四工位立式回轉(zhuǎn)刀架

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 目 錄 第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)···············································3 1.1 設(shè)計(jì)總體任務(wù)·············································3 1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)·················································3 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容·················································3 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)···························

2、······················3 第2章 概述····················································4 第3章 總體設(shè)計(jì)方案············································5 3.1 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)········································5 3.2 上刀鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)································5 3.3 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)·································

3、·········5 3.4自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理······································5 第4章 數(shù)控車(chē)床回轉(zhuǎn)刀架機(jī)械部分設(shè)計(jì)························8 4.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算···········································8 4.1.1蝸桿的選型··············································8 4.1.2蝸桿副的材料···········································8 4.1.3按齒面接觸疲勞

4、強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)·····························8 4.2滾動(dòng)軸承的選項(xiàng)·············································10 4.2.1概述··················································10 4.2.2滾動(dòng)軸承的選型········································11 4.2.3滾動(dòng)軸承的配合········································11 4.2.4滾動(dòng)軸承的密封··················

5、······················11 第5章 電氣控制部分設(shè)計(jì)·····································12 5.1 中央處理單元MS-89C51·····································12 5.1.1 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理·······················12 5.1.2 MCS-51單片機(jī)的工作方式·······························15 5.2端口擴(kuò)展單元8255的介紹···································1

6、7 5.3 鍵盤(pán)顯示接口8279介紹 ····································24 5.4 硬件電路設(shè)計(jì)·············································25 5.5 控制軟件設(shè)計(jì)·············································27 第6章 總結(jié)···················································29 第7章 參考文獻(xiàn)···············································

7、30 第1章 設(shè)計(jì)任務(wù) 一．設(shè)計(jì)任務(wù) 題目：數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 任務(wù)：設(shè)計(jì)一臺(tái)四工位的臥式自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，適用于C616或C6132經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。 二．設(shè)計(jì)參數(shù) 推薦刀架所用電機(jī)的額定功率為90W，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min, 換刀時(shí)要求刀架轉(zhuǎn)動(dòng)的速度為30r/min。 三．設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.電氣控制部分設(shè)計(jì) 1）硬件電路設(shè)計(jì) 2）控

8、制軟件設(shè)計(jì) 4.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 四．設(shè)計(jì)任務(wù) 1.模擬整體設(shè)計(jì)方案 2.機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖一張（A0圖） 3.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要求完成一張A1圖紙的硬件電路設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的主要軟件流程，對(duì)RAM和I/O接口芯片進(jìn)行詳細(xì)編程。 4.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 要求清楚地?cái)⑹稣麄€(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程和詳細(xì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括總體方案的分析，比較和確定機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要零部件的計(jì)算與選型，控制系統(tǒng)的電路原理分析，軟件設(shè)計(jì)的流程圖以及相關(guān)程序等。撰寫(xiě)的內(nèi)容不少于7000字符，要求內(nèi)容豐富，條理清晰圖文并茂，符合國(guó)標(biāo)。 該題目由多人合作完成每個(gè)人要適當(dāng)分工，每個(gè)人的工作內(nèi)容都要有不同的側(cè)重點(diǎn)并在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

9、中注明，對(duì)于自己側(cè)重的部分要詳細(xì)的進(jìn)行論述。 五．時(shí)間分配 1.分析研究設(shè)計(jì)任務(wù)，總體方案論證設(shè)計(jì)：2-3天； 2.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)：5-6天； 3.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：4-5天； 4.軟件設(shè)計(jì)：1-2天； 5.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：2-3天; 6.整理資料及答辯：1天。 第2章 概述 設(shè)計(jì)一臺(tái)四工位的臥式自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，適用于C616或C6132經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。要求繪制自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)控制刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位的硬件電路，編寫(xiě)刀架的控制軟件

10、，推薦刀架所用的電動(dòng)機(jī)的額定功率為90W，額定轉(zhuǎn)速為1440 r/min，換刀時(shí)要求刀架轉(zhuǎn)動(dòng)的速度為30 r/min。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控是我國(guó)80年代科技發(fā)展的產(chǎn)物。這種數(shù)控系統(tǒng)由于功能適宜，價(jià)格便宜，用它來(lái)改造車(chē)床，投資少、見(jiàn)效快，成為我國(guó)“七五”、“八五”重點(diǎn)推廣的新技術(shù)之一。十幾年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)也在不斷進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進(jìn)完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。由于這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的活力，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，該技術(shù)在今后一段時(shí)間內(nèi)還將是我國(guó)機(jī)械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對(duì)于原有老的經(jīng)濟(jì)型數(shù)

11、控車(chē)床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費(fèi)很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進(jìn)一步改造的問(wèn)題通過(guò)改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。 第3章 總體方案設(shè)計(jì) 3.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減速設(shè)計(jì) 普通的三相異同步電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動(dòng)刀架進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸桿副傳動(dòng)可以改變運(yùn)動(dòng)的方向，獲得教大的傳動(dòng)比，保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性。并且具有自

12、鎖功能，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化。 3.2 上刀鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于刀具直接安裝在刀體上，所以刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤(pán)，將上刀體與下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上下端面齒相互嚙合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起,等上下斷面齒脫開(kāi)后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。 3.3 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 要想使上下刀體的兩個(gè)斷面齒脫離，就必須設(shè)計(jì)合適的機(jī)構(gòu)使刀體抬起。本設(shè)

13、計(jì)選用螺桿－螺母副，在齒盤(pán)軸內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸桿－蝸輪帶動(dòng)齒盤(pán)軸繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作為螺母的齒盤(pán)軸要么轉(zhuǎn)動(dòng)，要么上下移動(dòng)。當(dāng)?shù)扼w處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的斷面相互嚙合，因?yàn)檫@時(shí)齒盤(pán)軸不能與蝸輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使上刀體向上移動(dòng)，當(dāng)端面齒脫離嚙合時(shí)，齒盤(pán)軸就與蝸輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)螺桿時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥啵员惝?dāng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。 3.4 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程圖如下圖 1所示 圖2表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過(guò)程中有關(guān)銷(xiāo)的位置。其中上部的圓柱銷(xiāo)2和下部的反靠銷(xiāo)6起著重要的作用。

14、 ? 當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷(xiāo)的情況如圖a所示，此時(shí)反靠銷(xiāo)6落在反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和下刀體的端面齒處于咬合狀態(tài) ? 需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸桿副帶動(dòng)螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與蝸桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開(kāi)；于此同時(shí)，上蓋圓盤(pán)1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)(上蓋圓盤(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)與螺桿連接)當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)約170時(shí)，上蓋圓盤(pán)1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷(xiāo)2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷(xiāo)2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤(pán)1就通過(guò)圓柱銷(xiāo)2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)（此時(shí)端面齒已經(jīng)完全脫開(kāi)）如圖b所示 ? 上蓋圓盤(pán)1，圓柱銷(xiāo)2以及上刀體

15、4在正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，反靠銷(xiāo)6能夠從反靠圓盤(pán)7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖c所示 ? 上刀體4帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤(pán)上對(duì)應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)2帶動(dòng)上上刀體4開(kāi)始反轉(zhuǎn)，反靠銷(xiāo)6馬上就會(huì)落入反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)，至此。完成粗定位，如圖d所示。此時(shí)，反靠銷(xiāo)6從反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)爬不上來(lái)，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始下降，而上蓋圓盤(pán)1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷(xiāo)2的頭部壓入上刀體4的銷(xiāo)孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤(pán)1的下表面開(kāi)始與圓柱銷(xiāo)2的頭部滑動(dòng)。在此期間，上，下刀體的端面齒逐漸咬合，實(shí)現(xiàn)

16、精定位。當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生軸向位移，壓縮彈簧，套筒的外圓壓縮開(kāi)關(guān)使刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過(guò)程結(jié)束。 ? 由于蝸桿副有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定的工作。 ?刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 螺桿正轉(zhuǎn) 上蓋圓盤(pán)正轉(zhuǎn) 上刀體抬起 端面齒錯(cuò)開(kāi) 圓柱銷(xiāo)落入上蓋圓盤(pán) 反靠端面齒嚙合 上刀體下降 粗定位 上刀體旋轉(zhuǎn) 到位回答 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) 螺桿反轉(zhuǎn) 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 自動(dòng)鎖緊 精定位 ? 圖1自動(dòng)換刀流程

17、 a b c d 圖2刀架轉(zhuǎn)位過(guò)程中銷(xiāo)的位置 a)換刀開(kāi)始時(shí)，圓柱銷(xiāo)2與上蓋圓盤(pán)1可以相對(duì)滑動(dòng)。b)上刀體4完全抬起后，圓柱銷(xiāo)2落入上蓋圓盤(pán)1的槽內(nèi)，上蓋圓盤(pán)1將帶動(dòng)圓柱銷(xiāo)2及上刀體一起轉(zhuǎn)動(dòng)。c)上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反靠銷(xiāo)6可以從反靠圓盤(pán)7的槽左側(cè)斜坡滑出。d)找到刀位時(shí)，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)反靠銷(xiāo)6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)粗定位。 1.上蓋圓盤(pán) 2. 圓柱銷(xiāo) 3.彈簧 4.上刀體 5.圓柱銷(xiāo) 6.反靠銷(xiāo)

18、 7.反靠圓盤(pán) 第4章 數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)械部分設(shè)計(jì) 4.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源是三相異步電動(dòng)機(jī)，其中蝸桿與電動(dòng)機(jī)直連，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)蝸輪與上刀體直連。已知電動(dòng)機(jī)的額定功率 P1＝90W，額定轉(zhuǎn)速n1＝1440r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n2＝30r/min，則蝸桿副的 傳動(dòng)比i=n1/n2＝1440/30=48。刀架從轉(zhuǎn)為到鎖緊時(shí)，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，起動(dòng)時(shí)沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命Lh＝10000h 。 4.1.1蝸桿的選型 GB/T10085—1988推薦采用漸開(kāi)線蝸桿（ZI蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造

19、方便的漸開(kāi)線型圓柱蝸桿（ZI型）。 4.1.2蝸桿副的材料 刀架的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用45鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為45～55HRC，以提高表面耐磨性；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZCUSN10P1，采用金屬模鑄造。 4.1.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，在進(jìn)行承載能力計(jì)算時(shí)，先按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在按齒根彎曲疲勞程度校核。 按蝸輪的 接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算公式為 a ≥

20、 式中 a -----蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位為mm; K ------載荷系數(shù)； 　　　　　　　　　　T2-------作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2，單位N?mm； ZE-------彈性影響系數(shù)，單位Mpa1/2 ZP-------接觸系數(shù)； -------需用接觸應(yīng)力，單位為MPa 從式中算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)已知的傳動(dòng)比i=48，從表中選擇一個(gè)合適的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿 蝸

21、輪參數(shù)。 （1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 設(shè)蝸桿頭數(shù)Z1＝1，蝸桿副的傳動(dòng)效率取=0.8。有電動(dòng)機(jī)的額定功率P1=90W，可以算得蝸輪的傳遞功率P2＝P1,再由蝸輪的轉(zhuǎn)速n2＝30r/min 求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 ： T2 ＝9.55＝9.55＝9.55×N?m=22.92N?m (2) 確定載荷系數(shù)K 載荷系數(shù)K＝KAKBKV.其中的KA為使用系數(shù)，由查表1得出，由于工作載荷不均勻，起動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取KA＝1.15；KB為齒向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在起動(dòng)和停止時(shí)有變化，故取KB＝1.15；KV為運(yùn)動(dòng)系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大?？扇V＝1.05

22、。則載荷系數(shù) ： K＝KAKBKV＝1.15×1.15×1.05≈1.39 （3）確定彈性影響系數(shù)ZE 鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時(shí)，從有關(guān)手冊(cè)查得彈性影響系數(shù)ZE ＝160Mpa1/2 。 （4）確定接觸系數(shù) Zp 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.35，從圖1中可差得接觸系數(shù)Zp＝2.9。 圖-1-圓柱蝸桿傳動(dòng)接觸系數(shù)Zp （5）確定需用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCUSN10P1金屬模鑄造、蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，可從表2中差得蝸輪的基本需用應(yīng)力 ＝268Mpa。已知蝸桿為單頭，蝸

23、輪每轉(zhuǎn)以轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù) j=1；蝸輪轉(zhuǎn)速n2＝30r/min;蝸桿副的使用壽命Lh=10000h. 則應(yīng)力循環(huán)次數(shù) : N=60jn2Lh=60×1×30×10000=1.8×107 壽命系數(shù) : KHN==0.929 需用接觸應(yīng)力 = KHN×=0.929 ×268Mpa≈249Mpa 表-2-鑄造錫青銅蝸輪的許用應(yīng)力 (6) 計(jì)算中心距 將以上各參數(shù)代入式a ≥ ,求得中心距 : a ≈ 48mm 查表3可知,取中心距a=50m

24、m,已知蝸桿頭數(shù)z1=1,設(shè)模數(shù)m=1.6mm,得蝸桿分度圓直徑d1=20mm.這時(shí)d1/a=0.4,由圖1得接觸系數(shù) ZP1 =2.74.因?yàn)閆P1 < Zp,所以上述計(jì)算結(jié)果可用. 表-3-普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其蝸輪參數(shù)的匹配 （7）蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 由蝸桿和蝸輪的基本尺寸和主要參數(shù), 算得蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸后,即可繪制蝸桿副的工作圖了. 1） 蝸桿參數(shù)與尺寸 頭數(shù)Z1=1，模數(shù)m=1.6mm,軸向齒距Pa=∏m=5.027mm,軸向齒厚Sa=0.5∏m=2.514mm,分度圓直徑d1=20mm,直徑系數(shù)q=d1/m=12.5,分

25、度圓導(dǎo)向角Y=arctan(z1/q)=4°34ˊ26ˊˊ.取齒頂高系數(shù)ha=1,徑向間隙系數(shù)c=0.2,則齒頂圓直徑da1=d1+2ha*m=20mm+2*1*1.6mm=23.2mm,齒根圓直徑df1=d1-2m(ha+c)=d1-2m(ha+c)=[20-2*1.6*(1+0.2)]mm=16.16mm 2） 蝸輪參數(shù)與尺寸 齒數(shù)Z2=48,模數(shù)m=1.6mm,分度圓d2=mz2=1.6*48mm=76.8mm,變位系數(shù)x2=[a-(d1+d2)/2]/m=1,蝸輪喉圓直徑為da2=d2+2m(ha+x2)=83.2mm,蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2m(ha-x2+c)=76.1

26、6mm,蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-da2/2=8.4mm. (8) 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 即檢驗(yàn)下式是否成立 : ≤[] 式中 蝸輪齒根彎曲應(yīng)力,單位為Mpa; 蝸輪齒形系數(shù); 螺旋角影響系數(shù); [] 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力,單位為Mpa. 由蝸桿頭數(shù)z1=1,傳動(dòng)比i=48,可以算出

27、蝸輪齒數(shù)z2=iz1=48. 則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) Zv2= =48.46 根據(jù)蝸輪變位系數(shù)x2=1和當(dāng)量齒數(shù)zv2=48.46,查圖2可得齒形系數(shù) =1.95 圖-2-蝸桿齒輪系數(shù) 螺旋角影響系數(shù): =1-=0.967 根據(jù)蝸輪的材料和制造方法,查表4可得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力; []’=56MPa 表-4-蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力

28、 蝸輪的壽命系數(shù): KFN ==1.725 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力: []=[]’KFN =40.6Mpa 將以上參數(shù)代入式≤[],得蝸輪齒根彎曲應(yīng)力: ≈37.4Mpa 可見(jiàn)< [],蝸輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求. 4.2滾動(dòng)軸承的選項(xiàng) 4.2.1概述 滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用過(guò)的部件之一。它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。與

29、滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動(dòng)軸承時(shí)，只要根據(jù)具體工件條件正確選擇軸承的類(lèi)型和尺寸。驗(yàn)算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計(jì)”問(wèn)題。 4.2.2滾動(dòng)軸承的選型 考慮到軸各個(gè)方面的誤差會(huì)直接傳遞給加工工件時(shí)的加工誤差，因此選用可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷的角接觸球軸承，安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙。然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號(hào)分別為：7204C、51106、51107。軸承的游隙和預(yù)緊時(shí)靠端蓋下的墊片來(lái)調(diào)整的，這樣比較方便。 4.2.3滾動(dòng)軸承的配合 滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)

30、件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。 4.2.4滾動(dòng)軸承的密封 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)。 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)形螺旋彈簧的緊扣作用而緊套在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，密封唇應(yīng)朝外。

31、 第5章 電氣控制部分設(shè)計(jì) 5.1 中央處理單元MS-89C51 5.1.1 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 (1)MCS-51內(nèi)部資源及特點(diǎn) 1、內(nèi)部資源 MCS-51系列單片機(jī)的各種型號(hào)均是以8051為核心電路發(fā)展起來(lái)的。因此具有MCS-51的基本結(jié)構(gòu)與軟件特征。 8051內(nèi)包括： 適于控制應(yīng)用的8位CPU； 具有布爾處理（位處理）能力； 4KB程序存儲(chǔ)器； 128B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 32根雙向并可以按位尋址的I/O線 1個(gè)全雙工串行口I/O線； 2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器器； 6源/

32、5向量中斷結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)； 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 2、性能特點(diǎn) 單片機(jī)為哈佛結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，除上述基本資源外，還具 有如下特點(diǎn)： 外部程序存儲(chǔ)器：可擴(kuò)展到64KB； 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：可擴(kuò)展到64KB； 堆 棧：最深128B/256B； 輸入 / 輸出口線：32根； 寄 存 器 區(qū)：劃出RAM中32B作為通用寄存器； 具有位尋址功能； 單一“+5V”電源； 系統(tǒng)時(shí)鐘1~12 MHz，常用12MHz、11.0592MHz 和 6MHz。 （2）MCS-51單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) 內(nèi)

33、部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示 包括：CPU、存儲(chǔ)器（ROM、RAM）、I/O接口等計(jì)算機(jī)的基本組成。 （3）MCS-51外部引腳及功能、I/O接口電路 1、外部引腳 MCS-51共40個(gè)引腳，大致可分為四類(lèi)，其管腳分布如圖2-2所示。 1）電源引腳VCC和VSS VCC：40腳，電源端，+5V VSS：20腳，接地端（GND） ? 2）時(shí)鐘電路引腳 XTAL1：19腳，外接晶振輸入引腳。 XTAL2：18腳，外接晶振輸出引腳。 ? 3）控制線引腳 共4根，其中3根為雙功能 RST/VPD ：9腳，復(fù)位/備用電源。 RST

34、---通過(guò)外接復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位或按鍵復(fù)位。 VPD---可外接備用電源，在VCC掉電時(shí)向RAM供電。 /VPP ：31腳，內(nèi)外ROM的選擇/ EPROM編程電源。 =0：訪問(wèn)外部ROM； =1：訪問(wèn)內(nèi)部ROM； PC值超過(guò)0FFFH（4KB）時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向外ROM。 VPP ---在8751片內(nèi)EPROM編程期間，為21V編程電源輸入端。 ALE/ ：30腳，地址鎖存允許/編程脈沖。 ALE---訪問(wèn)外RO

35、M或RAM時(shí)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)地址鎖存器鎖存P0口分時(shí)送出的低8位地址（下降沿有效）。不訪問(wèn)外存儲(chǔ)器時(shí)，該端以1/6時(shí)鐘頻率輸出正脈沖，可用作為外部時(shí)鐘。帶8個(gè)LS型TTL門(mén)電路。--- 8751片內(nèi)EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 第29腳，讀外部ROM選通信號(hào)，即該腳有效時(shí)（上升沿），外ROM允許輸出。每個(gè)機(jī)器周期2次有效。從內(nèi)部ROM取指時(shí)不產(chǎn)生?？蓭?個(gè)LS型TTL門(mén)電路。 5) I/O引腳 P0口：P0.0~P0.7，39~32腳，外接存儲(chǔ)器時(shí)作地址/數(shù)據(jù)分時(shí) 使用口線；不接外部存儲(chǔ)器時(shí)，可用作為8位準(zhǔn)雙向 I/O口

36、。 P1口：P1.0~P1.7，1~8腳，8位準(zhǔn)雙向I/O口。 P2口：P2.0~P2.7，21~28腳，8位準(zhǔn)雙向I/O口。外接存儲(chǔ)器時(shí)，作為高8位地址總線。 P3口：P3.0~P3.7，10~17腳，8位準(zhǔn)雙向I/O口，出于芯片引腳數(shù)的限制，P3口具有第二輸出、輸入功能。 2 I/O接口電路 MCS-51單片機(jī)有4個(gè)8位并行I/O口，P0～P3，共32根口線。每個(gè)端口都包括鎖存器（即SFR：P0-P3）、輸出驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器以及控制電路 系統(tǒng)總線：地址總線（16位）：P0（地址低8位）、P2口（

37、地址高8位） 數(shù)據(jù)總線（8位）：P0口（地址/數(shù)據(jù)分時(shí)使用）； 控制總線（6根）：P3口的第二功能、和9、29、30、31腳；供用戶(hù)使用的端口：P1口、部分未作第二功能的P3口；P0口作地址/數(shù)據(jù)時(shí)，是真正的雙向口，三態(tài)，負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL電路；P1～P3是準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為4個(gè)LSTTL電路。P0～P3在用作輸入之前必須先寫(xiě)“1”，即：（P0）=FFH ~（P3）=FFH 。 （4）MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) MCS-51存儲(chǔ)器可分為五類(lèi)：程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、特殊功能存儲(chǔ)器位尋址區(qū)、外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和擴(kuò)展I

38、/O口. 1) 程序存儲(chǔ)器ROM 1、程序存儲(chǔ)器作用及尋址范圍 作用：存放指令（程序）的存儲(chǔ)器，用PC作地址指針。 尋址范圍：0000～FFFFH，共64KB；片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址。 片內(nèi)：PC=0000～0FFFH； 片外：PC=1000～FFFFH； 2、ROM低端的幾個(gè)特殊入口地址 0000H：CPU開(kāi)始執(zhí)行指令時(shí)的第一個(gè)取指單元，每次執(zhí)行時(shí)PC的內(nèi)容總是0000H； 0003H~002B：中斷專(zhuān)用固定入口地址（系統(tǒng)規(guī)定）； 一般：我們總是從ROM的0030H單元開(kāi)始存放用戶(hù)指令

39、。 3、8031內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器 由于8031無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，需外接，因此， 端必須 4、8051、8751內(nèi)部有4KB ROM/EPROM外接低電平。 =0，使用外部程序存儲(chǔ)器； =1，使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器4KB空間，當(dāng)PC的值超過(guò)4KB范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器。 2) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM 1、片內(nèi)128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為三部分 （1）工作寄存器區(qū)0區(qū)~3

40、區(qū) 地址從00H~1FH，共有32個(gè)字節(jié)。每8個(gè)字節(jié)（記作R0~R7）構(gòu)成一個(gè)區(qū)，共4個(gè)區(qū)。工作寄存器區(qū)的選擇由程序狀態(tài)字PSW中的RS1和RS0位的 確定。在8051芯片復(fù)位后，系統(tǒng)自動(dòng)指向工作寄存器0區(qū)。工作寄存器R0~R7在編程中極為有用，它一般用作數(shù)據(jù)緩沖寄存器，如果不用作工作寄存器，這個(gè)區(qū)域中的32個(gè)字節(jié)可以直接按字節(jié)訪問(wèn)，作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。 （2）位尋址區(qū) 該區(qū)域地址從20H到2FH，共16個(gè)字節(jié)，128位，使用指令可以尋址到位。對(duì)應(yīng)的位地址為00H~7FH。位地址的表示方法與片內(nèi)RAM字節(jié)地址的表示方法一樣，都是00H~7FH，但字節(jié)操作指令與位操作指令不同，使用時(shí)應(yīng)

41、注意區(qū)分。位地址還有一種表示方法，即用它們的字節(jié)地址加位數(shù)來(lái)表示。例如：位08H~0FH也可寫(xiě)成21.0~21.7等。其中，“.”之前為該位所在的字節(jié)地址，“.”之后為該位在該字節(jié)中的位號(hào)。 位尋址區(qū)是布爾處理器的一部分，該區(qū)域的16字節(jié)均可按字節(jié)訪問(wèn)。 （3）數(shù)據(jù)區(qū) 地址從30H到7FH，共80個(gè)字節(jié)，可作為用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，按字節(jié)訪問(wèn)。用戶(hù)堆棧通常在該區(qū)域開(kāi)辟。 3) 特殊功能寄存器區(qū)SFR 8051把CPU中的專(zhuān)用寄存器、并行端口鎖存器、串行口與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器內(nèi)的控制寄存器等集中安排到一個(gè)區(qū)域，離散地分布在地址80H~FFH范圍內(nèi)，這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為特殊功能寄存器區(qū)SFR。特殊功能寄存

42、器區(qū)共有128個(gè)字節(jié)，在物理上它和片內(nèi)128字節(jié)RAM分別占有高128字節(jié)地址區(qū)域和低128字節(jié)地址區(qū)域，構(gòu)成了連續(xù)的256個(gè)字節(jié)空間。在性質(zhì)上它們都屬于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8051共有21個(gè)特殊功能寄存器，其中程序計(jì)數(shù)器PC在物理上是獨(dú)立的。SFR區(qū)實(shí)際上定義了20個(gè)特殊功能寄存器，它們占據(jù)21個(gè)字節(jié)（DPTR占用兩個(gè)字節(jié)）。訪問(wèn)特殊功能寄存器，只能使用直接尋址方式。該區(qū)域內(nèi)的其它字節(jié)均無(wú)定義，訪問(wèn)它們是無(wú)意義的。 5.1.2 MCS-51單片機(jī)的工作方式 MCS-51系列單片機(jī)共有復(fù)位、程序執(zhí)行、低功耗、編程和校驗(yàn)四種工作方式，下面介紹前三種. 復(fù)位方式 1） 復(fù)位操作 復(fù)位

43、操作是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)在進(jìn)入運(yùn)行前和在運(yùn)行過(guò)程中程序出錯(cuò)或操作失誤使系統(tǒng)不能正常運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)行復(fù)位操作。復(fù)位操作后，程序?qū)?000H開(kāi)始重新執(zhí)行，復(fù)位時(shí)特殊功能寄存器的狀態(tài)如表2.6所示。除此之外，復(fù)位操作還使單片機(jī)的ALE和PSEN引腳信號(hào)在復(fù)位期間變?yōu)闊o(wú)效狀態(tài)。 2） 復(fù)位工作方式 單片機(jī)對(duì)復(fù)位信號(hào)的要求：一是復(fù)位信號(hào)為高電平，二是復(fù)位信號(hào)有效持續(xù)時(shí)間不少于24個(gè)振蕩脈沖（兩個(gè)機(jī)器周期）以上。在這里特別要提醒的是，在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果有幾片單片機(jī)同時(shí)工作，在程序上有連接關(guān)系，系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，應(yīng)確保每一片單片機(jī)同時(shí)復(fù)位。復(fù)位信號(hào)由單片機(jī)的RST引腳輸入，復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位

44、、按鍵復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，見(jiàn)圖2.5所示。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前有些單片機(jī)內(nèi)部帶有看門(mén)狗電路，當(dāng)程序進(jìn)行出錯(cuò)或進(jìn)入了無(wú)休止循環(huán)時(shí)，看門(mén)狗電路將利用軟件強(qiáng)行使系統(tǒng)復(fù)位。 程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式。系統(tǒng)復(fù)位PC=0000H，程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行，考慮到單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的特殊性（0003H-0002BH共四十個(gè)單元，預(yù)留用于中斷程序），在0000H-0002H中放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，程序從指定的地址開(kāi)始執(zhí)行。 配合程序調(diào)試，程序又可運(yùn)行在單步、跟蹤、全速運(yùn)行三種執(zhí)行方式。目前一般仿真器都提供了這三種程序執(zhí)行方式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在線可編程（IS

45、P）單片機(jī)已經(jīng)走向應(yīng)用，如STT89C58、AT89S51、AT89S52芯片，都具有在線可編程功能。 低功耗工作方式 MCS-51單片機(jī)有待機(jī)和掉電保護(hù)兩種低功耗工作方式，單片機(jī)低功耗方式的設(shè)置是通過(guò)電源控制寄存器（PCON）的相關(guān)位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電源控制寄存器如下： MSB MSB LSB SMOD GF1 GF0 PD IDL SMOD 波特率培增位，在串行通信時(shí)使用，用

46、來(lái)輔助設(shè)置通信速度。 GF1 通用標(biāo)志位1。 GF0 通用標(biāo)志位0。 PD 掉電方式設(shè)置位，PD=1，進(jìn)入掉電工作方式。 IDL 待機(jī)方式設(shè)置位，IDL=1，進(jìn)入待機(jī)工作方式。 PCON是一個(gè)8位的寄存器，不具備位尋址功能，設(shè)置任意一位都要通過(guò)字節(jié)尋址命令。 如：進(jìn)入掉電工作方式：MOV PCON，#02H 進(jìn)入待機(jī)工作方式：MOV PCON，#01H 待機(jī)工作方式 (1）待機(jī)工作方式特征 系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)工作方式，CPU停止工作，與CPU相關(guān)的特殊功能寄存器和全部通用寄存器被“凍結(jié)”在原狀態(tài)，此時(shí)振蕩器仍在工作

47、，中斷功能繼續(xù)存在。 （2）進(jìn)入待機(jī)工作方式設(shè)置 要使系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)工作方式，只要寄存器PCON中的IDL=1即可。指令 MOV PCON，#01H 實(shí)現(xiàn)待機(jī)工作方式設(shè)置。 （3）退出待機(jī)工作方式 在待機(jī)工作方式下，通過(guò)引入外中斷信號(hào)的方法，使待機(jī)工作方式退出。單片機(jī)在響應(yīng)外部中斷時(shí)，PCON．0位（IDL）被硬件自動(dòng)清“0”。這樣在中繼服務(wù)程序中只要用返回指令（RETI）即可使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。 掉電工作方式 （1）掉電工作方式的特征 單片機(jī)進(jìn)入掉電工作方式，只有內(nèi)部RAM單元的內(nèi)容被保存，其它一切工作都停止。 （2）掉電工作方式設(shè)置 要使系統(tǒng)進(jìn)入掉電工作方式，只要寄存器

48、PCON中的PD=1即可。指令 MOV PCON，#02H 實(shí)現(xiàn)掉電工作方式設(shè)置。 （3）掉電工作方式退出 當(dāng)電源恢復(fù)正常后，只要硬件復(fù)位信號(hào)維持10ms以上，即能使單片退出掉電保護(hù)工作方式。 5.2端口擴(kuò)展單元8255的介紹 8255可編程并行輸入/輸出接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)外圍接口電路。它采用NMOS工藝制造,用單一＋5V電源供電,具有40條引腳,采用雙列直插式封裝。它有A、B、C3個(gè)端口共24條I/O線，可以通過(guò)編程的方法來(lái)設(shè)定端口的各種I/O功能。由于它功能強(qiáng),又能方便地與各種微機(jī)系統(tǒng)相接,而且在連接外部設(shè)備時(shí),通常不需要再附加外部電路,所以得到了廣泛的應(yīng)用。

49、 8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu): 8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5―1所示,由以下幾部分組成。 數(shù)據(jù)端口A、B、C 8255有3個(gè)8位數(shù)據(jù)端口,即端口A、端口B和端口C。編程人員可以通過(guò)軟件將它們分別作為輸入端口或輸出端口，不過(guò)這3個(gè)端口在不同的工作方式下有不同的功能及特點(diǎn)，如表5―1所示。 圖5―1 8255 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 A組和B組控制電路 這是兩組根據(jù)CPU的命令字控制8255工作方式的電路。它們的控制寄存器先接受CPU送出的命令字,然后根據(jù)命令字分別決定兩組的工作方式,也可根據(jù)CPU的命令字對(duì)端口C的每1位實(shí)現(xiàn)按位“復(fù)位”或“置位”。 　　

50、 A組控制電路控制端口A和端口C的上半部(PC7~PC4)。 　　 B組控制電路控制端口B和端口C的下半部(PC3~PC0)。 表5―1 8255 端口功能表 8255的芯片引腳 8255是一種有40個(gè)引腳的雙列直插式標(biāo)準(zhǔn)芯片,其引腳排列如圖5―2所示。除電源(＋5V)和地址以外,其它信號(hào)可以分為兩組： (1)與外設(shè)相連接的有： 　PA7~PA0：A口數(shù)據(jù)線 　PB7~PB0：B口數(shù)據(jù)線 PC7~PC0：C口數(shù)據(jù)線 圖5―2 8255 的芯片引腳圖 (2)

51、與CPU相連接的有： D7~D0：8255的數(shù)據(jù)線,和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 RESET:復(fù)位信號(hào),高電平有效。當(dāng)RESET有效時(shí),所有內(nèi)部寄存器都被清除,同時(shí),3個(gè)數(shù)據(jù)端口被自動(dòng)設(shè)為輸入方式。 片選信號(hào),低電平有效。只有當(dāng)有效時(shí),芯片才被選中,允許8255與CPU交換信息。 讀信號(hào),低電平有效。當(dāng)有效時(shí),CPU可以從8255中讀取輸入數(shù)據(jù) 8255 的工作方式 8255有3種工作方式,即方式0、方式1和方式2,這些工作方式可用軟件編程來(lái)指定。3種工作方式的傳送示意圖如圖5―3所示。 圖5―3 8255 的3種工作方式 (a)

52、方式0； (b)方式1； (c)方式2 方式0(基本輸入/輸出方式) 這種工作方式不需要任何選通信號(hào),A口、B口及C口的高4位和低4位都可以設(shè)定為輸入或輸出。作為輸出口時(shí),輸出的數(shù)據(jù)均被鎖存;作為輸入口時(shí),A口的數(shù)據(jù)能鎖存,B口與C口的數(shù)據(jù)不能鎖存。 方式1(選通輸入/輸出方式) 在這種工作方式下,A口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口,C口的3位用來(lái)作為輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào);B口同樣可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口,C口的另3位用來(lái)作為輸入/輸出操作的控制和同步信號(hào)。在方式1下A口和B口的輸入數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)都能

53、被鎖存。 方式1下A口、B口均為輸入,在方式1下,A口和B口均工作在輸入狀態(tài)時(shí),需利用C口的6條線作為控制和狀態(tài)信號(hào)線,其定義如圖5―4(a)所示。 C口所提供的用于輸入的聯(lián)絡(luò)信號(hào)有： 　　 ① (Strobe)：選通脈沖信號(hào)(輸入),低電平有效。當(dāng)外設(shè)送來(lái)信號(hào)時(shí),輸入的數(shù)據(jù)被裝入8255的輸入鎖存器中。 　　 ②IBF(InputBufferFull)：輸入緩沖器滿信號(hào)(輸出),高電平有效。此信號(hào)有效時(shí),表示已有一個(gè)有效的外設(shè)數(shù)據(jù)鎖存于8255的口鎖存器中,尚未被CPU取走,暫不能向接口輸入數(shù)據(jù),它是一個(gè)狀態(tài)信號(hào)

54、 ③INTR(InterruptRequest)：中斷請(qǐng)求信號(hào)(輸出),高電平有效。當(dāng)IBF為高、 信號(hào)由低變高(后沿)時(shí),該信號(hào)有效,向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。 方式1 數(shù)據(jù)輸入過(guò)程如下：當(dāng)外設(shè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后,發(fā)出信號(hào),輸入的數(shù)據(jù)被裝入鎖存器中，然后IBF信號(hào)有效(變?yōu)楦唠娖?。 數(shù)據(jù)輸入操作的時(shí)序關(guān)系如圖5―5所示。 圖5―4 方式1下的信號(hào)定義 (a)A口、B口均為輸入時(shí)；(b)A口、B口均為輸出時(shí) 圖5―5

55、方式1下的輸入時(shí)序 方式1下A口、B口均為輸出 與輸入時(shí)一樣,要利用C口的6根信號(hào)線,其定義如圖5―4(b)所示。用于輸出的聯(lián)絡(luò)信號(hào)有： (1) (Acknowledge)：外設(shè)響應(yīng)信號(hào)(輸入),低電平有效。 (2) (OutputBuffeFull)：輸出緩沖器滿信號(hào)(輸出),低電平有效。 (3)INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)(輸出),高電平有效。 方式1下數(shù)據(jù)輸出過(guò)程如下： 當(dāng)外設(shè)接收并處理完1組數(shù)據(jù)后,發(fā)回響應(yīng)信號(hào)。 數(shù)據(jù)輸出操作的時(shí)序關(guān)系如圖5―6所示。應(yīng)當(dāng)指出,當(dāng)8255

56、的A口與B口同時(shí)為方式1的輸入或輸出時(shí),需使用C口的6條線,C口剩下的2條線還可以用程序來(lái)指定數(shù)據(jù)的傳送方向是輸入還是輸出,而且也可以對(duì)它們實(shí)現(xiàn)置位或復(fù)位操作。當(dāng)一個(gè)口工作在方式1時(shí),則C口剩下的5條線也可按照上述情況工作。 圖5―6 方式1下的輸出時(shí)序 方式2 8255只有A口具有這種雙向輸入輸出工作方式,實(shí)際上是在方式1下A口輸入輸出的結(jié)合。在這種方式下,A口為8位雙向傳輸口,C口的PC7~PC3用來(lái)作為輸入/輸出的同步控制信號(hào)。在這種情況下,B口和PC2~PC0只能編程為方式0或方式1工作,而C口剩下的3條線可作為

57、輸入或輸出線使用或用作B口方式1之下的控制線。 圖5―7 方式2下的信號(hào)定義 在方式2時(shí),其輸入輸出的操作時(shí)序如圖5―8所示。 1) 輸入操作 當(dāng)外設(shè)向8255 送數(shù)據(jù)時(shí),選通信號(hào)STBA[TX-]也同時(shí)送到,選通信號(hào)將數(shù)據(jù)鎖存到8255A的輸入鎖存器中,從而使輸入緩沖器滿信號(hào)IBFA成為高電平(有效),告訴外設(shè),A口已收到數(shù)據(jù)。選通信號(hào)結(jié)束時(shí),使中斷請(qǐng)求信號(hào)為高,向CPU請(qǐng)求中斷。 2)輸出操作 CPU響應(yīng)中斷,當(dāng)用輸出指令

58、向8255的A端口中寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí),會(huì)發(fā)出寫(xiě)脈沖信號(hào)。 圖5―8 方式2下的時(shí)序圖 8255與系統(tǒng)的連接 由于8255是Intel公司專(zhuān)為其主機(jī)配套設(shè)計(jì)制造的標(biāo)準(zhǔn)化外圍接口芯片,因此它與MCS-51單片機(jī)的連接是比較簡(jiǎn)單方便的。 一般來(lái)說(shuō),MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展的I/O接口均與片外RAM統(tǒng)一編址。由于單片機(jī)系統(tǒng)片外RAM的實(shí)際容量一般均不太大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到64KB的范圍,因此I/O接口芯片大多采用部分譯碼的方法,而用得比較多的則是直接利用地址線的線選法。這種方法雖然要浪費(fèi)大量的地址號(hào),但譯碼電路比較簡(jiǎn)

59、單。圖5―10就是一種較常用的連接實(shí)例。 圖5―10 8255 與8031的連接 圖5―10中,P0口為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口。數(shù)據(jù)通過(guò)P0口直接傳送,地址的低8位是需通過(guò)鎖存器74LS373得到的,而地址的高8位則由P2口傳送。 現(xiàn)采用線選法,利用高8位地址線的P2.7作為線選信號(hào),直接與8255A的片選端 相連,而A1、A0則與地址的最末2位相連。由圖5―10所示接法,可得到8255A各個(gè)端口的地址,如表5―3所示。 表5―3

60、8255A各端口的地址 ? 5.3 鍵盤(pán)顯示接口8279介紹 8279的組成及引腳 8279芯片有40條引腳，由單一+5V電源供電。它主要由以下幾部分組成： (1) I/O控制和數(shù)據(jù)緩沖器； (2) 控制和定時(shí)寄存器及定時(shí)控制部分； (3) 掃描計(jì)數(shù)器； (4)回送緩沖器與鍵盤(pán)去抖動(dòng)控制電路； (5)FIFO(先進(jìn)先出)寄存器和狀態(tài)電路； (6)顯示器地址寄存器及顯示RAM。 8279的引腳如圖5―17所示，下面對(duì)引腳名稱(chēng)作簡(jiǎn)要說(shuō)明。 DB0~DB7:

61、雙向數(shù)據(jù)總線。 A0：命令狀態(tài)或數(shù)據(jù)選擇線。A0=1，表示從DB0~DB7線上傳送的是命令或狀態(tài)字；A0=0表示為數(shù)據(jù)。 IRQ：中斷請(qǐng)求線。 SL0~SL3:掃描線。可進(jìn)行譯碼掃描(4選1)，也可進(jìn)行編碼掃描(16選1)，但要使用4-16譯碼器。若用3-8譯碼器的話，則掃描線為8選1。 RL0~RL7:回送線。內(nèi)部有上拉電阻，從此線上得到鍵盤(pán)的回掃信號(hào)。 OUTA0~OUTA3、OUTB0~OUTB3:顯示器刷新寄存器輸出，與掃描線同步。 圖5―17 8279引腳圖 5.4 硬件電路設(shè)計(jì) （1）自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的

62、電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩大塊,如圖示收信電路 圖a中,發(fā)信盤(pán)上的4只霍爾開(kāi)關(guān),都有三個(gè)引腳,第1腳接+12V電源,第2腳接+12V地,第3腳為輸出.轉(zhuǎn)位時(shí)刀臺(tái)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn),當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某以個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)時(shí),其輸出端第3腳輸出低電平;當(dāng)磁鐵離開(kāi)時(shí),第3腳輸出高電平.4只霍爾開(kāi)光輸出的4個(gè)刀位信號(hào)T1-T4分別送到圖b的4只光耦合器進(jìn)行處理,經(jīng)過(guò)光電隔離的信號(hào)再送給I/O接口芯片8255的PC4-PC7. （2）發(fā)信電路 圖c為刀架電動(dòng)機(jī)正反控制電路,I/O接口芯片8255的PA6A與PA7分別控制刀架電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn).其中KA1為正轉(zhuǎn)繼電器的線圈,KA2 為反轉(zhuǎn)繼電器的線圈.因刀

63、架電動(dòng)機(jī)的功率只有90W,所以圖d中刀架電動(dòng)機(jī)與380V市電的接通可以選用大功率直流繼電器,而不必采用繼電器-接觸器控制電路,以節(jié)約成本,較低故障率.圖c中,正轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點(diǎn)串聯(lián),而反轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點(diǎn)串聯(lián),這樣就構(gòu)成了正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖電路,以防操作系統(tǒng)失控時(shí)導(dǎo)致短路現(xiàn)象.KA1與KA2的觸點(diǎn)接通380V電壓時(shí),會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的火花,并通過(guò)電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的正常工作,為此,在圖d中布置了3對(duì)R-C阻容用來(lái)滅弧,以抑制火花產(chǎn)生. ? 電氣化原理圖 a)發(fā)信盤(pán)上的霍爾元件 b）刀位信號(hào)的處理 c)刀架

64、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 d）刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn) 5.5 控制軟件設(shè)計(jì) 對(duì)于四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架來(lái)說(shuō),它最多裝4把刀具,設(shè)計(jì)控制軟件,使其選中任意以把刀具 ,讓其轉(zhuǎn)到工作位置, 設(shè)控制系統(tǒng)的 CPU為AT89C51單片機(jī),擴(kuò)展8255芯片作為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制,已知8255芯片的控制地址2FFFH，則匯編程序清單如下： T01:??? MOV???? DPTR,?? #2FFEH?????? ;指向8255的PC口 ?????? MOVX??? A,????? @DPTR?????? ；讀取PC口的內(nèi)容 ?????? JNB??????

65、 ACC.4, ?TEND???????? ；測(cè)試PC4=0?若是，則說(shuō)明1#已在工作 ????????????????????????????????????????? 位置，程序轉(zhuǎn)到TEND ?????? MOV???? DPTR,??? #2FFCH????? ;指向8255的PA口地址 ?????? MOVX??? A,?????? @DPTR????? ;讀取PA口鎖存器的內(nèi)容 ?????? CLR????? ACC.6??????????????? ;令PA6=0,刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)有效 ?????? SETB? ???ACC.7??????????????? ;令P

66、A7=1,刀架電動(dòng)機(jī)無(wú)效 ?????? MOVX??? @DPTR,? A?????????? ;刀架電動(dòng)機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn) ?????? CALL???? DE20MS????????????? ;延時(shí)20ms YT01:? MOVX??? DPTR,#2FFEH???????? ;指向8255的PC口 ?????? MOVX??? A,? @DPTR?????????? ;第二次讀取PC口內(nèi)容 ?????? JB??????? ACC.4.? YT11?? ??????;PC4=0? ?????? CALL???? DE20MS????????????? ;延時(shí)20ms YT21:? MOV????? DPTR,? #2FFEH?????? ;指向8255的PC口 ?????? MOVX??? A,??? @DPTR???????? ;第三次讀取PC口內(nèi)容 ?????? JB??????? ACC.4,? YT21????????? ;PC4=0？ ?????? MOV????? DPTR,#2FFCH???????? ;指向PC口 ??????