自动涂胶机的设计

1、第一章 绪 论近年来，伴随着生产和技术的进展，机电一体化有了很大的进展,自动涂胶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,其结合面都需要涂胶，涂胶的精度对汽车的性能至关重要，自然对自动涂胶机提出了更高的要求。以往涂胶都是依靠工人的手工来完成，涂胶的效率极低，而且很难保证涂胶的均匀性和胶体的厚度。自动涂胶机既能保证涂胶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,自动涂胶机可以采纳框架式机器人或多自由度机器人来实现对结合面进行涂胶，

2、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胶的设备（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，增加其有用性和性价比。此机构采纳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(但一定考虑胶的流动)。,保证系统可靠性及涂胶精度的前提下降低造价,提高性能/价格比。本次设计的自动涂胶机硬件控制采纳的是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胶机的x向、y向、z向运动的数据量，来控制涂胶的

3、速度和均匀性。随着数控技术、机电行业的不断进展及对机器性能的高要求，自动涂胶机一定会有着更广泛的应用前景。第二章 自动涂胶机的总体结构设计一、 设计任务和内容设计一台自动涂胶机，对汽车密封圈进行自动涂胶，利用步进电机进行驱动控制，保证涂胶的范围、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、自动涂胶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，采纳汇编语言进行程序设计。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

4、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。由于涂胶属于轻载荷工作。对电机功率要求不是太高，所以采纳步进电机。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胶量问题，可通过改变x、y向运动速度调节也可单一z向运动调节，以保证涂胶均匀，此次设计采纳后者方式，原因是一个电机工作方式比较好控制。三、自动涂胶机总体方案的拟定 结构的详细说明：由于涂胶过程中存在

5、拐点涂胶量的控制，本设计采纳了在x.y向运动速度不改变的前提下，调整z向挤胶活塞速度的方式，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，来保证涂胶的厚度和均匀性。 z向是用来控制出胶的量的，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，可保证涂胶的厚度和均匀性。 通过改变z向丝杠螺母的转速，以保证z轴的升降速度，来达到涂胶的要求。由于x，y向运动要求平稳、准确，所以采纳了滚珠丝杠传动，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向采纳滚动导轨，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

6、纳齿轮系统进行变速，齿轮的结构紧凑、工作可靠、寿命长且传动比稳定。四、 自动涂胶机的主要技术参数1、每一工件涂胶时间：15s-20s2、胶型：东泰严氧平面密封胶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=3º y=3º z=1.5º7、步进电机电压： x向，y向用dc27v z向电机 用dc27v8、步进电机电流： 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

7、.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 0.8kg第三章 自动涂胶机机械部分设计一、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。因为胶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：涂胶机装置传递要求精度很高，为了使涂胶机的结构简洁，齿轮间隙的调整采纳偏心轴套进行消隙，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：二、 传动装置设计（一）、电机和连

8、轴器的选取1、z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： 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 步距角 电压 相电流 最大静转矩 最高空载启动频率 3 1.5/3 27 3 0.686 1800 转子转动惯量 质量 外径 长度 轴径 0.617×105kgm2 0.83 55 70 6 因为密封圈的密封性要求很高，每次出胶的量不是很多，所以挤胶力不是很大，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，挤胶的力度一般在1n25n之间，选用保持转距为0.686n&

9、#183;m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为了使其结构简洁且拆装便利，故采纳过盈配合套筒连轴器，采纳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一起，具体结构如图所示：2、x向电机的选取：中拖板和上拖版加上涂胶装置总重量<=50kg,则滚珠丝杠上的平均工作载荷为fm=490/3n取螺旋角偏大点，设=3.20则受力分析如下图： fm fn x 设周向分力为xn,则：x=fmtan=490/3tan3.20=9.13n(d0/2)x=30/210-39.13=0.

10、137n·m以上取值都是取最大可能值，实际值一定比0.137n·m小得多，为了安全起见，故选用70bf003型号，保持转距为0.784n·m的步进电机。3、y向电机的选取：y向电机的选取也需要满足扭矩的大小，以保证丝杠的正常运转。由于密封圈是圆形工件，可选用同一型号的电机就能满足涂胶的精度。且更有利于电路的控制，程序的编制也更加便利。（二）、滚珠丝杠及丝杠螺母的选取传动机构要满足传动精度的要求，还要满足高速、低噪声和可靠性。所以我选择了滚珠丝杠。因为滚珠丝杠具有传动效率高、运动具有可逆性、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长的特点。1、x向滚珠丝杠的选取：由设计的尺

11、寸和材质选取可计算出y向传动滚珠丝杠要带动重量为50×9.8=490n的重物做水平直线进给运动，则平均工作载荷fm=1/3mg=490/3n.丝杠工作长度l=150mm.平均转速nm=200r/min,使用寿命lh=15000h.丝杠材料为crwmn钢，滚道硬度为5862hrc传动精度要求：=±0.03 mm. （1） 则计算载荷fc：fc=kfkhkakm=1.2*1.0*1.1*500=660(n) kf载荷性质系数，取1.2介于无冲击，平稳运转和一般运转之间。 kh滚道实际硬度hrc>=58hrc取1.0。 ka精度等级 取1.1。（2） 额定动载荷计算值（ca

12、'） ca'=fc× 额定寿命 平均转速（3） 根据 ca' 选择滚珠丝杠副，假设选用fc1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，最终选用fc120052.5。 fc120052.5滚珠丝杠副数据为： 公称直径 d0=20mm 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

13、）稳定性验算1、临界载荷 fcr=²eia/(ul) ²=1.09×安全系数s=fcr/fm>s,丝杠是安全的，不会失稳。2、临界转速 ncr=9910×fc²d1/(ul) ²=r/min 所以丝杠不会共振。3、此外丝滚珠丝杠还受d0n值的限制 d0n=20×200=4000mmr/min<70000 mmr/min所以丝杠副工作稳定。（5）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

14、、y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、z向传动机构的选取由于z轴控制出胶的量的多少，且需要考虑忽然断电的情况，忽然断电需保证胶棒不漏胶所以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：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 整体式旋合圈数 n=h/p=45/4=11.25螺纹的工作高度： h=0.5p=0.54=2螺牙根部宽度 b=0.65p=0.65 工作比压p=f/0.0024mp自锁的验算：导程角所以丝杠螺母可以自锁。丝杠螺

15、母的效率计算：（三）、滚动导轨的选取1、x向导轨的选取（1）行程长度寿命ts ts=2lsn60th/1000=2×0.3×4×60×1.5×/ =1960km 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）计算动载荷ca=ffw³(ts/k)/mftfcfh=nf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 外形参数：a*h*l1=70*37*802、y向

16、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）、步进电机的选择与校核 1、电机的选取初选电机型号时应合理选用及i，并满足 b×l0/i×360<=p（1）、z向电机选择：步距角的确定b=360×p×i/l0=360×0.008×1/2=1.5° i=1初选电机型号 55bf003 各参数如下：相数 步距角 电压 相电流 最大静转矩 最高空载启动频率 3 1.5/3 27 3 0.686 1800 转子转动惯量 质量 外径 长度 轴径 0.617×105

17、kgm2 0.83 55 70 6 （2）、x、y向电机选择：步距角：b=360×p×i/l0=360×0.01×4/5=3° i=4 p=0.1初选电机型号 70bf003 各参数如下：相数 步距角 电压 相电流 最大静转矩 最高空载启动频率 3 1.5/3 27 3 0.784 1600质量 外径 长度 轴径1.2 70 65 82、电机的校核：1、z相电机校核：步进电机最大径转矩mjmax与步进电机的名义启动转矩mmq的关系即：mmq=mjmax=0.866×0.686=0.594 n/cm步进电机空载启动是指电机在没有外加工作

18、负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩可按下式计算： mkg= mka+ mkf+ m0mkg空载启动力矩 mka空载启动时部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩（n.cm）mkf空载时折算到电机轴上的摩擦力矩（n.cm）m0 由于丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩初选电机型号时应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩即：mkgmmq=mjmax =mkg/mjmax=0.866 （三相六拍）（1） 加速力矩mka=j=j×2××2×60t=0.617×0.1×2××1440

19、15;/60×2=0.0465(ncm)j 传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（kg.cm2） 电机最大角加速度（rad/s2）nmax 运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（r/min） t 运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（s） vmax运动部件最大快进速度（mm/min）p脉冲当量（mm/脉冲）b步进电机的步距角（2） 空载摩擦力矩：mkf=gf´l0/2i=30×0.1×0.2/2×0.8×1=0.119(ncm) g运动部件的总重力（n） f´导轨摩擦系数i齿数传动降速比传动系数总效率

20、。 取=0.7-0.85l0滚珠丝杠的基本导程（cm）（3） 附加摩擦力矩 m0=fyjl0(1-0²)/2i=100*0.2*(1-0.95²)/2*0.8*1=0.387(ncm) fyj滚珠丝杠预加载荷即预紧力 一般取fm的1/3 fm 为进给牵引力（n）为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取00.9所以mkgmmq 符合要求x向电机与y向电机的校核与z向基本相同，在这里只简洁的对其进行校核。mmq=mjmax=0.866×0.788=0.6824mkf= gf´l0/2i=200*0.1*0.3/2*0.8*4=0.2977(ncm) i =4m0

21、=fyjl0(1-0²)/2i=250×0.3×(1-0.95²)/2×0.8×4=0.3636(ncm)mmq=0.6824>mkf+m0=0.6613 符合设计要求（五）、涂胶弯臂的螺栓强度校核：1. 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。= d=12mm 完全可以符合要求。弯臂受到扭转力的作用，其扭矩为：（1）、截面形心： （2）、计算截面惯性矩：（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： 取=75mpa d=12mm完全可以满足设计要求。（六）、涂胶夹具的设计涂胶的中心线在每次装

22、夹时要求高度对心，这样才可以幸免因装卸胶棒时造成涂胶机起始位置的偏差，在本次设计中，采纳了双滑块开口v型槽式夹具来夹持胶棒，其特点是高度定心，夹持便利，拆装简洁，制造便利，具体结构如下图所示：（七）、变速齿轮的设计自动涂胶机要求传动效率高且传动比稳定，以保证涂胶的均匀性和稳定性。 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、传动齿轮传动系统的设计 自动涂胶机采纳一级传动齿轮变速，可增大传动的扭矩和平稳性传动比为i=720/200=3.6压力角=18º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=0.6小齿轮的齿宽 b=

23、dd1=0.6×24=14.4 mm模数：mt=d1/z=1.26mm 取m=1.5齿高：h=2.25×m=3.375mm2、几何尺寸的计算(1) 计算大、小齿轮分度圆直径：d1=z1×m=18×1.5=27mm d2=z2×m=65×1.5=97.5mm(2)计算中心距 a=（d1+d2）/2=62.25mm(3)计算齿轮宽度 b=dd1=0.6×27=16.2mm圆整后取b2=16mm b1=21mm第四章 硬件及接口电路的设计一、概述本次设计的自动涂胶机采纳mcs-51的典型产品8031进行控制，因为其体积小、功能强和

24、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，因此它一定外接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。采纳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1、8031引角说明：8031是无rom型的单片机，它一定外接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

25、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个单元具有格外用途，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

26、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口输出格外功能寄存器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，

27、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，同意只使用一个接到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同意脉冲。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。然而一定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一定接地从同意从外部程序存贮器0000到ffffh取指

28、。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。mcs-51单片机为40脚双列直线式结构，其引脚排列如下：2、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，故同意二者的地址重复，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纳相同的操作指令，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

29、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） 采纳线选法而不用地址片选译码。3、i/o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。

30、“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：（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，幸免丢失数据。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

31、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幸免，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规律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，接口电路还一定提供寄存器的“空”或“满”，外设的“忙”或“闲”等状态信号。（5）、中断治理功能当外设需要准时得到cpu的服务，例如，在出现故障而要求cu进行刻不容缓

32、的处理时，就应在接口中设置中断控制规律，由它完成向cpu提出中断恳求，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

33、八位并行口，即p0p3。对于8031来说，由于无片内rom，一定在外部扩展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。intel8155/8255cpu是为8031cpu设计的通用i/o接口。4、8255a的外部引线与内部结构 （如图）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

34、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。（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。cpu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与芯片的联络。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8255

35、a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，并且屏蔽中断恳求；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(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

36、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。(4)读/写和控制规律：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、8279芯片的接口引线图为该芯片的引脚图。40个引脚除

37、+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。低电平同意对芯片的读、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

38、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 sl0sl

39、3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。下图是用8279作8031的键盘/显示器接口的规律图。 在图中的数码管u11u18是共阳型的led数码管。8279的db0

40、db7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采纳线选方式，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

41、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64×4=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sl2sl

42、0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的状态改变是该键的行码，而rl0rl7的状态是该键的列码。随着ls2sl0的状态改变，74ls138的输出线y0y7也依次逐个的变低，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抖动，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

43、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：三、驱动电路的设计（一）、 概论脉冲输入时，将脉冲安排给各组绕组，因其功率很小，电压幅度不足5v，电流为ma级，一定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。本系统采纳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

44、不可能提供步进电机需要的输出功率，因此一定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：驱动电路8255a安排系统mcs-51步进电机步进电机系统主框图（二）、驱动电路的设计及说明步进电机的控制系统和安排系统中采纳汇编语言来实现的，所以采纳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1、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

45、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初级电流临时恒定，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，由于采纳高低压驱动，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，采纳四个三极管，线路比较简洁，工作稳定有用性强，它具有以下特点：

46、a 本回路采纳两种电源供电80v12vb 驱动电路采纳了三级放大，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、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 7805 a b 4700m 3k +5v 0.33m 0.1m 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

47、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采纳极性电容器，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：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、控制面板本次设计所采纳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：（二）、控制面板图如下：第五章、自动涂胶机执行程序设计（一）、涂胶轨迹的确定密封圈涂胶轨迹如图所示：（二）、涂胶的程序框图如下：框图的说明：涂胶过程中，需要保证胶棒内有足够的胶为下一工件能够涂完为止，所以设计了胶棒内胶量不足的报警子程序。每一工件涂完胶后提醒工人换件，这样就可以节省不必要的时间，提高了劳动生产率。详细图见图纸第六章 结论1、此次设计的涂胶机体积小