機電一體化實驗1、2、3指導書(共19頁)

1、1 執(zhí)行元件的驅(qū)動控制及接口實驗1.1實驗目的1掌握軟件脈沖分配工作原理。2設計簡單的軟件脈沖分配模擬驗證電路。1.2 實驗原理在機電一體化系統(tǒng)中，最常用的執(zhí)行元件是步進電動機。而步進電動機的運轉控制是通過對電動機繞組分配通、斷電來完成的，即使用一組脈沖序列來控制電動機繞組的通、斷電。當改變脈沖序列的頻率時，可以改變繞組通、斷電的時間，即改變步進電動機的運轉速度。CPU根據(jù)軌跡控制要求，產(chǎn)生控制脈沖并啟動或終止執(zhí)行元件的工作。利用開關模擬啟/?？刂乒δ?；利用修改定時參數(shù)實現(xiàn)變速功能；利用電平變換實現(xiàn)通、斷電控制；通過改變通、斷電順序?qū)崿F(xiàn)電動機旋轉方向的控制。1.3實驗設備與涉及的基本電路1設備

2、AEDK5196實驗機；PC機。2芯片及基本電路CPU（8031）；譯碼器（74LS138）；并行接口（8255、74LS273、74 LS244）；驅(qū)動器（74LS240）。彩色燈電路；單色燈電路；定時器；開關電路；地址鎖存電路；地址確認電路等。3驗證參考電路選擇不同執(zhí)行元件和控制元件，軟件脈沖環(huán)行分配的驗證電路有所不同。當不設開關控制環(huán)分演示時，可按圖1-1所示模式設計驗證顯示電路。當設置開關控制時，可按圖1-2所示模式設計驗證顯示電路。無開關控制的模擬顯示參考電路參見圖1-3、1-4、1-5所示，有開關控制的模擬顯示參考電路參見圖1-6、1-7所示。 1.4實驗步驟1設計脈沖環(huán)形分配模擬

3、電路按三相、四相或五相步進電機的控制模式，根據(jù)指導教師分配的實驗任務，在表1-1中選擇模擬電路的配置方案，設計脈沖環(huán)形分配模擬電路。提示：設計模擬電路圖時，可參考單片機原理與接口實驗指導書提供的基本電路，繪制所需的模擬電路。2設計脈沖環(huán)形分配程序按照單三拍、雙三拍、單雙混拍供電方式，設計一種脈沖環(huán)形分配程序。其中，包括控制方式（無開關、有開關、中斷）程序段；延時程序段；數(shù)據(jù)處理程序段；模擬演示程序段。3錄入并修改程序通過PC機輸入已編寫好的程序，并匯編作語法檢查做適當修改，使其符合自己實驗所涉及的控制要求。表1-1 模擬電路配置方案一覽表控制方案三相環(huán)分四相環(huán)分五相環(huán)分硬件延時1sPO口彩色燈

4、P1口彩色燈8255 PB單色燈P3口彩色燈PO口彩色燈P3口單色燈P1口彩色燈PI口開關P3口單色燈P1口開關PO單色燈P1開關軟件延時1sPO口彩色燈PI口開關8255 PC彩色燈P3口開關P3口單色燈PI口開關PO口彩色燈P3口開關P1口彩色燈8255 PC開關8255 PB單色燈8255 PC開關8255 PA彩色燈8255 PB開關8255 PA彩色燈PI開關PO單色燈8255 PA開關4檢查實驗裝置檢查AEDK實驗機的實際工作狀態(tài)，打開機箱電源，按 RESET 鍵，檢查數(shù)碼管顯示器顯示狀態(tài)是否正常。通過PO口、74LS240驅(qū)動器、單色或彩色燈，檢查所使用導線是否導通。通過單色或彩

5、色燈、導線連接開關，檢查開關的開、合狀態(tài)。5觀察軟件環(huán)形分配結果按設計好模擬電路接線，隨后合上AEDK實驗機的電源，再將調(diào)試好的程序傳至單片機，并全速運行該程序，觀察運行情況，及時記錄出現(xiàn)的問題。1.5實驗要求與報告1嚴格按操作步驟的順序操作，接線前，先測試連線的導通狀態(tài)，然后斷電連線。2接線完成后，先自查兩遍，再請實驗指導老師檢查一遍，方可通電。3不允許隨意通電，或拆裝實驗裝置。4記錄實驗調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，以及解決的方法。5撰寫實驗報告：（1）實驗目的、實驗設備、實驗原理；（2）環(huán)形分配模擬電路接線圖；（3）環(huán)形分配控制程序流程框圖；（4）環(huán)形分配控制程序清單；（5）簡述實驗中遇到的問題

6、及解決方法；（6）實驗結論及實驗體會。1.6 實驗參考資料1延時參數(shù)的計算（1）軟件延時假設：AEDK實驗機的晶體振蕩頻率為fOSC=11.0592MHz，需要延時0.2s，采用雙重計數(shù)循環(huán)來延時，則延時程序中的時間參數(shù)應按下列方法確定。MOVdirect1，#n1；2TLP1：MOVdirect2，#n2；2TLP2：NOP；1TNOP；1TDJNZdirect2，LP2；2TDJNZdirect1，LP1；2TRET；2T 估算延時程序的最大定時長度t = 2T2T(1T1T2T) n22T n1= 4T1(1n2)n1當、n1= n2=256時，程序循環(huán)次數(shù)最多，定時時間最長。 相對精確

7、計算延時參數(shù) t = 4T1(1n2)n1 = 0.2（s） 循環(huán)參數(shù)計算值參見表1-2.所示。表1-2 循環(huán)參數(shù)取值一覽表n1256249245235230179.295n2178.996185.056187.077195.081199.343256討論：當n1=256、n2=178.996時，圓整后取n2=179，循環(huán)誤差最小，但為“超時”誤差。當n1=249、n2=185.056時，圓整后取n2=185，循環(huán)誤差次之，并產(chǎn)生“欠時”誤差。在考慮其它程序語句對定時控制的影響時，可以選用有“欠時”誤差的循環(huán)參數(shù)。否則，選用誤差最小的循環(huán)參數(shù)。（2）硬件延時假設：利用定時器T0或T1提供的基本

8、定時、計數(shù)功能，完成所需要的延時長度。實際應用時可參考下列做法進行。設T0定時器，T1計數(shù)器.，均按方式1計數(shù)。 估算T0、T1共同作用時最大定時長度T0獨立完成定時任務時，可產(chǎn)生的延時量為當T0、T1的計數(shù)器初值TLi0 = 0、THi0 = 0時，通過T0、T1共同作用可獲得最長的定時。即式中：t總時間；N1T1 的最大計數(shù)值；t0T0 的最長定時量；Z1計數(shù)器T1的計數(shù)初值；Z0定時器T0的計數(shù)初值。 相對精確計算延時參數(shù)設置0.5s的定時時鐘，T0提供50 ms的基本時鐘、T1提供10次的循環(huán)定時操作，則T0、T1的計數(shù)器初值分別為Z1 = 21610=65526=FFF6H即：TL0

9、 = 00H、TH0 = 0B4H；TL1 = 0F6H、TH1 = 0FFH。 T0、T1的初始化參考程序方式控制字格式參見表1-3。表1-3 T0、T1方式字格式T1 T0D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M001010001TMOD = 51H，P3.0接P3.5（T1計數(shù)脈沖輸入端）。初始化程序：MOVTMOD，#51HMOVTL1，#0F6HMOVTH1，#0FFHMOVTL0，#00HMOVTH0，#0B4HCLRP3.0SETBTR1SETBTR0用查詢方式判斷T0、T1的工作情況。當TF1=1時，約定的延時時間到。其程序段為TT0:CLRP

10、3.0JNBTF0，TT0MOVTL0，#00HMOVTH0，#0B4HSETBP3.0CLRTF0JNBTF1，TT0CLRTR0CLRTR12并行接口的選用及初始化（1）PO口當PO口采用一般I/O口接口芯片74LS273、并通過地址譯碼器74LS138選擇接口地址時，沒有接口的初始化問題，只需使用片外尋址方式對PO口進行操作即可。例如：輸入用“MOVXA，DPTR”，輸出用“MOVXDPTR，A”。（2）8255芯片8255A有兩個控制字：工作方式控制字、C口置位控制字。工作方式控制字的作用：設置端口PA、PB、PC的工作模式，是三個8位I/O口，還是四個I/O口，是單向口還是雙向口等。

11、其控制字格式如表1-4所示。表1-4 8255方式字格式D7D6D5D4D3D2D1D0標志位A組方式I/O（A口）I/O（C上 口）B組方式I/O（B口）I/O（C下 口）100、01、10輸入1/輸出0輸入1/輸出00、1輸入1/輸出0輸入1/輸出08255芯片用基本輸入/輸出工作模式時，初始化僅涉及芯片工作方式控制字的設置。例如：PA口輸入、接開關，控制系統(tǒng)啟動/停止操作；PB口輸出，接指示燈，模擬狀態(tài)。其控制字為： 1 0 0 0 × 0 1 × =82H，初始化程序：MOVA，#82HMOVXDPTR，AC口置位控制字的作用：設置端口PA、PB在選同方式或雙向方式

12、下所需控制線的初始狀態(tài)，其控制字格式如表1-5所示。表1-5 8255 PC口工作方式控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0標志位未定義（一般取0）PC口位選擇編碼位初值0×××000111復位0/置位13三相步進電動機脈沖環(huán)行分配參考程序（1）基本實驗條件 =00 為單三拍； 20H單元寄存脈沖分配與電機旋向模式：20H.1、20H.0 =11 為雙三拍；=10 為混拍。20H.7=0為正轉；20H.7=1為反轉。 單三拍、雙三拍、混拍環(huán)分控制字參見表1-6所示。表1-6 三相步進電動機脈沖環(huán)行分配控制字表電機轉向單三拍控制字雙三拍控制字正轉0FEH0FDH

13、0FBH0FCH0F9H0FAH反轉0FEH0FBH0FDH0FAH0F9H0FCH混拍控制字正轉0FEH0FCH0FDH0F9H0FBH0FAH反轉0FEH0FAH0FBH0F9H0FDH0FCH P3.2K1停止開關；P3.3K2啟動開關。 定時器：T0，基本時間50 ms。 計數(shù)器：R7通電循環(huán)計數(shù)器；R3延時循環(huán)計數(shù)器。 寄存器：DPTR數(shù)表指針；SP堆棧指針；R0脈沖值偏移量。 模擬燈的連接：P1.0DG1（或DR1）；P1.1DG2（或DR2）；P1.2DG3（或DR3）。（2）參考程序ORG0000HLJMPSTARTORG0100HSTART：MOVSP,#60H；設置堆棧指針

14、MOVTMOD,#01H；設置定時器T0，方式1MOVDPTR,#TAB；脈沖數(shù)據(jù)表指針WAIT1：SETBP3.2JBP3.2,WAIT1；若停止開關合上，則結束脈沖分配CONTINUE：WAIT：MOVP3,#0FFH；P3口置讀數(shù)狀態(tài)JNBP3.3,WAIT；若啟動開關未合上，則等待啟動MOVA,20H；啟動脈沖分配，取脈沖分配模式值，A （20H）ANLA,#03H；保留脈沖分配模式值，即保留最低兩位待查JNZLOOP1；脈沖分配模式為雙三、混拍時轉至LOOP1處JB20H.7,DFZ；20H.7=1電機反轉，轉“單反轉”程序DFZMOVR0，#0H；單三拍，電機正轉，置脈沖數(shù)表偏移量

15、初值MOVR7,#3；單三拍循環(huán)計數(shù)器NEXT：JBP3.2，JS；查詢有無電機停止信號，有則停機MOVA，R0；取脈沖數(shù)表偏移量MOVCA，A+DPTR；讀取脈沖分配值MOVP1，A；輸出脈沖分配值LCALLDISPLAY；延時1sINCR0；脈沖數(shù)表按“1”修正DJNZR7，NEXT；若三拍循環(huán)未完，則進入下一拍AJMPCONTINUE；若三拍循環(huán)結束，則繼續(xù)測試電機的運行狀態(tài)DFZ：MOVR0，#03H；單三拍反轉脈沖數(shù)表偏移量初值SJMPNEXT；轉入脈沖分配操作LOOP1：JNBACC.0，LOOP2；當Acc .0=0時脈沖分配為混拍方式，轉LOOP2處理MOVR7，#3；Acc

16、.0=1時脈沖分配為雙三拍，置雙三拍循環(huán)計數(shù)器JB20H.7，SFZ；20H .7=1時為雙三拍反轉，轉“雙反轉SFZ”處理MOVR0，#06H；置雙三拍正轉脈沖數(shù)表偏移量初值SJMPNEXT；轉脈沖分配操作SFZ：MOVR0，#09H；置雙三拍反轉脈沖數(shù)表偏移量初值SJMPNEXT；轉脈沖分配操作LOOP2：MOVR7，#6；置混拍循環(huán)計數(shù)器初值JB20H.7，HFZ；20H .7=1時為混拍反轉，轉“混反轉HFZ”處理MOVR0，#0CH；置混拍正轉脈沖數(shù)表偏移量初值AJMPNEXT；轉脈沖分配操作HFZ：MOVR0，#12H；置混拍反轉脈沖數(shù)表偏移量初值AJMPNEXT；轉脈沖分配操作D

17、ISPLAY：MOVR3，#20；延時子程序，t=20×50ms=1s，R3循環(huán)計數(shù)器初值LOOP4：MOVTH0，#4BH；時間常數(shù)，定時50msMOVTL0，#00HHERE：SETBTR0；啟動定時器T0JNBTF0，HERE；查詢50ms是否延時已到CLRTF0；50ms時間到后，清除中斷標志CLRTR0；關閉定時器T0DJNZR3，LOOP4；若1s的延時未到，將繼續(xù)延時RET；延時1s到后返回JS：SJMPJS；脈沖分配結束TAB：DB0FEH,0FDH,0FBH,0FEH,0FBH,0FDH；單三拍正、反轉脈沖分配值DB0FCH,0F9H,0FAH,0FAH,0F9H,

18、0FCH；雙三拍正、反轉脈沖分配值DB0FEH,0FCH,0FDH,0F9H,0FBH,0FAH；混拍正轉脈沖分配值DB0FEH,0FAH,0FBH,0F9H,0FDH,0FCH；混拍反轉脈沖分配值END2 檢測傳感器及微機接口實驗2.1 實驗目的1掌握位置傳感器的工作原理。2掌握A/D轉換芯片0809與單片機的接口方法。3了解A/D轉換芯片0809轉換性能及接口編程方法。4學會使用單片機進行數(shù)據(jù)采集與處理。2.2 實驗原理位置測量傳感器通常是利用電參數(shù)的變化來表示被測器件當前位置的。采用旋移電位器，改變其電壓來模擬被測器件的位移狀態(tài)。利用模/數(shù)轉換裝置A/D，采集并處理來自電位器模擬的現(xiàn)場數(shù)

19、據(jù)。由CPU對采集來的數(shù)據(jù)進行可視化處理，通過指示燈亮燈的數(shù)量來模擬被測器件的實際位置。ADC0809為逐次逼近式8位A/D轉換器，28條引腳，雙列直插式封裝，能轉換8路模擬量，轉換時間大約100ms，AEDK5196實驗機A/D轉換器的基本電路如圖2-1所示。其中，（1）引腳IN0IN7為模擬量輸入端，用來接8路被測模擬信號；（2）D0D7為數(shù)據(jù)線，輸出經(jīng)A/D轉換后的結果；（3）A、B、C為模擬通道選擇線，形成編碼選擇采集模擬量輸入通道；（4）ALE為地址鎖存允許，有效時確認ADC0809模擬量采集通道；（5）START為A/D轉換信號，有效時進行A/D轉換；（6）EOC為轉換結束信號，采

20、用中斷控制A/D轉換時，可選其作為中斷請求信號；（7）OE為輸出允許信號，有效時允許A/D轉換結果從D0D7輸出。ADC0809模擬通道由A、B、C所連接的地址線決定，一般情況C、B、A接單片機地址總線的低三位，也可以接其它地址線。AEDK5196實驗機的A、B、C線接系統(tǒng)地址總線的A3、A2、A1。因此，通道地址由片選地址和A、B、C編碼地址兩部分組成，即值加上地址總線A1、A2、A3的值，參見通道的選擇表2-1。表2-1 模擬通道一覽表C B A狀態(tài)000001010011100101110111選擇的模擬通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7通道地址CS+0CS+2CS+4

21、CS+6CS+8CS+ACS+CCS+E例如：接8100H，選擇通道IN3，則通道地址為+6，即8106H。實驗時模擬量輸入由電位器W1提供，電位器的一端接地（已接好），另一端+VREF接VCC（+5V），通過調(diào)節(jié)電位器W1可以向ADC0809提供0+5V的模擬電壓。轉換后的8位數(shù)字量，通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線輸出。若A/D轉換后的數(shù)字量，輸出至發(fā)光二極管便可直接觀察A/D轉換后的結果。通過A/D轉換結束信號EOC，啟用中斷系統(tǒng)，經(jīng)過反相后接外部中斷INT0（P3.2），在中斷服務程序中讀A/D轉換結果，可以提高單片機的工作效率。2.3 實驗設備與涉及的基本電路1設備AEDK5196實驗機；PC機；

22、數(shù)字電表。2芯片CPU（8031）；A/D轉換器（0809）；電位器（W1）；地址譯碼器（74LS138）；并行接口（8255、74LS273）；驅(qū)動器（74LS240）。3基本電路彩色燈電路；單色燈電路；定時器；地址鎖存電路；地址確認電路等。2.4 實驗內(nèi)容1采集與顯示方案的設計以CPU主控器，選擇A/D數(shù)據(jù)轉換裝置、單色或彩色燈為模擬顯示裝置、電位器為位移信號采集裝置，另加地址確認部分，形成一個信號采集與顯示控制裝置，各部分的連接方案可參考圖2-2設計。2模擬量采集電路的設計選擇8031為主控芯片，模擬量采集選用ADC0809，信號采集選用電位器W1，采集電路可參照圖2-3設計。要求：模擬

23、輸入通道基本地址為8200H（即IN0）；隨機采集位移信號；完成A/D轉換后能產(chǎn)生中斷請求信號。3設置轉換結果顯示電路選用并行接口（8255或74LS273）作為A/D轉換結果的模擬輸出口，利用驅(qū)動器74LS240驅(qū)動單色燈或彩色燈進行模擬顯示，轉換結果顯示電路可參照圖2-4設計。4編寫數(shù)據(jù)采集與顯示程序參照框圖2-5編寫傳感器采集數(shù)據(jù)程序。主要功能為：讀取模擬量并轉換為數(shù)字量，數(shù)字量大小與指示燈點亮數(shù)成正比，循環(huán)檢測，隨機顯示。2.5 實驗步驟1檢查導線、指示燈是否能正常工作。2測量電位器的電壓變化，并記錄。3編寫程序，并錄入程序。4匯編程序，將其傳送至單片機。5按設計的電路連線6運行程序，

24、旋動W1，觀察LED燈L1L8的變化情況。2.6 實驗要求與結論 1根據(jù)程序流程框圖，編寫A/D轉換程序，并對程序進行注釋。2畫出實驗所涉及器件連接原理圖，弄清各接口芯片的含義以及使用方法。3整理實驗記錄，撰寫實驗報告，主要內(nèi)容為：實驗原理、設備、步驟；模擬傳感器采集與數(shù)據(jù)處理硬件接線圖、控制程序（應調(diào)試通過）等。4思考實驗中存在的問題，并對本實驗提出自己的改進意見。3加工中心結構與控制剖析實驗3.1 實驗目的1掌握加工中心的工作原理及控制特點。2熟悉加工中心的基本結構和控制功能。3了解加工中心的加工測量范圍與工藝特點。4了解加工中心常用的刀具、夾具、附件。3.2 實驗原理通過對加工中心的現(xiàn)場

25、觀察與操作，找出加工中心的控制規(guī)律，結構特點，運動形式。3.3 實驗設備與實驗條件1實驗設備歐瑪加工中心；標準50刀柄；簡易組合夾具；對刀桿等。2實驗條件若干把標準刀具；對刀儀；虎鉗以及若干常用工具等。3.4 實驗步驟1了解歐瑪加工中心常用的刀具、夾具、附件的種類及其使用方法，歐瑪加工中心工藝特點和加工范圍。2歐瑪加工中心機械結構的觀察與記錄，并徒手繪制主要執(zhí)行件的傳動系統(tǒng)圖?！咎崾尽浚褐饕^察機床的整體布局；三維坐標系統(tǒng)；主軸及主軸箱；刀庫等重要結構的特征、功能。表3-1 歐瑪加工中心機械結構的觀察記錄表序號觀察項目部件名稱部件特征、功能1坐標系統(tǒng)X軸2Y軸3Z軸4主傳動系統(tǒng)56刀庫7（1）

26、主系統(tǒng)傳動圖（2）進給系統(tǒng)傳動圖（3）輔助系統(tǒng)傳動系統(tǒng)圖3數(shù)控裝置基本功能剖析。主要觀察CNC在編輯狀態(tài)下提供的基本功能，并一一記錄?！咎崾尽孔屑氂^察實驗指導老師的演示操作過程，主要觀察參數(shù)的輸入、修改、存儲；加工程序輸入、存儲、調(diào)用；操作區(qū)域的劃分與使用等人機交互界面的設置形式，以及內(nèi)容的配置情況（徒手繪制界面圖）。表3-2 編輯狀態(tài)基本功能觀察記錄表序號觀察項目操作過程1程序操作錄入2修改3存儲4調(diào)用5參數(shù)操作錄入6修改7存儲8其它圖3-1 編輯界面分布記錄圖4主軸及主軸箱功能剖析。調(diào)用已存的加工程序，并開動機床自動運行，觀察主軸的運動情況。或手動操作主軸系統(tǒng)，觀察主軸的運動控制情況，并記錄?！咎崾尽浚河^察數(shù)控裝置的變化、主軸及主軸箱的運動情況：上下、旋轉、停止等運動的速度與位置控制；噴淋冷卻與中孔冷卻的執(zhí)行部件及其控制。表3-3 主軸及主軸箱功能觀察記錄表序號觀察項目執(zhí)行部件運動控制操作過程1上下運動Vmax2V