單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的多用XY工作臺參考模板

1、目 錄第一章 課程設(shè)計(jì)的目的、意義及要求第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)的目的、意義第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的要求第二章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容第三章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定第四章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量第二節(jié) 工作臺外形尺寸及重量初步估算第三節(jié) 滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇第四節(jié) 滾珠絲杠計(jì)算、選擇第五節(jié) 齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)第六節(jié) 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算第七節(jié) 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選擇第五章 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 設(shè)計(jì)內(nèi)容第二節(jié) 設(shè)計(jì)步驟第三節(jié) 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第六章 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)第七章 課程設(shè)計(jì)小結(jié)1 / 27參考文獻(xiàn)第一章 課程設(shè)計(jì)的目的、意義及要求第一節(jié)

2、 課程設(shè)計(jì)的目的,意義1.第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的要求：第二章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)題目：單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的多用XY工作臺。已知條件：定位精度：0.01mm，滾珠絲杠及導(dǎo)軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊工作臺的有效行程為 快速進(jìn)給速度 和工作載荷。第二節(jié) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1.數(shù)控裝置總體方案的確定 (1)數(shù)控裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的確定； (2)方案的分析，比較，論證。 2.機(jī)械部分的設(shè)計(jì)(1)確定脈沖當(dāng)量；(2)機(jī)械部件的總體尺寸及重量的初步估算；(3)傳動元件及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用；(4)確定伺服電機(jī)；(5)繪制機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖；(6)系統(tǒng)等效慣量計(jì)算；(7)系統(tǒng)精度分析。3.數(shù)

3、控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(1).微機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用及控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)；(2).I/O接口電路及伺服控制電路的設(shè)計(jì)和選用；(3).系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)4.編寫課程設(shè)計(jì)說明書 (1).說明書是課程設(shè)計(jì)的總結(jié)性技術(shù)文件，應(yīng)敘述整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括總體方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機(jī)械傳動設(shè)計(jì)計(jì)算，電氣部分的設(shè)計(jì)說明，選用元器件參數(shù)的說明，軟件設(shè)計(jì)及其說明；(2).說明書不少于8000字。5.圖紙 (1).機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖。要求視圖基本完整，符合標(biāo)準(zhǔn)。其中至少要有一個(gè)坐標(biāo)軸的完整剖視圖；第三章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機(jī)類型及調(diào)速方案

4、確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。1. 系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定該系統(tǒng)要求工作臺沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動有精確的運(yùn)動關(guān)系因此采用連續(xù)控制方式。2. 伺服系統(tǒng)的選擇開環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī).開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用。.考慮到運(yùn)動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。3. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇采用MCS-51系列中的8031單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價(jià)比高?？刂葡?/p>

5、統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。4. XY工作臺的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺的運(yùn)動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動平穩(wěn)性。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動。系統(tǒng)總體框圖如下:計(jì)算機(jī)光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)X向工作臺光電隔離功率放大步進(jìn)電機(jī)

6、Y向工作臺第四章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動部件慣性的計(jì)算，選擇步進(jìn)電機(jī)，傳動及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選擇，繪制機(jī)械部分裝配圖等。第一節(jié) 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量p是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺的位移量，應(yīng)小于等于工作臺的位置精度，由于定位精度為0.01mm因此選擇脈沖當(dāng)量為0.01mm。第二節(jié) 工作臺外形尺寸及重量初步估算根據(jù)給定的有效行程，畫出工作臺簡圖，估算X向和Y向工作臺承載重量WX和WY。取X向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?10mm,Y向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?00mm,設(shè)計(jì)工作臺簡圖如下:工作臺簡圖X向拖板(上拖板)尺寸為: 長*寬*高=420*410*50重量:按

7、重量=體積*材料比重估算為: = Y向拖板(下拖板)尺寸為: 重量=上導(dǎo)軌(含電機(jī))重量為夾具及工件重量:約155NX-Y工作臺運(yùn)動部分總重量為:第三節(jié) 滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般運(yùn)行狀況)，3.05.0（運(yùn)動時(shí)受沖擊、振動）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動直線導(dǎo)軌,其型號為:HJG-D25基本參數(shù)如下:額定載荷/N靜態(tài)力矩/N*M滑座

8、重量導(dǎo)軌重量導(dǎo)軌長度動載荷靜載荷L(mm)17500260001981982880.603.1760滑座個(gè)數(shù)單向行程長度每分鐘往復(fù)次數(shù)M40.64導(dǎo)軌的額定動載荷N依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：額定行程長度壽命: 導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: 導(dǎo)軌的工作壽命足夠.第四節(jié) 滾珠絲杠計(jì)算、選擇初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC5860，導(dǎo)程：l0=5mm（1） 強(qiáng)度計(jì)算絲杠軸向力：(N)其中：K=1.15，滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.0030005；在車床車削外圓時(shí)：Fx=(0.10.6)Fz，F(xiàn)y=(0.150.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)

9、y=0.6Fz計(jì)算。取f=0.004,則:壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)最大動載荷：式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.21.5；fH為硬度系數(shù)，HRC58時(shí)為1.0。查表得中等沖擊時(shí)則:根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。其基本參數(shù)如下:其額定動載荷為14205N 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式.滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表名稱計(jì)算公式結(jié)果公稱直徑20mm螺距mm接觸角鋼球直徑3.175mm螺紋滾道法向半徑1.651mm偏心距0.04489

10、mm螺紋升角螺桿外徑19.365mm螺桿內(nèi)徑16.788mm螺桿接觸直徑17.755mm螺母螺紋外徑23.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）20.7mm（2） 傳動效率計(jì)算絲杠螺母副的傳動效率為：式中：=10，為摩擦角；為絲杠螺旋升角。（3） 穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。（4） 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差為E級精度絲杠允許的螺距誤差 =15m/m。第五節(jié) 齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì)因步進(jìn)電機(jī)步距角滾珠絲杠螺距t=5mm,要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量,在傳動系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動.齒

11、輪傳動比： ，初選步進(jìn)電機(jī)步距角：= 1.5/step。取小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù)因傳遞的扭距較小,取模數(shù)m=1mm則:分度圓直徑: 齒頂圓直徑: 齒根圓直徑: 齒寬: 取 中心距: 分度圓壓力角: 大小齒輪均采用漸開線標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪小齒輪采用兩片薄齒輪錯(cuò)齒排列以消除間隙.雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖如下:1、2-薄齒輪, 3彈簧, 4、8凸耳, 5調(diào)節(jié)螺釘, 6、7螺母雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖第六節(jié) 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算公式，有：（1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為：式中：為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量；為齒輪的轉(zhuǎn)動慣量；為齒輪的轉(zhuǎn)

12、動慣量；為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量；為移動部件的質(zhì)量。對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算：式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。所以有：電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有：第七節(jié) 步進(jìn)電機(jī)的選用(）步進(jìn)電機(jī)啟動力矩的計(jì)算設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為，負(fù)載力為，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，為移動部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動的效率。若取，則，且。所以：式中：為移動部件負(fù)載（N），G為移動部件質(zhì)量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負(fù)載力（N），為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，為步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad）,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（N.cm）。取=0.3（淬火鋼滾珠導(dǎo)

13、軌的摩擦系數(shù)），.8，=279.23。考慮到重力影響，向電機(jī)負(fù)載較大，因此1200，所以有：考慮到啟動時(shí)運(yùn)動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩：取系數(shù)為.，則： 對于工作方式為三相拍的步進(jìn)電機(jī)： (） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運(yùn)行頻率,同時(shí)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇兩個(gè)90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī).電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下:型號主要技術(shù)參數(shù)相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉(zhuǎn)矩(n.m)空載啟動頻率空載運(yùn)行頻率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8拍外形尺寸(mm)重量kg轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量Kg.m外直徑長度軸直徑9014594.51

14、764第五章 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 設(shè)計(jì)內(nèi)容.按照總統(tǒng)方案以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖；.選擇計(jì)算機(jī)或中央處理單元的類型；.根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計(jì)存儲器擴(kuò)展電路；.根據(jù)控制對象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計(jì)擴(kuò)展接口電路，檢測電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等；.選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號；.繪制出一張清晰完整的電氣原理圖，圖中要標(biāo)明各器件的型號，管腳號及參數(shù)；.說明書中對電氣原理圖以及各有關(guān)電路進(jìn)行詳細(xì)的原理說明和方案論證。第二節(jié) 設(shè)計(jì)步驟.確定硬件電路的總體方案。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：1 主控制器。即中央處理單元CPU2 總

15、線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。3 存儲器。包括只讀可編程序存儲器和隨機(jī)讀寫數(shù)據(jù)存儲器。4 接口。即I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU存儲器RAMROM外設(shè)：鍵盤，顯示器，打印機(jī)，磁盤機(jī)，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號變換控制對象.主控制器的選擇系列單片機(jī)是集中，端口及部分等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計(jì)選用芯片作為主控芯片。.存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)(）程序存儲器的擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展用的程序存儲器芯片大多采用芯片。其型號有：2716

16、，2732，2764，27128，27258，其容量分別為k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時(shí)要考慮與時(shí)序的匹配。所能讀取的時(shí)間必須大于所要求的讀取時(shí)間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。在滿足容量要求時(shí)，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇芯片作為本次設(shè)計(jì)的程序存儲器擴(kuò)展用芯片。單片機(jī)規(guī)定0口提供為位地址線，同時(shí)又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時(shí)用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低位的地址信息，一般采用芯片作為地址鎖存器，并由發(fā)出允許鎖存信號ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。由以上分析

17、，采用EPROM芯片的程序存儲器擴(kuò)展電路框圖如下所示： A12 A8 2764A7A0 D7 D0 P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 譯碼電路G74LS372擴(kuò)展2764電路框圖(）數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展由于內(nèi)部只有字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器。本次設(shè)計(jì)選用芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展用芯片。其擴(kuò)展電路如下所示： P2.4 P2.0ALE P0.7 P0.0 A12 A8A7 6264A0D7D0 D0譯碼電路G74LS372擴(kuò)展6264電路框圖(）譯碼電路在單片機(jī)應(yīng)用

18、系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時(shí)的與各個(gè)外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器采用統(tǒng)一編址，因此單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨(dú)的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結(jié)構(gòu)簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對于和容量較大的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的片選信號多于可利用的地址線的時(shí)候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址線進(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址

19、選擇線用作片選線。本設(shè)計(jì)采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：（4）存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨(dú)立編址。該設(shè)計(jì)選用程序存儲器2764和數(shù)據(jù)存儲器6264組成8031單片機(jī)的外存儲器擴(kuò)展電路，單片機(jī)外存儲器擴(kuò)展電路如下：（5）擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)(a).通用可編程接口芯片單片機(jī)共有個(gè)位并行接口，但供用戶使用的只有1口及部分3 口線。因此要進(jìn)行口的擴(kuò)展。與微機(jī)接口較簡單，是微機(jī)系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y與8031的連接方式如下圖所示(b).鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示

20、。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有和。下圖所示為采用接口管理的鍵盤，顯示器電路。它有鍵和位顯示器組成。為了簡化秒電路，鍵盤的列線及顯示器的字位控制共用一個(gè)口，即共用的P口進(jìn)行控制，鍵盤的行線由口擔(dān)任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔(dān)任。鍵盤顯示器接口電路如下所示：4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)(1）脈沖分配器步進(jìn)電機(jī)的控制方式由脈沖分配器實(shí)現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設(shè)計(jì)采用集成脈沖分配器YB0

21、13。采用YB013硬件環(huán)行分配器的步進(jìn)電機(jī)接口線路圖如下：（2）光電隔離電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。光電耦合器接線圖如下：（3）功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的需要，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。本設(shè)計(jì)選用功率放大器。5其它輔助電路設(shè)計(jì)（）的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)

22、部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，如下圖所示。晶體可以在.之間任意選擇，耦合電容在pF之間，對時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時(shí)鐘源。8031XTAL1XTAL2時(shí)鐘電路（）復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘工作后，只要在引腳上出現(xiàn)ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后便從單元開始執(zhí)行程序。在實(shí)際運(yùn)用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與復(fù)位要求一致時(shí)，可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用z時(shí)，復(fù)位電路中取，取，取。實(shí)用復(fù)位電路圖如下所示：（）越界報(bào)警電路為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。

23、利用光電耦合電路，將行程開關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至的口1.0。當(dāng)任何一個(gè)行程開關(guān)被壓下的時(shí)候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，由低電平變成高電平?？衫密浖O(shè)計(jì)成查詢的方法隨時(shí)檢查有無越界信號。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接至的外部中斷引腳（或），采用中斷方式檢查越界信號。越界報(bào)警電路如下圖所示第三節(jié) 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)選用系列的作為主控制器。擴(kuò)展存儲電路為一片2732EPROM和一片6264RAM。程序存儲器擴(kuò)展為，數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展為。的片選控制端直接接地，該電路始終處于選中狀態(tài)。系統(tǒng)復(fù)位以后，CPU從0000H開始執(zhí)行監(jiān)控程序。6264的片選端由譯碼器

24、（74LS138）的Y2輸出提供。所以6264的空間地址為4000。系統(tǒng)的擴(kuò)展I/O接口電路選用通用可編程并行輸入/輸出接口芯片8155。8155的片選端接至譯碼器（74LS138）的Y4的輸出端，故8155控制命令寄存器及PA，PB，PC口的地址號分別為8000H及8001H，8002H，8003H。8155RAM區(qū)的地址為8000H80FFH。8155的A口為控制工作抬X，Y向電機(jī)的接口。為防止功率放大器高電壓的干擾，不步進(jìn)電機(jī)接口與功率放大器之間采用光電隔離。鍵盤與顯示器設(shè)計(jì)在一起，8155的PC口擔(dān)任鍵盤的列線及顯示器的掃描控制；PB口的PB0PB3為鍵盤的行線。8031的P1口為顯示

25、器的字形輸出口。該系統(tǒng)采用4X6共24個(gè)行列式鍵盤和6位8段共陰極LED顯示器。為了增加數(shù)碼管顯示亮度，分別在字形口和字位口加74LS07進(jìn)行驅(qū)動。PB口剩余的I/O線PB4PB7分別作為工作臺+X，+Y，-X，-Y四個(gè)方向的行程限位控制信號。在軟件設(shè)計(jì)上8155的PA口，PC口設(shè)置為輸出，PB口設(shè)置為輸入。計(jì)算機(jī)隨時(shí)巡回檢測PB4PB7的電平，當(dāng)某I/O線為0時(shí)，應(yīng)立即停止X，Y向電機(jī)的驅(qū)動，并發(fā)出報(bào)警信號。另外，光電隔離器的輸出端必須采用隔離電源。隔離電源選用7805三端集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)。數(shù)控系統(tǒng)總的電氣原理圖以及圖中各元件的參數(shù)和型號見附（二），附（三）。第六章 系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)(一).

26、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實(shí)現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個(gè)部分：1、系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。其功能主要是接受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。2、零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O設(shè)備輸入零件加工源程序的任務(wù)。3、插補(bǔ)程序。根據(jù)零件加工源程序進(jìn)行插補(bǔ)，分配進(jìn)給脈沖。4、伺服控制程序。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)角以及方向。診斷程序。包括移動不見移動超界處理，緊急停機(jī)處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯(cuò)等功能。6、

27、機(jī)床的自動加工及手動加工控制程序。7、鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機(jī)床工作狀態(tài)、操作命令等信息。(二).軟件設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)控制功能分析數(shù)控X-Y工作臺的控制功能包括：（1）、系統(tǒng)初始化。如對I/O接口8155，8255A進(jìn)行必要的初始化工作，預(yù)置接口工作方式控制字。（2）、工作臺復(fù)位。開機(jī)后工作臺應(yīng)該自動復(fù)位，亦可手動復(fù)位。（3）、輸入和顯示加工程序。（4）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關(guān)。如監(jiān)視緊急停機(jī)鍵及行程開關(guān)，鍵盤掃描等功能。（5）、工作臺超程顯示與處理。工作臺位移超過規(guī)定值時(shí)應(yīng)該立即停止工作臺的運(yùn)動，并顯示相應(yīng)的指示字符。（6）、工作臺的自動控制。（7）、工作臺的手動

28、控制。（8）、工作臺的聯(lián)動控制。2.系統(tǒng)管理程序控制 管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機(jī)后即進(jìn)入管理程序。其主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設(shè)計(jì)管理程序時(shí)，應(yīng)確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數(shù)控X-Y工作臺的基本操作功能有：輸入加工程序，自動加工，刀位控制，工作臺位置控制，手動操作，緊急停機(jī)等。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)管理程序流程圖如下所示：開始系統(tǒng)初始化加工程序輸入鍵按下？機(jī)床復(fù)位 N加工數(shù)據(jù)輸入自動加工手動加工鍵按下？自動加工鍵按下？N Y N手動調(diào)整Y Y N管理程序流程3.自動加工程序設(shè)計(jì)（1）機(jī)床在自動加工時(shí)的動作順序：工作臺移動到位刀具快速進(jìn)給加工退刀工作臺運(yùn)動到下一位置；（2）

29、計(jì)算機(jī)在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機(jī)床完成加工；（3）由以上分析，設(shè)計(jì)自動加工程序框圖如下所示： 入口零件坐標(biāo)地址指針讀零件坐標(biāo)調(diào)步進(jìn)電機(jī)子程序工作臺移動到位刀具快進(jìn)加工快速退刀 零件坐標(biāo)地址指針加1零件加工完成 N Y 返回4.步進(jìn)電機(jī)控制子程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的控制包括速度，轉(zhuǎn)角及方向的控制。步進(jìn)電機(jī)在突然啟動或停止時(shí)，由于負(fù)載和慣性，會使電機(jī)失步，所以電機(jī)運(yùn)行時(shí)有一個(gè)加，減速過程。通過確定進(jìn)給脈沖數(shù)和脈沖時(shí)間間隔，即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與速度的控制。（1）時(shí)間常數(shù)的確定在步進(jìn)電機(jī)控制程序中，利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷，延時(shí)產(chǎn)生進(jìn)給脈沖的時(shí)間間隔。此間隔由送入定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)決定。時(shí)間常數(shù)

30、由下式計(jì)算：式中：T為脈沖時(shí)間間隔（ms）；為單片機(jī)機(jī)器周期（s），在時(shí)鐘為6MHz時(shí)，=2s。（2）步進(jìn)電機(jī)加，減速進(jìn)給脈沖及脈沖時(shí)間間隔的確定設(shè)步進(jìn)電機(jī)加，減速方式為直線加，減速。要使步進(jìn)電機(jī)不失步，應(yīng)滿足：式中：為步進(jìn)電機(jī)啟動力矩；為負(fù)載力矩；為慣性力矩。由步進(jìn)電機(jī)=3.92N.m，取步進(jìn)電機(jī)的加速啟動力矩則使步進(jìn)電機(jī)不失不的慣性力矩步進(jìn)電機(jī)角加速度又式中：為上升到步進(jìn)電機(jī)最高頻率所需時(shí)間，所以有：加速脈沖個(gè)數(shù)：確定加減脈沖個(gè)數(shù)都為54個(gè)又因?yàn)椋核悦}沖時(shí)刻結(jié)合可以算出對應(yīng)各脈沖時(shí)刻的計(jì)數(shù)器時(shí)間常數(shù)。 EPROM存儲器中，時(shí)間常數(shù)依次安排在首地址為1000H的存儲單元中，每個(gè)時(shí)間常數(shù)占據(jù)

31、兩個(gè)字節(jié)，低位地址存放時(shí)間常數(shù)低8位，高位地址存放時(shí)間常數(shù)高8位。在程序中，設(shè)置加速，恒速，減速脈沖計(jì)數(shù)器N0，N1，N2。以計(jì)數(shù)器的值是否為0作為相應(yīng)過程是否結(jié)束的標(biāo)志。步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖如下所示：步進(jìn)電機(jī)控制子程序：開始中斷初始化設(shè)時(shí)間常數(shù)地址指針首地址指向1000H加速減速 脈沖計(jì)數(shù)器賦初值恒速送時(shí)間常數(shù)至計(jì)數(shù)器中 N返回關(guān)中斷？開中斷啟動定時(shí)器 Y 步進(jìn)電機(jī)控制中斷服務(wù)程序：中斷服務(wù)程序入口送時(shí)間常數(shù) 步進(jìn)電機(jī)進(jìn)一步N0=0？N1=0？時(shí)間常數(shù)地址指針加1N1N1-1N2=0？N0N0-1時(shí)間常數(shù)地址指針加1關(guān)中斷N2N2-1 中斷返回5.編語言程序設(shè)計(jì)（1）內(nèi)存地址分配 加速脈沖數(shù)

32、計(jì)數(shù)器N0地址設(shè)為20H；恒速脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器N1低8位字節(jié)地址為21H，高8位字節(jié)地址位22H；減速脈沖數(shù)計(jì)數(shù)器N2地址位23H。加速，減速，恒速脈沖總數(shù)寄存器N低位字節(jié)地址位24H，高位字節(jié)地址位25H；步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給控制子程序FEED首地址位0E80H。每調(diào)用一次該程序，步進(jìn)電機(jī)按規(guī)定方向進(jìn)給一步。（2）程序清單N0 EQU 20H ;加速N1L EQU 21H ;恒速N1H EQU 22H N2 EQU 23H ;減速NL EQU 24H ;脈沖總數(shù)寄存器NH EQU 25HDS EQU 26H ；地址指針偏移量FEED EQU 0E80HORG 0E00H0E00 758160 START

33、： MOV P，#60H0E03 758901 MOV TMOD，#01H ；設(shè)計(jì)數(shù)器工作方式為1，16位定時(shí)器0E06 75201B MOV N0，#01A4H ；設(shè)N0為3200E09 75231B MOV N2， #1A4H0E0C E520 MOV A ， N0 ；計(jì)算2XN00E0E 23 RL A0E0F F8 MOV R0， A0E10 C3 CLR C ；計(jì)算N1=N-2N00E11 E524 MOV A， NL0E13 98 SUBB A， R00E14 F521 MOV N1L， A0E16 E525 MOV A， NH0E18 9400 SUBB A，#00H0E1A F

34、522 MOV N1H，A0E1C 901000 MOV DPTR， #1000H ；設(shè)時(shí)間常數(shù)指針初值為1000H0E1F 752600 MOV DS， #00H ；設(shè)地址偏移量初值為00H0E22 93 MOVC A, A+DPTR ；從EPROM中讀時(shí)間常數(shù)0E23 F58A MOV TL0， A ；送時(shí)間常數(shù)至定時(shí)器0中0E25 0526 INC DS0E27 E526 MOV A，DS0E2 93 MOVC A，A+DPTR 0E2A F58C MOV TH0，A0E2C 0526 INC DS0E2E D2AF SETB EA ；開中斷允許0E30 D2A9 SETB ET0 ；允

35、許定時(shí)器0中斷0E32 D28C SETB TR0 ；啟動定時(shí)器0開始計(jì)算0E34 20AFFD WAIT：JB EA，WAIT ；中斷允許返回0E37 22 RET中斷服務(wù)程序： ORG 000BH000B 02F00 LJMP 0F00H0F00 93 MOVC A，A+DPTR0F03 F58A MOV TL0， A0F05 0526 INC DS0F07 E526 MOV A，DS0F09 93 MOVC A，A+DPTR0F0A F58C MOV TH0， A0F0C 0526 INC DS ；修改地址偏移量指針0F0E D180 ACALL FEED ；調(diào)FEED子程序0F10 E520 MOV A， N0 ；判斷N0是否為00F12 B400 CJNE A， #00H， LOOP10F15 E52 MOV A， N1H ；判斷N1是否為0 0F17 B40010 CJNE A，#00H， LOOP20F1A E522 MOV A，N1H0F1C B4000B CJNE A，#00H，LOOP20F1F E523 MOV A，N2 判斷N2是否為0 0F21 B40014 CJNE A，#00H，LOOP30F24 C2AF CLR EA ；N2為0 ，減速結(jié)束，關(guān)中斷0F26 32 RETI0F27 1520 L