积，在加上它的可靠性，PLC易于装入机械设备内部，实现机电一体化。对于继电器逻辑控制而言，PLC可节省大量继电器，故降低成本且提高了可靠性。中、高档PLC均具有极强的联网通讯能力。2. DSP控制器：DSP是数字信号处理器（Digital Signal Processor）的缩写，是一种特别适合与进行数字信号处理运算的微处理器，主要用于实时快速实现各种数字信号处理的运算。DSP具有以下特点：（1）采用哈佛结构；（2）采用多总线结构；（3）采用流水线结构；（4）具有特殊的DSP指令；（5）拥有快速的指令周期；（6）硬件配置强；（7）支持多处理器结构；（8）省电管理和低功耗。3.MCS-51系列单片机：单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），简称单片机。它是把一个计算机系统集成到一个芯片上，就是将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM和RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。单片机的主要特点有：（1）可靠性高；（2）便于扩展；（3）控制功能强；（4）低电压、低功耗；（5）片内存储容量较小。除此之外，单片机还具有集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等特点。4.各种处理器的比较：PLC的CPU模块在工业自动化控制系统中应用的范围比较广泛，但是其只适合与应用在大型的工业自动化控制系统中，因为，PLC系统虽然结构较DSP系统简单，但是其整体的体积较大，在某些特定环境中不适合与应用。再者，PLC在编程时主要使用梯形图程序进行编程，整体程序比使用高级语言或汇编语言编写的程序冗长，在程序出现错误时，不易与在短时间内进行修改。DSP芯片集成度高，运算速度快，但是其内部结构过于复杂，而且它主要用于对数字信号的处理，再加上DSP在编程时使用的是类似于C语言的高级语言进行编程，程序编写时较PLC的梯形图程序和单片机的汇编语言复杂，不便于在程序出错时进行短时间的修改。MCS-51系列及其衍生系列的微处理器在工业自动化控制系统中的应用也比较广泛，其适合与各种类型的工业自动化控制系统，其信号处理类型也属于数字信号，但是，由于其外部扩展芯片可以进行A/D、D/A转换，因此，也可以对模拟信号进行处理。单片机的编程语言是比较低级的汇编语言，该语言比C语言好掌握，而且在程序出现错误时，可以在短时间内找到错误点，并进行修改。因此本系统选用单片机作为控制器。5.单片机种类、特点、厂家的比较：(1)ATMEL单片机：ATMEL公司的AVR单片机,是增强型RISC内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便.AVR单片机采用增强的RISC结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每MHz可实现1MIPS的处理能力.AVR单片机工作电压为2.76.0V,可以实现耗电最优化.AVR的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域. (2)Motorola单片机: Motorola是世界上最大的单片机厂商.从M6800开始,开发了广泛的品种,4位,8位,16位32位的单片机都能生产,其中典型的代表有:8位机M6805,M68HC05系列,8位增强型M68HC11,M68HC12 , 16位机M68HC16, 32位机M683XX. Motorola单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多,因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,更适合于工控领域及恶劣的环境 . (3)MicroChip单片机:MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C系列和17C系列8位单片机,CPU采用RISC结构,分别仅有33,35,58条指令,采用Harvard双总线结构,运行速度快,低工作电压,低功耗,较大的输入输出直接驱动能力,价格低,一次性编程,小体积. 适用于用量大,档次低,价格敏感的产品.在办公自动化设备,消费电子产品,电讯通信,智能仪器仪表,汽车电子,金融电子,工业控制不同领域都有广泛的应用,PIC系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高.发展非常迅速. (4)MDT20XX系列单片机: 工业级OTP单片机,Micon公司生产,与PIC单片机管脚完全一致,海尔集团的电冰箱控制器,TCL通信产品,长安奥拓铃木小轿车功率分配器就采用这种单片机. (5)EM78系列OTP型单片机: 台湾义隆电子股份有限公司,直接替代PIC16CXX,管脚兼容,软件可转换. (6)EPSON单片机: EPSON单片机以低电压,低功耗和内置LCD驱动器特点著名于世,尤其是LCD驱动部分做得很好.广泛用于工业控制,医疗设备,家用电器,仪器仪表,通信设备和手持式消费类产品等领域.目前EPSON已推出四位单片机SMC62系列,SMC63系列,SMC60系列和八位单片机SMC88系列. (7)东芝单片机: 东芝单片机门类齐全,4位机在家电领域有很大市场,8位机主要有870系列,90系列,该类单片机允许使用慢模式,采用32K时钟时功耗降至10UA数量级.东芝的32位单片机采用MIPS 3000A RISC的CPU结构,面向VCD,数字相机,图像处理等市场. (8)8051单片机: 8051单片机最早由Intel公司推出,其后,多家公司购买了8051的内核,使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大,应用也最广泛,有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片. LG公司生产的GMS90系列单片机,与Intel MCS-51系列,Atmel 89C51/52,89C2051等单片机兼容,CMOS技术,高达40MHZ的时钟频率,应用于: 多功能电话,智能传感器,电度表,工业控制,防盗报警装置,各种计费器,各种IC卡装置,DVD,VCD,CD-ROM. 综上所述，本文选用美国ATMEL公司推出的AT89C55单片机作为步进电机的控制原件。它是一个低功耗，高性能的含有20KB闪存存储器的8位CMOS单片机，时钟频率高达20HZ.闪烁存储器允许在线(+5V)电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。此外，89C51还支持软件选择的2种掉电工作方式，非常适于电池供电或其它要求低功耗的场合。2.3.2 位移检测元件的选择现今的数控机床都位移检测系统大部分都才用光栅尺做位移检测元件。光栅尺不仅价格低廉，而且其测量精度完全可以达到线切割加工工艺要求。光栅尺传感器分为敞开式和封闭式两类。敞开式为高精度型，输出波型为正弦波，主要用于精密仪器的数字化改造，最高分辨率为0.1m. 但是敞开式最主要的缺点就是受到磁场的影响很大，这对于要求很高的线切割来说是不够的。封闭式虽然在精度上比敞开式的略微差点，造价也相应的高了点，但是对于要求比较高的情况下，这种光栅尺的优点也就显示出来。封闭式主要用于普通机床、仪器的数字化改造，输出波形为方波，按外形分类可分为小型尺、标准型，型号分别为QH-200、QH-400，其中标准型最长可做到3000mm，分辨率有1m、5m。光栅线位移传感器数显系统主要应用于直线移动导轨机构,可实现移动量的精确显示和自动控制,已广泛应用于机床加工和仪器的精密测量. 综上，在本设计中，将选择封闭式的QH系列的光栅传感器（如图2.2所示）。1.QH系列光栅传感器特点（1） 密封胶条采用特殊的耐油、耐蚀、高弹性及耐老化塑胶。防尘性能优异，使用寿命长。 （2） 最先进可靠的光学测量系统：滑动部件采用已被验证为最可靠耐用的高精度五轴承系统设计，保证光学机械系统的稳定性，优异的重复定位性和高等级的测量精度。 （3） 栅玻璃尺：采用先进的光栅制作技术，制作各种规格的高精度光栅玻璃尺，最长的可做到3000mm（不接長）。2.封闭式QH-200光栅线位传感器参数(1)栅距：0.01mm(100线对/mm)、0.02mm(50线对/mm)、0.04mm(25线对/mm)；(2)精度：0.008mm、0.01mm、0.015mm、(20 1000mm)；(3)参考标记：间隔25mm、间隔50mm、间隔100mm、间隔200mm、或全量程任意位置设一个绝对位置参考点(ABS)；(4)量程：1000mm以内任意选择；(5)分辨率：0.5um、1um、5um 响应速度：25m/min、 60m/min；（6）工作温度：0-45 存储温度：-40-55；（7）输出信号：二路TTL方波、HTL方波(5V、12V、15V、24V)、RS422信号、正弦电压信号1Vp-p图2.2 QH-200型光栅尺实物图2.3.3 QH-200型光栅尺工作原理现代的自动控制系统中已广泛地采用光电传感器(如光栅尺)来解决轴的线位移、转速或转角的监测和控制问题。QH系列光栅尺是栅读数头、光栅和接口组成。光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，一般情况卜，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90“的两路。当读数头运动时，接口电路的光电接收器分别产生A相和B相两路相位相差90“的脉冲波（如图2.3所示）。图2.3 QH系列光栅原理图2.3.4 外围电路的选择选择一个好的控制器可以使系统有好的性能；选择适当的检测元件可以提高测量精度。如果没有外围电路的显示、适时监控，随之报警等一系列的完善，那么要达到控制精度是非常困难的。1显示器的选择在本控制系统中，需要对温度进行测量，并根据测量值进行判断，在经过控制器进行调整。根据系统设计要求，需要有显示电路。常用的显示器有LCD，LED，CRT等。LCD显示器的原文是Liquid Crystal Display，取每字的第一个字母组成，中文多称液晶平面显示器或液晶显示器。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过，说简单点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。 LCD的好处有： 与CRT显示器相比，LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利等。缺点主要有：可视范围小，一般在135度；低端显示器文字显示效果差强人意；亮度较低；显示颜色种类不及CRT，有轻微的失真；低端LCD响应时间长，玩游戏或看电影拖尾，影响效果；好的LCD价格偏高，大部分人不容易接受。CRT阴极管显示器的工作原理与电视机的显像管差不多，在真空的显像管中，把在尾端产生的电子照射到前方的磷质显示器。传统的CRT显示器由于需要内藏真空显像管，因此身形比LCD显示器大很多，此为LCD液晶显示器的其中一个优胜之处，由于体积较小，所以放置时的弹性也较大。而次要考虑的就是用家身体健康问题，由于传统的CRT显示器内含的电子光束在运作时会产生很多静电与幅射，因此长期使用，会对眼睛有损害，造成近视等问题产生。CRT显示器的优点：可视范围大，一般是180度可见；能显示无穷多色，色彩质量接近照片；响应时间短，没有拖尾现象；色彩饱和度、亮度较高，长时间使用感觉舒适。缺点：辐射，耗电能力高；存在刷新率问题，容易对眼睛产生不利影响。：LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。 LED应用可分为两大类：一是LED单管应用，包括背光源LED，红外线LED等；LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式。LED工作于静态方式显示时，各位的共阴极（或共阳极）连接到一起并接地（或+5V）；每位的段选线分别与一个8位的锁存器输出相连。所以称为静态显示。各个的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。正因为如此，静态显示的亮度较高。在多位LED显示时，通常采用LED的动态显示方式。为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，有一个8位的I/O控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。根据本系统的显示要求，本系统采用6位LED动态显示。2键盘电路的选择常用的键盘有独立式键盘和矩阵式键盘。独立式键盘就是各键相互独立，每个按键各接一个数据线，通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按键被按下。键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。键的闭合与否，反映在行线输出电压上就是呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可确认按键按下与否。矩阵式键盘用于键盘数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上。在按键数目较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多I/O口线的钱。无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线的电平组成。因为本系统显示的位数较多，显示主要选择功能即可。所以不用扩展键盘。在键盘控制中，本设计采用的是矩阵式键盘，即节省了I/O口线，又能完成设计要求。2.4 系统总体方案设计根据上述总体方案的选择，电火花线切割电气控制系统的组成结构框图如图2.4所示。图2.4系统总体组成结构框图光栅传感器将位移信息变换为两路方波信号后，将方波信号放大到单片机可以处理的范围内，并送入单片机。单片机将检测到的位移信息与设定值进行比较，如果不相符，数字调节程序根据给定值与测得值的差值按PID控制算法设计控制量，触发程序根据控制量控制执行单元。系统通过光栅传感器检测步进电机的位移情况,单片机通过内部设定的算法进行运算后通过控制驱动电路的给定信号,从而控制步进电机的运行轨迹. 单片机通过外接的LED 显示屏实时显示所检测的位移坐标等。第三章 控制电路的设计3.1 单片机最小系统的设计3.1.1 时钟电路的设计时钟电路是用来产生89C55单片机工作时所必须的时钟信号，89C55本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现，89C55在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作 ，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。通常时钟有两种形式：内部时钟和外部时钟。我们系统采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。89C55内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚为XTAL1和XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容之间，便构成了一个自激励振荡器。如图3.1所示 图3.1 时 钟 电 路电路中的C1、C2的选择在30PF左右，但电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率在1.2MHZ12MHZ之间，频率越高单片机的速度就越快，但是对存储器速度要求就高。为了提高稳定性我们采用温度稳定性好的NPO电容，采用的晶振频率为12MHZ。3.1.2 复位电路的实现51系列单片机的复位信号有RST引脚输入，高电平有效。当RST引脚输入高电平并保持2个周期以上时，单片机内部就会执行复位操作。若RST引脚一直保持高电平，那么单片机就处于循环复位状态。为了保证复位成功，一般复位引脚RST上只要出现10MS以上的高电平，单片机就实现了可靠的复位。复位电路采用手动复位电路。如图3.2所示图3.2 手动复位电路手动复位电路是上电复位的改进型，上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减小，RST端的电位逐渐下降。当RSI电压稳定后，手动复位时按下复位按钮，电容C通过1千欧的电阻迅速放电，使RST端迅速变为高电平，复位按键松开后，电容通过R和内部下拉电阻放电，逐渐使RST端恢复为低电平，完成复位。实物连接如图3.3所示图3.3 手动复位电路3.1.3 CPU89C55的主要性能特点兼容MCS - 51的（ TM ）产品，该AT89C55是一种低功耗，高性能的CMOS 8位微机，20KB 闪存可编程和可擦除记忆体。该装置是马努-同使用高密度非挥发性记忆体技术，兼容业界标准80C51的指令集和引脚相结合的灵活8位CPU，单片机芯片AT89C55是一个功能强大，高度灵活的微型单片机1.内部程序储存器用来储存程序，8031无此部件， AT89C55当中有20KB的ROM2.内部数据存储器（RAM） 片内为8*128B的RAM， 数据储存器来储存单片机运行期间的工作变量，运算的中间结果，数据暂存和缓冲，标志位等。 片内的8*128B的RAM 以高速的RAM的形式集成在单片机内，可以加快单片机的速度，而且这种结构的RAM还可以降低功耗。3.输入/输出口线89C55共扩充32根输入/输出口线4.定时器/计数器 有3个16位定时器/计数器5.串行口片内有32个可编程串行I / O接口，有四种工作方式，可通过编程选定6.寄存器区 内部ROM中开辟了4个通用工作寄存器区，共32个通用寄存器，以适应多种中断或子程序嵌套的情况。7.中断 有6个中断源，分为三个优先级，每个中断源的优先级都是可编程的。8.堆栈 堆栈的位置是可编程的，堆栈的深度可达128字节。9.布尔处理机 有一个由直接可寻址位组成的布尔处理机，即位处理机。在指令系统中包含了1个指令子集，专用于对布尔处理机的各位进行各种布尔处理，特别适用于控制目的和解决逻辑问题。10.指令系统 共111种指令，按功能分为5类 （1）数据传送 （2）数据逻辑类 （3）控制程序转移类 （4）逻辑操作类（5）布尔变量操作类当振荡器频率为12MHZ时，大部分指令执行时间为1s,少部分为2s,乘除指令的执行时间为4s。3.1.4 AT89C55引脚描述 CMOS工艺制造的 AT89C55 除采用DIP封装方式外，还采用方形的封装方式，共40条引脚，其中两条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条I/O引脚，现分别叙述这40条引脚的功能。 1. 主电源引脚 Vss和VccVss：接地Vcc: 正常操作时接+5V电源 2. 外接晶体引脚XITL1和XITL2 XITL1：接外部晶体的一个引脚，在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器，当采用外接振荡器时，对于HMOS单片机，此引脚接地；对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XITL2：接外部晶体的另一端，在单片机内部，接至上述震荡器的反向放大器输出端采用外部振荡器时，对HMOS，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端，对于CHMOS,此引脚应悬浮。3. 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD ALE/PROG PSEN和EA/VPP。 RST/VPD：当振荡器运行时,在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位.推荐在引脚与Vss之间连一个约8.2K的电容,即保证可靠的复位. Vcc :掉电期间,此引脚可接上备用电源以保持内部RAM的数据,当Vcc下掉到低于规定的水平时,而VPD在其规定的电压范围内(50.5),VPD就向内部RAM提供备用电源. ALE/DPTG:当访问外部存储器时,ALE的输出用与锁存地址的地址字节,即使不访问外部存储器,ALE仍以不变的频率周期性出现正脉冲信号,次频率用于振荡器频率的1/6.因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的,然而要注意的是:每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE端并可以驱动lSTTL的输入. PSEN:次输出是外部程序存储器的读选通信号,在由外部程序存储器取指令(或常数)期间,每个机器周期两次PSEN有效.但在此期间内,每当访问外部程序存储器时,这两次有效的PSEN信号将不出现,PSEN同样可以驱动(吸收或输出)8个LSTTL输入. EA/VPP:当EA端保持高电平时,访问内部程序存储器,但在PC值超过OFFFH时将自动转向执行外部程序存储器的程序.当EA保持低电平时,则只访问外部程序存储器,不管是否有内部程序存储器.4. 输入/输出引脚P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7 ，P3.0P3.7 P0口既可作地址/数据总线使用，又可做通用I/O口使用；做输出口用时，输出级属于开路电路，在驱动NMOS电路时应外接上拉电阻；作为输入口用之前，应先将锁存器写1，这时输出极FET皆截止，可用做高阻抗输入。当P0口作地址/数据总线使用时，就不能再把它当通用I/O口使用。P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，区别于P0口。3.2 并行接口电路设计在单片机本身的I/O口，由于已经被系统总线占用了一部分，真正用作I/O的口线也不多，为了适应系统的需要，我们系统的P0口带载的芯片较多，为了缓解P0口的压力我们通过扩展并行口的方法来解决这个问题。这样解决了P0口带载不足的问题。扩展并行口的方案很多，例如有8155扩展，74LS373扩展等。在这里我们采用8155A作为系统并行口的扩展芯片。8155A可以扩展三个八位的并行口。在这里我们要了解它的性能才能更好的运用它。由于篇幅有限只能简要介绍一部分。8155是INTEL公司生产的可编程的并行I/O接口芯片。它具有三个八位并行I/O口。三种工作方式可根据编程来改变其功能。它采用了40引脚双列直插封装，下面我们简单介绍其引脚和功能。D0D7：三态双向数据线，是与单片机的数据总线连接，用来传送数据信息。：片选信号，低电平有效，控制数据的读出。：写入信号线，低电平有效，控制数据的写入。VCC：+5V电源。PA0PA7：A输入/输出线。PB0PB7：B输入/输出线。PC0PC7：C输入输出线。接口电路如图3.4图3.4并行接口电路 3.2.1 并行接口芯片8155引脚说明编程并行接口芯片Intel 8155内部含有256字节的静态，两个并行8位口PA、PB，一个并行的6位口PC，以及一个14位的定时/计数器，是单片机系统最常用的接口芯片之一，掌握其性能与作用方法非常重要。8155可直接与CPU接口，8155的RAM和I/O编址由IO/M和ALE锁存的地址来控制，IO/M=0选择RAM编址为00-FFH；IO/M=1对8155的I/O口进行读写，8155内部I/O编址如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PA、PB：定义口A、口B，0为输入，1为输出 IEA、IEB：口A、口B中断控制，1为允许，0为禁止 1. 8155接口芯片引脚图，如图3.5所示 图3.5 8155芯片管脚图 RESET:复位信号线，高电平有效，在该输入端加一脉冲宽度为600ns 的高电平信号，就可使8155可靠复位，复位时三个输入/输出口预置为输入方式。 CE:片选端,8155为低电平有效，当8155上加一个低电平时，芯片被选中，可以与单片机交换信息。 AD0AD7:三态地址/数据总线，在ALE 的下降沿时，把8位地址锁存于内部地址锁存器，地址可代RAM或输入/输出用，由IO/M信号的极性而定，8位数据的流向取决于RD或WR信号的状态。 ALE:地址锁存器启用信号线，高电平有效，其下降沿把AD0AD7上的地址，片选信号、IO/M信号锁存起来。 IO/M:IO和RAM选择信号线，高电平选择输入/输出，该线低电平选择存储器。 RD：读信号线，低电平有效，当片选信号与RD有效时，开启AD0AD7缓冲器，如果IO/M为低电平，则RAM的内容读至AD0AD7，如果IO/M为高电平，则选中的输入/输出口的内容读到AD0AD7。 WR:写信号线，低电平有效，当片选信号和WR信号有效时，AD0AD7上的数据将根据IO/M极性写入RAM或I/O口。 PA0PA7:输入/输出口A的信号线，通用8位输入/输出口，输入/输出的方向通过对命令/状态寄存器的编程来选择。 PB0PB7:输入/输出口B的信号线，通用8位输入/输出口，输入/输出的方向通过对命令/状态寄存器的编程来选择。 PC0PC5:输入/输出口C的信号线，6位可编程输入/输出口，也可用作A和B口的控制信号线，通过对命令/状态寄存器编程来选择。 INT:定时/计数器输入信号线，定时/计数器的时钟由此线输入。 TOUT:定时/计数器的输出信号线,输出信号为方波还是脉冲则由定时/计数器的工作方式而定。 VCC:电源线，接V直流电源。 VSS:接地线，接到公用地线上。2.定时器/计数器8155还具有一个14位的定时器/计数器，如表为方式控制字：04H：T7T6T5T4T3T2T1T005H：M2M1T13T12T11T10T9T8T13T0：计数长度；M2、M1：定时器方式。8155的定时器为14位的减法计数器，可以对输入脉冲进行减法计数，定时器由T13T0来设定定时器时间长度， M2、M1设定输出方式如表3.6所示表3.6 M1M2设定输出方式M2M1方式00单方波01连续方波10单脉冲11连续脉冲方式1方式1是一种选通输入输出方式。它把A口和B口用作数据传送，C口的部分引脚作为固定的专用应答信号，A口和B口可以通过方式控制字来设置方式1。这种方式多用于查询传送和中断传送。方式2方式2是一种双向选通输入输出方式。它利用A口为双向输入输出口，C口的PC3PC7作为专用应答线。方式2只用于端口A，在方式2下，外设可以通过端口A的8位数据线，向CPU发送数据，也可以从CPU接收数据。当8155接收到写入控制端口的控制字时，首先测试控制字的最高位，如为1，则是方式选择控制字；如为0，则不是方式选择控制字，而是对端口C置1置0控制字，这是由于端口C的每一位可作为控制位来使用。3.3 位置检测反馈装置对于一个设计完善的伺服系统而言，其定位精度主要取决于位置测量装置。由于光栅尺具有分辨率高，响应速度快，体积小，重量轻，输出稳定，耐恶劣环境等特点，所以在电机伺服控制系统中得到了广泛应用。在实际应用中，通常采用四倍频的方法，以提高光电码盘的定位精度。因此结构简单性能稳定运行可靠的四倍频电路是电机伺服电路的一个重要组成部分。通常光栅尺的四倍频电路与判向电路设计为一个整体 故又统称为四倍频及判向电路。能够实现四倍频的电路结构很多，但在应用中发现，由于某些四倍频电路的精度或稳定性不高,使传感器整体性能下降作者在分析几种常见四倍频电路的基础上，针对不同的应用，设计了这种四倍频电路。图3.7 位置检测电路四细分与辨向模块逻辑电路如图3.7所示，采用10MB晶振产生全局时钟CLK，假设信号A超前于B时代表指示光栅朝某一方向移动，A滞后于B时表示光栅的反方向移动。A，B信号分别经第一级D触发器后变为A，B信号，再经过第二级D触发器后变为A，B信号。D触发器对信号进行整形，消除了输入信号中的尖脉冲影响，在后续倍频电路中不再使用原始信号A，B，因而提高了系统的抗干扰性能。在四倍频辨向电路中，采用组合时序逻辑器件对AA，BB信号进行逻辑组合得到两路输出脉冲：当A超前于B时，ADD为加计数脉冲，MIMUS保持高电平；反之，当A滞后于B时，ADD保持高电平,MINUS为减计数脉冲光栅传感器输出两路相位相差为90的方波信号A和B.如图3.8所示，用A，B两相信号的脉冲数表示光栅走过的位移量，标志光栅分正向与反向移动。四倍频后的信号，经计数器计数后转化为相对位置。计数过程一般有两种实现方法：一是由微处理器内部定时计数器实现计数；二是由可逆计数器实现对正反向脉冲的计数。 图3.8光栅传感器输出示意图光栅信号A，B有以下关系：1.当光栅正向移动时，光栅输出的A相信号的相位超前B相90，则在一个周期内，两相信号共有4次相对变化：0010110100这样,如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次加计数,一个周期内共可实现4次加计数，从而实现正转状态的四倍频计数。2.当光栅反向移动时，光栅输出的A相信号的相位滞后于B相信号90，则一个周期内两相信号也有4次相对变化：0001111000。同理，如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次减计数，在一个周期内，共可实现4次减计数，实现反转状态的四倍频计数。综合上述分析，可以作出处理模块状态转换图(见图3.9)，其中“+”、“-”分别表示计数器加减1,“0”表示计数器不动作。图3.9处理模块状态转换图3.3.1 光栅式传感器 1.光栅式传感器的原理和特性光栅传感器的基本工作是利用光栅的莫尔条纹现象进行测量的，莫尔条纹通常是由两块光栅叠加形成的，在a-a 线上，两光栅栅线的透光部分与透光部分叠加，光线透过透光部分形成亮带；在b-b线上，两光栅透光部分分别另一光栅的不透光部分叠加，互相遮挡，光线透不过形成暗带，这种由光栅重叠形成的光学图案称为莫尔条纹。莫尔条纹有如下重要特性： （1） 运动对应关系 当主光栅向右移动一个栅距W1时，莫尔条纹向下移动一个条纹间距B ；如果主光栅1 向左移动，莫尔条纹则向上移动。光栅传感器在测量时，可以根据莫尔条纹的移动量和判定光栅的位移量和移动的方向。 （2） 位移放大作用 由于两光栅的夹角很小，若他们的光栅常数相等。设为W ，由上式可得：明显看出莫尔条纹有放大作用，其放大倍数为1/。所以尽管栅距很小，但莫尔条纹却清晰可见。2.光栅传感器光栅传感器的基本工作是利用光栅的莫尔条纹现象进行测量的。光栅传感器一般由光栅、标尺光栅、指示光栅、和光电器件组成。光电器件接收到的信号经电路处理后可得到两光栅的相对位移。光栅传感器比较常见的有透射式光栅传感器和反射式光栅传感器当指示光栅对标尺光栅移动时，便会产生大致按正弦规律分布的莫尔条纹，即光栅移动一个删距时，莫尔条纹会产生亮暗亮的完整周期的变化。通过硅光电池可以将光的强弱变化转换为电信号输出。将大小为10*10m的硅电池按莫尔条纹移动方向均匀地划分成四等分，成为四个小电池的间距就为莫尔条纹的1/4周期，当光栅相对移动时，莫尔条纹就在四个小电池上移动，获得相位移分别相差90的四个周期信号，对于这此输出的周亲信号，经过电子斤十时微 处理后可以得到脉冲信号。每一个脉冲信号分别和周期信号的零点相对应，即脉冲的周期对应于1/4莫尔条纹宽度，用计数器对这一系列脉冲信号进行计数，所以测出的位移可以读到1/4莫尔条纹宽度，从而提高了数字输出的分辨率，这种提高了分辨率的方法称谓“细分”。当指示光栅右移时，11，2，3和4依次超前90，如指示光栅左移动时，即莫尔条纹反向变化，1，2，3，和4依次滞后90。3.3.2 可编程定时/计数器82533.3.2.1 8253的主要功能及引脚定义 （1）每片上有3个独立的16位的计数器通道。 （2）对于每个计数器，都可以单独作为定时器或计数器使用，并且都可以按照二进制或十进制来计数。 （3）每个通道都有6种工作方式，都可以通过程序设置或改变。 （4）每个计数器的速率可高达2MHz，最高的计数时钟频率为2.6MHz。 （5）所有的输入输出频率都是TTL电平，便于与外围接口电路相连接。 （6）单一的+5V电源。 8253引脚信号定义 3.3.2.2 8253引脚信号定义 D7D0 双向，8位三态数据线。 CLK0CLK2 计数器0、1、2的时钟输入， 高电平有效。 OUT0OUT2 计数器0、1、2的输出。 GATE0GATE2 计数器0、1、2的门控输入。 CS# 输入，片选信号。 RD# 输入，读信号。 WR# 输入，写信号。 A1、A0 输入，2位地址选择。3.4 系统主电路的设计系统的主电路主要是由芯片 CH250 和步进电机组成，步进电机在驱动脉冲的作用下，实现其功能，CH250输出双三拍，单六拍等脉冲信号，供不同性能步进电机驱动需要，适当施加有关引出端的电平，可控制步进电机正转和反转。当CPU给定CH250以驱动信号，CH250将信号分配给电机驱动电路，如是A，经三极管功率放大器将功率放大接着电流传到转子的绕组上。二极管作用是续流，保护三极管。CH250输出电流不到1MA，所以需要配功率放大器（三极管）才能使步进电机启动。上拉电阻的作用是限流和加大输出的驱动功能，如果TTL的输出最低高电平低于CMOS最低高电平时，提高输出高电平值。根据前文提到的步进电机和CH250的工作特性，设计了以下的主电路。如图3.10所示图3.10 电路主电路的设计3.4.1步进电机的工作方式步进电机是一种将电脉冲信号转换成响应的角位移的特种电机，他有定子和转子，定子磁极上也有励磁线圈绕组，在绕组通电时步进电机的转子有定位和步进转动两种基本状态；当励磁脉冲电压加在相同的绕组上时，转子处于定位状态；当励磁脉冲电压按照绕组通点次序作响应的步进转动，每改变一次通电状态，步进电机转子就转动一步。转子每转一步所对应的角位移称为步矩角。在定子上有沿圆周分布的A，B，C三对定子磁极，磁极上有定子绕组：在转子上沿圆周均匀分布着四个凸起的无绕组磁极。当以一定的次序对A，B，C三相钉子磁励绕组轮流通以励磁电流时A，B，C三队定子磁极将轮流产生磁场因而吸引转移磁极，产生转矩，使转子沿一个方向转动，改变定子励磁绕组的通电顺序，则转子的转动方向随之改变。步进电机的结构确定后，其转子步矩角，旋转向，以及运行性能与定子励磁绕组的通电方式有关，对于三相电机，其定子励磁绕组的通电方式有单三拍，双三拍，三相六拍三种，下边主要介绍三相六拍的工作方式。三相六拍工作方式是指定钉子三相绕组一个循环中通电六次，当定子绕组按AABBBCCCAA的顺序通电时，转子将沿顺时针方向转动，转子产生的角位移为1/6齿矩，仅是单三拍和双三拍工作方式的一半，三相六拍工作方式下，三相步进电机的步矩角可按下式进行计算。 =360/2（MZ）式中 M 相数 Z 转子的齿数转子的表面也改为齿状结构时，齿矩角将相应的减小，如转子齿数为80的三相步进电机，工作于六拍方式时，其步矩角为0.75。三相步进电机采用三相六拍方式时，其桅顶性比单三拍方式好，步矩角也只有单三拍和双三拍工作方式的一半，因此三相步进电机常采用三相六拍的工作方式。3.4.2 步进电机的驱动步进电机的驱动主要包括控制脉冲的分配和脉冲信号的功率放大两方面的工作。1. 控制脉冲的分配就是根据步进电机的工作方式，使控制脉冲信号正确的分配到步进电机定子各相励磁绕组，以实现通电状态的转换。对于三相步进电机，当采用三相六拍方式工作时，其A，B，C三相定子绕组的通电状态如下表3.11所示：表3.11定子绕组通电状态表控制脉冲数绕 组通 电状 态 状态字 A B C 0 0 1 1 F B H 1 0 01F 9 H 2 101F D H 3 100F C H 4 1 10F E H 5 0 10F A H 6 011F B H2.在硬件系统中，实现上述功能的步进电机脉冲分配器CH250介绍如下：(1) 特点和用途步进电机在驱动脉冲的作用下，实现其功能，CH250输出双三拍，单六拍等脉冲信号，供不同性能步进电机驱动需要，适当施加有关引出端的电平，可控制步进电机正转和反转。CH250输出电流不到1MA,所以需配接功率放大器才能使步进电机启动(2) CH250引出端功能图。如图3.12所示VDDI3rI3l AR3J6rJ6l BR6CPEN C Vss J3r ：双三拍正转J3l ：双三拍反转J6r ：三相六拍正转J6l ：三相六拍反转图3.12 CH250引脚功能图(3) 电参数 CH250驱动电流为0.31MA，工作频率为0.52MHZ，实际应用时，对CH250的工作频率无过高要求。(4) 工作原理R6和R3复位端，当R3为“1”时，三拍工作状态复零；当R6为“1”时，六拍工作状态复零。CP为时钟脉冲信号输出端，EN为信号的允许端，当EN为“1”时，从CP端输入的时钟脉冲上升沿使D触发器翻转：当CP端为“0”时，从EN端输出的时钟脉冲下降沿使D触发器翻转。步进电机的转动速度取决于时钟脉冲频率，频率越高，电机转速也越高。但步进电机转速过高会产生失步现象，使用时需考虑电机的相关极限参数。如表3.13所示表3.13 CH250真值表CPENJ3rJ3LJ6rJ6L 功 能 111100CP1111EN100010J3r010001J3L001000J6r000100J6L双三拍正转双三拍反转单六拍正转单六拍反转双三拍正转双三拍反转功 能0000001001单六拍正转单六拍反转第四章 系统输出及输入装置4.1 系统显示电路的设计 在本次设计中，设计了用8279做驱动的显示电路，键盘采用了4*8键盘，设计图如4.1所示。图4.1 系统显示电路4.1.1 可编程8279键盘/显示器接口8279是一种管理键盘和LED显示器的专用可编程控制芯片。它能对8位共阴极LED显示器或64个LED发光管进行管理和驱动，同时能对多达8又8的键盘矩阵的按键情况进行监视，具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能，从而可以提高CPU工作的效率。因此，在微型控制器、智能仪表、控制面板和家用电器等领域中日益获得广泛的应用。对于实时测控系统，应尽量减少键盘和显示器管理占用CPU的工作时间，使CPU能以更高的速度运算和控制，InteL的8279就是为此而设计的通用大规模继承电路，可与任何型号的8位微处理器配置使用。 8279的功能由键盘和显示两部分组成，即键盘和显示器扫描信号的发生，以及键盘输入数据的子处理和动态显示的数据更新，均由8279独立完成。 4.1.2 8279 引脚功能它有40个引脚采用双列直插式封装。D0D7：双向数据总线，用于在CPU和8279之间传送命令、数据和状态。CLK：时钟输入线，用于产生内部定时。RESET：复位输入线。该引脚输入一个高电平将复位8279，复位后置为下列方式：16位显示左边输入；编码扫描键盘，双键封锁；时钟系数为31。：片选信号。低电平有效。A0：缓冲器地址输入线。高电平时数据线上传送的时命令或状态信息。低电平时数据线上传送的时数据信息。：读有效输入线。低电平有效。读有效时内缓冲器数据读出，送外部数据总线。：写有效输入线，低电平有效。写有效时缓冲器接收到外部数据总线上的数据。IRQ：中断请求输出线，高电平有效。在键盘工作方式中，FIFO先进先出RAM中有键输入时，IRQ上升为高电平，向CPU 请求中断。CPU每次读出FIFORAM中的数据时，IRQ变为低电平，若RAM中还有数据，IRQ在读出后又返回高电平，直至FIFO中的数据被读光，IRQ才保持低电平。在传感器方式中，每当检测到传感器信号变化时，IRQ上升为高电平。SL0SL3：扫描输出线，用以对键盘/传感器矩阵和显示器进行扫描。RL0RL7：回送线。键盘/传感器矩阵的行或列数据输入线。这些输入线内部又拉高电平，使之保持为高电平。也可以由外部开关拉成低电平，在选通工作方式中，RL0RL7可作为8位数据输入线。SHIFT：换档输入线。在键扫描中和键的位置信息和换档输入线的状态一起存入FIFORAM中，使键盘上的每一个键可定义为上下两档功能。SHIFT线内部也由 上拉电路，使之保持高电平，也可以被外部开关拉成低电平。CNTL/STB：控制/选通输入线。在键盘方式中，作为控制输入线，它的状态和键输入信息一起存储到FIFORAM中，在选通输入方式中，作为数据送入FIFORAM的选通输入线。CNTL/STB线内也由拉高电路，使之保持高电平，也可被外部开关拉成低电平。OUTA0OUTA3：四位输入口。OUTB0OUTB3：四位输入口。这两个断口是16*4显示器更新积存器的输入端，输出的数据与扫描线上的信号同步，用于多位显示器显示。这两个端口也可以合并为一个8位的输出口，OUTB0OUTB3为低四位，OUTA0OUTA3为高四位。：显示消隐输出线，低电平有效。该输出线在数字切换显示或使用熄灭命令时，将显示熄灭。VCC：电源为+5V。VSS：接地。4.1.3 8279结构说明 1.I/O控制和数据缓冲器：利用/CS、A0、/RD、/WR等信号，控制读写的数据。2.控制寄存器、定时寄存器和定时控制：这些寄存器储存键盘模式、显示模式，可由程序设置其操作方式。定时控制包括定时计数器，第1个计数器为除以N的分频器，可由程序设置，分频值为231。3.扫描计数器：（1） 编码（ENCODE）扫描模式，为二进码输出，必须外接译码器（74154，4028，74138等），译码为单一LO或HI，然后送至键盘及显示器。（2） 译码扫描模式，已经内部译码为单一LO，只能接4个显示器。4.返回缓冲器：（1） 键盘扫描模式：当设定键盘扫描模式时，从SL0SL3送出的扫描信号，将会去扫描键盘，如有按键被按时，它会等待10ms，然后再检查该按键，将此键码（含CTRL、SHIFT）存入FIFO RAM内。（2） 传感器模式：当设定为传感器模式时，存入FIFO RAM的值，完全按扫描的输出码。如有传感元件被触发时，在8279内部的FIFO RAM中都有一个位与之相对应。（3）激发输入模式：当CNTR/STB输入一个上升沿触发时，返回线上的数据码将被子反相后存入FIFO RAM，并由IRQ发出中断信号。 5.FIFO（先进先出）/SENSOR RAM及状态码：为88位的RAM。当8279被设置为键盘扫描模式或激发输入模式时，FIFO RAM最先被存入，也最先被子提出来，而状态码可检测FIFO RAM是空的还是满的，或发生错误，可读取状态码来判断（/RD=0，/CS=0，A0=1）。当FIFO RAM不是空的，IRQ会发出一个HI做中断请求。当设置为SENSOR模式时，存放在FIFO内的数据与外部SENSOR矩阵相对应，只要SENSOR矩阵（64个）中有任何一个变动，IRQ都会由LO转为HI，发出中断请求。6.显示地址寄存器及显示器RAM：显示地址寄存器，决定CPU读写哪一个显示器RAM的字节，可由程序设置，且读/写方式可以是自动边疆或是单一方式。显示器RAM（168位）在设置好模式及地址后，CPU可直接读取。显示器RAM的数据码送出显示时，分为两部分高4位由OUTA送出，低4位由OUTB送出，也可单独送出，可以利用程序设置。7.8279指令码CPU写入指令码至8279时，将指令码置于8279的DB0DB7上，当/CS=0，A0=0、/WR=0变为1时，置于DB0DB7的指令码将被载入8279内。（1）命令0 ：键盘/显示模式设定（2）命令1：分频值设定P4P0=231，如所设定的分频值，使内部工作频率为100KHZ时，则可得到较好的扫描及消除抖动时间。当8279复位后，其分频值为31。 （3）命令2:读取FIFO/SENSOR RAMAI：AI=1时，RAM地址动加1。A2A0：RAM起始地址。 （4）命令3:读取显示RAMAI：AI=1时，RAM地址自动加1。A3A0：RAM起始地址，由SL3SL0送出。（5）命令4:写入显示RAMAI：AI=1时，RAM地址自动加1。A3A0：RAM起始地址，由SL3SL0送出。（6）命令5:显示写入禁止/消隐8279显示RAM为168位，高4位由OUTA送出，低4位由OUTB送出。（7）命令6:清除 CD：清除显示器RAM CF：清除FIFO RAM。CF=1时，清除FIFO RAM，即复位IRQ为LO。CA：CA=1时，清除全部显示器RAM及FIFO RAM。（8）命令7:中断结束/错误模式设定传感器矩阵模式：E=1则令IRQ=LO，当传感器矩阵有任一变化，IRQ转为HI。键盘扫描模式：设为N键依次读出模式时，则将运行在特殊错误模式下。第五章 系统软件设计根据CH250，控制电路的主要作用是产生一个可变频率的连续方波，这个连续方波的频率与步距角为1.5的三相六拍步进转速n的关系为： N=1/4f(rpm)所以步进电机的转速是受到这个方波频率的控制，方波的频率改变了，步进电机的连速也就改变了。在单片机控制系统中，如果用8031的输出口直接产生方波，显然CPU占用时间过多，特别是在多台步进机分别高速运行时更为不利。本次采用的方法不是直接由8031单片机控制下，在接口芯片8155的TIMER OUT端自动产生一个连续方波信号。8155是一种功能很强的并行接口芯片，他将有一个14位减法计数器，这个计数器有四种工作方式：1.单次方波2.连续方波3.单次脉冲4.连续脉冲这四种工作方式是由8031通过软件来控制选择的。如果选择了方式2即连续方波方式。则只要在计数的输入端TIME IN端输入一个固定频率的脉冲，给计数器的输出端TIMER OUT端得到一个连续方波，这个连续方波的频率f。仅与脉冲f1，以及计数长度L有关，其关系为：f。=f1/L。由于这个连续方波是靠8155计数器自动恢复计数长度而自动产生的，因此基本不占有CPU时间，CPU在这里所起的作用，仅仅是传送数据，改变计数器的计数长度；由于在一般单片机控制系统中，均选用8155作为接口芯片，因此采用上述方法产生连续方波信号，除利用了8255中的计数器外，基本已不需要增加其它电路，1片8155可控制1台步进电机。控制步进电机转动可分为二步进行，第一步是写入8155的控制字，将8155中的计数器设为启动状态；第二步是根据步进电机所需转速计算出计数长度，将计数器的工作方式选择为连续方波方式。总流程图报警程序Y系统上电复位系统初始化工作状态选择编辑？空运行?自动？手动？回零？对刀？编辑处理空运行处理手动处理回零处理对刀处理调入零件程序对零件程序进行编码查阅键盘启动并运行差补控制程序启动键按下否差补程序执行完YYYYYYYNNNNNNNN 键处理子程序流程图 ：键处理选读FIFO命令给8279从FIFO中读取键值放A中根据A值进入某键入口中断返回显示子程序流程图：显示送写显示RAM命令至8279显缓区指针R0 置初值显缓区长度R7置初值取显示数据转换为段数据写入8279；显示RAM指针R0 加1返回R7-1=0?YN-X向直线闭环调节确定运动方向速度行程 Nx 行程电机沿-X向输出一步延时，采样，得-X向移动量负修改行程Nx Nx+正-负返回Nx?NY闭环调节子程序程序：第一象限直线差补运算程序流程图： 开始取线性代码（LCD）判其它线型+Y进给+X进给置偏差初值（FM=0）停止判线型是L1?FM0?=0?FM FM-YeFM FM+XeI -1NNYYNY总 结 本设计对电火花线切割机电气系统进行了初步的论证和设计，完成了硬件设计，软件设计，基本上满足了任务书上的可编程实现各种形状工件的加工，并具有自动显示加工状态以及故障处理功能。 通过本次毕业设计，我对单片机和线切割机有了更加深刻的研究，在作毕业设计的过程中，我精心查阅可很多关于线切割方面的资料，借鉴了很多与本方案有关的设计，并从中构想出了一套适合本次设计要求的系统，致使我的诗集逐步成型。在这个过程中我了解到了更加多的元器件，并仔细的研究了控制方法，并利用Protel DXP软件绘制了电路原理图和单片机的外部接口电路图，在这些研究的过程中，我学会了一个系统由构想到实际产品经理的整个过程，以及设计电路等很多实际的工作，充分体会到了理论和实践相结合的乐趣。本次毕业设计是采用单片机控制步进电机的驱动系统，但随着现代电子技术的飞速发展，集成芯片已经占据了工业自动化的重要位置，所以对于步进电机的控制系统也可以选用集成芯片，这样可以使电路更加的简化。 对于以后的数控系统将会向着更智能化，更简单化的方向发展，为了提高工作效率，人类将用最无穷的智慧创造未来的数控技术。致 谢在本次毕业设计中，我从指导教师白文峰老师身上学到了很多东西，白老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我受益匪浅。他无论是在理论还是在实践中都给了我很大的帮助，使我得到了很大的提高，这对于我以后的工作和学习都是巨大的帮助。非常感谢白老师的耐心辅导。另外在整个设计的过程中，我们系里的其他老师也给我很大的帮助，提出了许多需要改进的地方，帮我解决了不少的难点，使毕业设计及时地完成，在这里我表示非常的感谢参 考 文 献1 王树勋. MSC-51单片微型计算机原理于开发. 北京机械工业出版社. 2006，32 常健生.检测与转换技术 . 北京机械工业出版社. 2007，13 李华 . MCS-51系列单片机应用接口技术. 北京航空航天大学出版社4 胡汉 . 单片机原理及接口技术. 北京清华大学出版社. 2008，35 陈伯时. 电力拖动自动控制系统. 北京机械工业出版社6 王鉴光 .电力控制系统 . 北京机械工业出版社7 何立民 .单片机应用系统设计. 北京航空航天大学出版社8 李标荣、张绪礼. 电子传感器. 北京国防工业出版社9 付萍 . 智能仪器. 吉林科学技术出版社10 余加春 . 99 SE 电路设计实用教程 . 中国铁道出版社 11 李广第 . 单片机基础 . 北京航空航天大学出版社 12 胡汉才 . 单片机原理及其接口技术. 清华大学出版社13 徐爱钧,彭秀华 . 单片机高级语言C51应用程序设计.电子工业出版社14 付家才. 电机工程实践技术 . 化学工业出版社15 李于凡 王定中. 电路分析. 华南理工大学出版社16 刘祖京 . 实用接口技术. 北京工业大学出版社17 电子文摘 . 基于单片机的单相电动机调速方法及其实现 2007 918 清华大学 . 模拟电子技术基础. 高等教育出版社19 全国数控培训网络中心. 数控机床. 机械工业出版社20基于工控机控制的轮对数控车床检测装置.工业控制计算机 2006，321 模块化设计书空机床结构运动仿真系统的建模.电子文摘，2008，322 John Morton .AVR : An Introductory Course.200523 CHV100变频器在数控机床上的应用. 工业月刊，2008，324 控制系统电路抗干嵌入式扰设计研究. 电子工程专辑.2007，1125 三相混合式多细分步进电机驱动器. 中国自动化网.2006，926 prominences on the sun .200327 张德江等.计算机控制系统.机械工业出版社28 赵玉刚等.传感器基础. 中国林业出版社29 智能控制.中国林业出版社30 彭鸿才等.电机原理及拖动（第2版）. 机械工业出版社31 幻明兴祖.数控机床与系统.北京:中国人民大学出版社，2000附录I：程序清单ORG 0000HAJMP MAINORG 000BH MAIN： DISM0 DATA 78HDISM1 DATA 79HDISM2 DATA 7AHDISM3 DATA 7BHDISM4 DATA 7CHDISM5 DATA 7DHMOV SP， #50H ；50H送SPCLR 5EH ；清本次越限标志CLR 5FH ；清上次越限标志CLR A ；清累加器AMOV 2FH， A MOV 30H， A MOV 3BH， A MOV 3CH， A MOV 3DH， AMOV 3EH， AMOV 44H， A ；清暂存单元MOV DISM0， AMOV DISM1， A MOV DISM2， AMOV DISM3， AMOV DISM4， AMOV DISM5， A ；清显示缓冲区MOV TH0， #3CH ；To赋初值SETB TR0 ；启动To工作SETB ET0 ；允许To中断SETB EA ；开CPU中断LOOP： ACALL DISPLY ；调显示程序 AJMP LOOP ； 等待中断 ACALL LHY中断子程序PUSH ACC ；保护现场PUSH DPLPUSH DPHMOV R7，A ；累加器送寄存器R7CJNE R7，#0AH，LOOP3 ；累加器计算10次MOV R6，A ；累加器送寄存器R6CJNE R6，#48H，LOOP2 ；累加器计算60次ACALL ZH1 ；调水位采样子程序ACALL FILTER ；调滤波子程序ACALL ALARM ；调报警子程序ACALL PID ； 调PID运算AJMP LOOP1LOOP1： ACALL PID ；调PID运算MOV R0，#0FEH MOVX R0，AJAMP LOOP3LOOP2： ACALL ZH2 ；调流量采样子程序ACALL FILTER ；调滤波子程序JAMP LOOP1LOOP3： MOV TL0，#0B0H ；重装时间常数 MOV TH0，#3CHPOP DPH ；恢复现场POP DPL POP ACCRET显示子程序采用6位LED显示，32个按键，键盘采用查询方式读出。LED的段选码放在AT89C51片内存储器RAM30H-37H； AT89C55的晶振为12MHz。程序如下：START： MOV DPTR，#7FFFH ；指向命令/状态口地址 MOV A，#0D1H ；清除显示RAM命令 MOVX DPTR，A WAIT： MOVX A，DPTR ；读入状态字 JB ACC7，WAIT ；清除等待 MOV A，#2AH ；程序时钟分频 MOVX DPTR，A MOV A，#00H ；键盘、显示命令 MOVX DPTR，A MOV R0，#30H ；段选码存放单元首地址 MOV R7，#04H ；显示4位 MOV A，#90H ；写显示RAM命令 MOVX DPTR，A MOV DPTR，#7FFEH ；指向数据口地址LOOP1： MOV A，R0 ；向显示RAM中写入显示段码 MOVX DPTR，A INC R0 DJNZ R7，LOOP1 MOV R0，#40H ；键值存放单元首地址 MOV R7，#10HLOOP2： MOV DPTR，#7FFFH ；指向命令/状态口地址LOOP3： MOVX A，DPTR ；读状态字 ANL A，#0FH ；取状态字低4位 JZ LOOP3 ；FIFO中无键值等待输入 MOV A，#40H ；读FIFO RAM命令 MOVX DPTR，A MOV DPTR，#7FFEH ；指向数据口地址 MOVX A，DPTR ANL A，#3FH ；屏蔽CNTL，SHIFT位 MOV R0，A ；键值存入40H-4FH INC R0 DJNZ R7，LOOP2HERE： SJMP HERE ；键值读完等待报警子程序：ALARM： MOV A，42H ；上限存累加器 CLR C SUBB A，2AH ；与采样值相减 JC HY ；有借位跳转 MOV A，43H ；下限存累加器 CLR C SUBB A，2AH ；与采样值相减 JNC HY ；无借位跳转HY ： SETB PB7 ；PB7置低 RETPID子程序：PID： MOV R5，31H ； 取wMOV R4，32H MOV R3，2AH ；取yiMOV R2，2BHACALL CPL1 ；取yi的补码ACALL DSUM ；计算ei=w-yiMOV 39H，R7 ；存eiMOV 3AH，R6MOV R5，35H ；取IMOV R4，36HMOV R0，#4AH ；r0放乘积高位字节ACALL MULT1 ；计算pi=i*eiMOV R5，39H ；取eiMOV R4，3AHMOV R3，3BH ；取ei-1MOV R2，3CHACA
- 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。
川公网安备: 51019002004831号