机电一体化液压伺服系统设计

1、液压伺服系统设计专业：机电技术学年：学生名称：导师：摘要机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是发展逐渐完善的新兴边缘学科。 机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能和构成、生产方式和管理系统发生了巨大变化的工业生产进入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。本设计中提到的微机数控机床是一种利用单片机或单片机对机床的运动轨迹进行数控，对机床辅助功能的动作进行编程控制的自动机械加工设备。 使用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能有效地提高中小批量零件的加工生产率。 另外，微机具有价格低、体积小、性能可靠、灵活等特点，微机数控机床的一次投资比全功能数控机

2、床节省得多，且一般工人容易掌握操作和维护。 因此，将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。 本设计中使用的步进电机是将数字信号直接变换成角位移或线性位移的控制驱动元件57348，具有快速启动和停止特征。 其驱动速度和指令脉冲具有可严格同步的高重复定位精度，可正反转和顺利调节速度。 其运行速度和步长距离不受电源电压变动和负载的影响，因此广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。目录摘要1第一章整体方案设计21.1整体分析21.2方案框图图2第二章单元模块设计22.1键盘和显示模块22.1.1模块的工作原理32.1.2芯片CH452介绍32.1.3芯片CH452的特征42.1.

3、4显示驱动原理52.1.5键盘扫描原理62.2单片机控制单元72.2.1控制原理72.2.2光电耦合电路82.2.3芯片介绍92.3串行通信模块122.3.1 RS232通信协议122.3.2串行通信电路13第三章电机和电气控制电路设计143.1步进电机模块143.1.1步进电机的工作原理143.1.2步进电机的频率特性163.2交流电机的正反转控制原理173.3交流电机的星-三角形启动193.4电气部件介绍20总结22感谢23参考文献24第一章整体方案设计1.1整体分析本次设计实现了一、二坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计。 设计使用单片机控制系统，包括单片机键盘和显示的控制、与PC的

4、串行通信、电机输入输出信号的控制。 电机的输入信号中包含警报监视，可以通过使用接近机床边缘的开关来实现。1.2方案框图单片机作为控制的核心，在控制机床的运动方向和位移量的同时，在LED上显示与键盘对应的位移信息，实现与PC的通信。第二章单元模块设计2.1键盘和显示模块随着电子和计算机技术的迅速发展，出现了很多智能芯片，英特尔、ATMEL、MICROCHIP、MOTOROLA和PHILPS等公司发表了满足各种行业需求的单片机， CPU的价格从90年代初的数百元到现在最便宜的芯片只有几元，一些功能越来越强，被灵活方便的智能芯片所取代。 我们使用ATMEL公司制造的89C2051设计了键盘LED显示

5、模块，虽然在功能上比传统的键盘显示接口芯片82C79优秀，但是成本只有后者的1/3。 AT89C2051概述，AT89C2051属于MCS51家族，与众所周知的8031单片机相比，I/O端口减少到15个，其他配置和性能不减少，指令完全兼容，片内2K字节的fl 其中的P3.0和P3.1端口的第二个功能可以用作串行端口，P1端口可以直接驱动LED显示器，其中P1.0和P1.1可以是比较器的输入端口。 2模块原理模块的概念图如图1所示。 键盘显示模块可以外接48=32键、8位LED显示屏(最多可扩展到16位)，并通过串行端口与主设备进行数据通信。 以下分别进行介绍。2.1.1模块的工作原理该单元模块

6、电路的功能是通过微机的编程，在8个LED上显示当前的键信息，用芯片CH452驱动数字代码，扫描键盘。图3.1显示了一个8位LED动态显示电路。 如果同时，各位的选择线全部接通，则8位的LED显示相同的字符。 为了使各LED能够同时显示与主页对应的显示文字，需要采用动态显示方式。只打开某一时刻的位的位选择线。其他各位的位选择线关闭，另外，在分段线上，显示在对应的位上的文字分段科像这样在同一时间8位的LED中，只有闸门显示文字，另一个消失了。 同样的。在下一瞬间只打开下一个位选择线，输出在分段线上显示的字符的分段代码。在同一时间只显示门位相应的字符，其他的位熄灭。 这样重复进行，能够使两人分别显示

7、所显示的文字。这些文字在不同的时刻出现，但是在同一时刻只有一个人的显示，其他人熄灭了，但是只要LED显示器的残光和人眼的视觉暂时保留的各显示间隔的时间足够短，就具有同时显示多个位明亮的幻想的效果。键盘的扫描原理与数字代码管的扫描显示原理类似，说明了把矩阵键盘的某行或某列设为1，分别判断换行或该列信号是否高，然后按下了两坐标交点的按钮。2.1.2芯片CH452的介绍CH452是数字码管理显示器驱动和键盘扫描控制芯片。 CH452内置时钟振荡电路，可以动态驱动8位的数字代码管和64位的LED，在具有BCD解码、闪烁、移位、段位地址、柱状图解码等功能的同时，还可以进行64键的键盘扫描， CH452可

8、以通过可级联的4线串行接口或2线串行接口与单片计算机等交换数据，并向单片机提供上电复位信号。图3.2 CH452的工作原理2.1.3芯片CH452的特征1 .显示驱动内置电流驱动级电流在15mA以上，字电流在80mA以上。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓动态显示扫描控制直接驱动8位数字编码管、64位发光管LED或64段光柱。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓可选的数字代码管段不解码与数据位对应的方式或BCD解码方式。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓BCD代码支持显示特殊字符的自定义BCD代码。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓数码管的字数据向左移动、向右移动、左循环、右循环。 各数码管的数字独立闪烁控制可以选择两种闪烁速

9、度。 任意段位地址独立地控制各LED或各数字码管的各段的点亮和熄灭。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓64段柱状图被解码，用64个LED组成的柱状图显示柱状图的值。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓扫描极限控制对应18个数字码管，仅对有效的数字码管分配扫描时间。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓因为可以选择字驱动输出的极性，所以容易向外部扩展驱动电压和电流。2、键盘控制内置64键键盘控制器，基于88个矩阵的键盘扫描。 内置键状态输入的下拉电阻内置了抖动去除电路。 键盘中断可以选择低电平的有效输出或低电平的脉冲输出。提供键释放标志位，允许按下和释放查询键。 支持密钥唤醒，并且处于低功耗状态的CH452是部分密钥唤醒支持

10、的。3、外部接口同一芯片，可以选择高速的4线串行接口或经济的2线串行接口。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓4线串行接口支持多个芯片，支持时钟速度为2MHz的CH451芯片。4线串行接口、din和DCLK信号线可以与其他接口电路共享，可以节约端子。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓两线串行接口支持两个CH452芯片的并联连接，并在ADDR端子电平设定各自的地址。双线串行接口，时钟速度从500Hz到200KHz，支持双线I2C总线，节省端子。内置上电复位能够向单片机提供高电平的有效和低电平的有效复位输出。四、其他因为内置了时钟振荡电路，所以不需要从外部供给时钟和外部振荡部件，噪音更强。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓支持低功

11、耗睡眠，节省功耗，可以用按键唤醒或用命令唤醒。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓可以选择两种封装，SOP28、DIP24S端子与CH451芯片兼容。 喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓被认可的专利技术，成本低且容易使用。2.1.4显示驱动原理CH452对数字软线管和发光管采用动态扫描驱动，顺序是从DIG0到DIG7，一条导线吸入电流时，另一条导线不吸入电流。 CH452内部具有电流驱动单元，能够直接驱动从0.5英寸到1英寸的共阴数字代码段，驱动引脚SEG6 SEG0在数字代码段的g段、a段驱动引脚SEG7上，与数字代码段的小数点对应CH452支持扫描极限控制，仅向有效的数字代码管分配扫描时间。 如果将扫描界限设

12、置为1，则唯一的数字代码管理DIG0得到所有动态驱动时间，如果将与静态驱动同等的扫描界限设置为8，则有8个数字代码管理DIG7。 当DIG0分别得到1/8的动态驱动时间的扫描界限被设定为4时，四个数字代码管DIG3 DIG0分别得到1/4的动态驱动时间，在这种情况下，因为各数字代码管的平均驱动电流比扫描界限被设定为8时成为2倍，所以将扫描界限设定为在CH452的内部有8位数据寄存器，为了存储8字数据，CH452所驱动的8个数字管或者每8组分别与8个发光二极管对应。 CH452支持数据寄存器中的字数据的左移位、右移位、左循环和右循环，并且还支持各数字码管的独立闪烁控制，并且在字数据的左移位或右移

13、位的过程中，闪烁控制的属性追踪该数据CH452支持任何段位地址，可以独立控制64个发光管LED的任一个或数字管的特定部分。 例如，小数点：段位地址的顺序与键盘地址一致，地址从00H到3FH。 如果指定了作为“段位地址1”命令的地址段位置1，与该地址对应的发光管的LED或数码段就会点亮。 此操作不影响其他LED或数字码管的其他段的状态。CH452支持64级条形图解码，用64个发光管或64级条形图表示65种状态，加载新的条形图值后，地址比指定的条形图值小的发光管点亮，指定的条形图值以上的发光管熄灭。在缺省情况下，CH452以不进行解码的方式操作，在此情形中，八个数据寄存器的字数据的位7位0分别与八

14、个数字码管的小数点与段g对应，而段a相对于发光二极管阵列而言为每字数据的数据位当数据位为1时，对应的数据管的段或发光管点亮，而当数据位为0时，对应的数据管的段或发光管熄灭。 举例来说，因为第三个数据寄存器的位0为1，所以对应的第三个数字代码管的段a点亮。 通过设定，CH452也能够在BCD解码方式下工作，该方式主要应用于驱动数字码管，单片机提供二进制BCD码，用CH452进行解码，直接驱动数字码管来显示对应的字符。 BCD解码方式是指，进行数据寄存器中的字数据的位4位0，BCD解码控制段驱动端子SEG6、SEG0的输出是指，以与数字码管理的段g段a对应的字数据的位7来将段驱动端子SEG7的输出

15、下表显示了数据寄存器中字数据的位4、位0进行BCD解码时，在段g、段a和数字代码管中显示的字符。 参考下表，如果数字管需要显示字符0，则只需输入数据0xx00000B或00H，字符0.0就需要带小数点。 只要放入数据1xx00000B或80H即可。 类似地，数据1xx01000B或88H对应于字符8.8的带小数点数据0xx10011B或13H，字符=喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓青蛙653数据0xx11110B或1EH对应于自定义的特殊字符，并且2.1.5键盘扫描原理CH452的键盘扫描功能支持88矩阵的64键盘。 键盘扫描中，DIG7DIG0端子用于列扫描输出se G7、seg 0，端子带有内

16、部下拉电阻，用于行扫描输入。 启用键盘扫描功能后，4线串行接口的DOUT的端子功能从串行接口的数据输出改变为键盘中断输出和键数据输出。CH452在显示驱动器扫描期间定期插入键盘扫描。 键盘扫描中，DIG7、DIG0端子按从DIG0到DIG7的顺序输出高电平，剩下的7端子输出低电平，禁止SEG7SEG0端子的输出。 在键未被按下时，SEG7SEG0下拉到低电平，在键被按下的情况下，例如在DIG3和se4连接的键被按下的情况下，在DIG3输出高电平时，se4检测到高电平，键的抖动或干扰引起的错误回声CH452检测到有效键时，记录该键码，经由4线串行接口的DOUT端子或2线串行接口的INT#端子发生低电平的有效键盘中断参考5.5和5.6节的说明，单片机可以通过串行接口读取键盘代码，CH452不会发生键盘中断，直到检测到新的有效键为止。 CH452不支持键组合，即，不能在相同时间按下多个键，如果同时按下多个键，则具有小密钥代码的键被优先。CH452所提供的关键字代码是7位，位2，位0是列扫描代码，位5，并且位3是行扫描代