C6163車床改造課程設計C6163車床縱向進給機構數(shù)控化改造

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1、 C6163車床縱向進給機構數(shù)控化改造 第 40 頁 共 40 頁 目目錄 1一、緒論 3 11.1選題目的及意義 3 11.2 設計任務及總體方案的確定 3 1二、機械系統(tǒng)的改造設計 6 12.1主傳動系統(tǒng)的改造 6 22．2主軸脈沖發(fā)生器的安裝 6 22.3 進給系統(tǒng)的改造 6 22.4 安裝防護 6 2三、進給傳動部件的計算與選型 7 23.1 切削力的計算 7 23.2滾珠絲杠螺母副的計算與選型 8 23.3 同步帶減速機構設計 13 2四、電動機的計算與選型 17 24.1 縱向直流電動機的計算與選型 18 24.2 同步帶傳動功率的校核 22

2、 2五、電動機驅(qū)動電路設計 22 35．1光電隔離電路 22 35.2 單極性可逆PWM電路設計 23 3六、數(shù)控系統(tǒng)設計 23 36.1硬件電路設計 24 3七、數(shù)控系統(tǒng)軟件設計 37 3總結 38 3致謝 39 3參考文獻 40 一 緒論 1．1 選題目的及意義 車床是金屬切削加工最常用的一類機床，當工件隨主軸回轉(zhuǎn)時，通過到家的縱向和橫向移動，能夠加工內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋等，借助成型刀具，還能加工各種成形回轉(zhuǎn)表面。 臥式車床刀架的縱向和橫向進給運動，是由主軸回轉(zhuǎn)運動經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進給箱變速后，由光杠或

3、絲杠帶動溜板箱、床鞍以及中滑板產(chǎn)生移動。進給參數(shù)依靠手工調(diào)整，改變參數(shù)時需要停車。刀架的縱向進給和橫向進給不能聯(lián)動，切削次序需要人工控制，致其效率低下并且無法加工復雜的回轉(zhuǎn)零件。 對普通車床的數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改成用微機控制的并能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)；將手動刀架換成能自動換刀的電動刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預先輸入的加工指令進行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)、切削順序和刀具都可按程序自動進行調(diào)節(jié)和更換，再加上縱、橫向的聯(lián)動進給功能，所以，可以加工出普通車床加工不了的曲線、曲面等復雜零件。加工精度高，尺寸分散度小，易于裝配。可以實現(xiàn)多工序集中加工，提高了相

4、關加工精度，同時減少被加工零件在機床間的頻繁搬運。擁有自動補償?shù)裙δ?，簡化了傳統(tǒng)機床加工工藝中的工序，機床利用率大幅度提高。由于采用自動化加工技術，可大大降低操作者的勞動強度，減少廢品的產(chǎn)生，提高工作效率。 1．2 設計任務與總體方案的確定 將C6163普通車床（如圖1-1所示）改造成采用16位單片機半閉環(huán)控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床，要求該車床進給兩坐標聯(lián)動并且能夠?qū)崿F(xiàn)直線插補和圓弧插補并增配自動回轉(zhuǎn)刀架和主軸脈沖發(fā)生器，能車削螺紋。 圖1-1 普通車床C6163 1.2.1 已知參數(shù)及設計參數(shù) 最大加工直徑：630； 床鞍

5、上最大加工直徑：350； 最大加工長度：1500； 縱向?qū)к夐L度：2000； 主電動機功率：11； 冷卻泵電機功率：0.12； 主軸通孔直徑：105； 主軸轉(zhuǎn)速：14級 12.5～1120； 托板和刀架的總重力G：1500； 最大進給速度：縱向：， 橫向：0.4； 最大刀架快移速度：縱向：6， 橫向：4； 脈沖當量：縱向：0.01/脈沖， 橫向：0.005/脈沖； 定位精度：縱向：0.01， 橫向：0.005； 啟動加速時間：縱向：200； 橫向：100； 電動刀架

6、轉(zhuǎn)位數(shù)：4 1．2．2 系統(tǒng)總體方案設計 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設計應考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式、進給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進給傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。 （1）系統(tǒng)的運動方式：該車床改造后應具有單坐標定位，兩坐標直線/圓弧插補的功能。所以數(shù)控系統(tǒng)應設計成連續(xù)控制型。 （2）進給伺服系統(tǒng)的類型：按任務要求采用步進電機的開環(huán)控制系統(tǒng)。這樣改造后的車床屬于經(jīng)濟型數(shù)控車床，在保證一定加工精度的前提下，簡化了結構，降低了成本。 （3）數(shù)控系統(tǒng)處理器的選擇：依據(jù)技術指標中最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟性要求，決定選用MCS-51系列的8位單片機作為數(shù)控

7、系統(tǒng)的CPU。MCS-51系列8位機具有功能多、速度快、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的要求，需要擴展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等；還要選擇步進電動機的驅(qū)動電源以及主軸電動機的交流變頻器等。 （5）為了加工安全還需安裝縱向和橫向限位開關。 （6）主軸電動機的交流變頻器的選擇及主軸脈沖發(fā)生器的選擇。 （7）為了達到設計要求中的速度和精度，縱向與橫向進給傳動應選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動間隙、提高傳動剛度，滾珠絲杠 的螺母應有預緊機構。 （8）為了滿足脈沖當量的設計要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時也

8、為了是傳動系統(tǒng)的負載慣量勁可能地減小，傳動鏈中應設有減速機構。減速機構選則同步帶，其綜合了帶傳動、鏈條傳動以及齒輪傳動的優(yōu)點，在許多領域已經(jīng)替代了齒輪傳動和鏈傳動。 二 機械系統(tǒng)的改造設計 2．1 主傳動系統(tǒng)的改造 普通車床進行數(shù)控化改造時，為了減少工作量，一般保留原有的主傳動機構和變速操縱機構。改造后使其主運動和進給運動分離，主電機的作用僅為帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止由數(shù)控系統(tǒng)來控制。 若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速，可用2-4速的多速電動機代替原有的單速主電動機；當多速電動機仍不滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸電動機，以實現(xiàn)無極變速。

9、采用交流變頻器實現(xiàn)主軸電機的無極變速，本設計選用F1000-G0110T3C型變頻器，該型號適配電機11KW，額定輸出電流為23A。 2．2主軸脈沖發(fā)生器的安裝 主軸脈沖發(fā)生器是為了加工螺紋而安裝的主軸檢測裝置，微機從主軸脈沖發(fā)生器中取出與螺距相應的脈沖數(shù)，使主軸旋轉(zhuǎn)角度與進給量保持一定關系，確保螺距的準確性。主軸脈沖發(fā)生器的安裝通常有兩種：一種是同軸安裝，另一種是異軸安裝。一般經(jīng)濟型數(shù)控改造多采用同軸安裝。本設計選用1200線主軸脈沖發(fā)生器，采用同軸安裝方式并采用波紋管與主軸柔性連接，該連接方式在實現(xiàn)角位移傳遞的同時，能夠吸收車床的部分振動，從而使脈沖發(fā)生器平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。 2．3 進給系

10、統(tǒng)的改造 拆除掛輪架所有齒輪并尋找主軸，安裝主軸脈沖發(fā)生器；拆除原機床進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光桿、操縱桿、齒條等；在縱溜板、橫溜板的下面絲杠螺母座托架；在原進給箱位置安裝縱向伺服電機與減速箱總成，在橫溜板后部安裝橫向伺服電機與減速箱總成；拆除四方刀架及上溜板總成，在橫溜板上方安裝電動刀架。 2．4 安裝防護 普通車床的數(shù)控化改造中應根據(jù)實際情況采取相應的防護措施，比如滾珠絲杠副由于精度要求較高，工作時需防塵防灰，尤其不能讓金屬削進入滾道，所以縱向絲杠應安裝防護罩。大托板與導軌接觸的兩端面要貼上橡膠片，防止雜質(zhì)進入滑動導軌面損傷導軌。 三 縱向進給傳動部件的計算和選型 3．1

11、 切削力的計算 切削力是指在切屑過程中產(chǎn)生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力，或通俗的講是在切削加工時，工件材料抵抗刀具切削時產(chǎn)生的阻力。車削外圓時的切削力如圖3-1所示。主切削力與切削速度的方向一致，垂直向下，是計算車床主軸電動機切削功率的依據(jù)；進給力與進給方向平行且方向相反；背向力與進給方向相垂直，對加工精度的影響較大。 Fz Fx Fy 圖3-1 車削力分析 設工件材料為碳素結構鋼，σb=650MPa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角60，前角10，刃傾角-5,；切削用量為：背吃刀量

12、ap=3mm，進給量f=0.6mm/r，切削速度為105m/min。 查表3-1，得： =2795 =1.0 =0.75 =-0.15 查表3-3，得主偏角的修正系數(shù)=0.94；刀傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為1.0. 由經(jīng)驗公式 得： =2673.4N 由：：=1:0.35:0.4，算得縱向進給切削力==935.69N， ==1069.36N 3.2滾珠絲杠螺母副的計算和選型 滾珠絲杠副的作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，其螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動。螺

13、母上設有返向器，與螺紋滾道構成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過盈配合，可設置預緊裝置。為延長工作壽命，可設置潤滑件和密封件。 3．2．1 精度的選擇 滾珠絲杠副的精度直接影響數(shù)控機床的定位精度，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，其導程誤差對機床定位精度最明顯。一般在初步設計時設定絲杠的任意300行程變動量應小于目標設定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗算中確定。對于車床，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1～3級（1級精度最高），Z軸為2～5級，考慮到本設計的定位精度要求和改造的經(jīng)濟性，選擇X軸精度等級為3級，Z軸為4級。 3．2．2 絲杠導程的確定 選擇導程跟所需要

14、的運動速度、系統(tǒng)等有關，通常在：4、5、6、8、10、12、20中選擇，規(guī)格較大，導程一般也可選擇較大（主要考慮承載牙厚）。在速度滿足的情況下，一般選擇較小導程（利于提高控制精度），本設計中初選縱向絲杠導程為8，橫向絲杠導程為5。 3． 2．3 最大工作載荷的計算 最大工作載荷是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動工作臺時所承受的最大軸向力，也叫進給牽引力,其實驗計算公式如表3-1所示。 表3-1 實驗計算公式及參考系數(shù) 導軌類型 實驗公式 矩形導軌 1.1 0.15 燕尾導軌 1.4 0.2 綜合或三角導軌 1.15 0.15-0.18 表中為考慮顛覆

15、力矩影響時的實驗系數(shù)；為滑動導軌摩擦系數(shù)；為移動部件總重量。 查表3-1選擇綜合導軌，取1.15,取0.16,為1500； 算得=1.15935.69+0.16（2673.4+1500） =1743.8 3．2．4 最大動載荷的計算 載荷隨時間急劇變化且使構件的速度有顯著變化（系統(tǒng)產(chǎn)生慣性力），此類載荷為動載荷。比如起重機以等速度吊起重物，重物對吊索的作用為靜載，起重機以加速度吊起重物，重物對吊索的作用為動載。 對于滾珠絲杠螺母副的最大動載荷計算公式如下： 式中：—滾珠絲杠副的壽命系數(shù)，單位為r，（T為使用壽命，普通

16、機床T取5000-10000h，數(shù)控機床T取15000h；n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速）； —載荷系數(shù)，一般取1.2～1.5，本設計取1.2； —硬度系數(shù)（HRC58時取1.0；等于55時取1.11；等于52.5時取1.35；等于50時取1.56；等于45時取2.40）； —滾珠絲杠副的最大工作載荷，單位為N。 本設計中車床Z向承受最大切削力條件下最快的進給速度,初選絲杠基本導程，則絲杠轉(zhuǎn)速。取滾珠絲杠使用壽命，帶入得=90（單位r）；加工過程平穩(wěn)或輕度沖擊，取載荷系數(shù)，硬度系數(shù)，代入，求得 ：=9377.6N。 3．2．5 滾珠絲杠螺母副的選型 初選滾珠絲桿

17、副時應使其額定動載荷, 當滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下長時間承受工作載荷時，還應使額定靜載荷。 根據(jù)計算出的最大動載荷=9377.6N,選擇江蘇啟東潤澤機床附件有限公司生產(chǎn)的FL5008-3型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母螺紋式預緊，精度等級為4級，其參數(shù)如表3-2所示。 表3-2 FL5008-3型滾珠絲杠相關參數(shù) 公稱直徑/ 導程/ 鋼球直徑/ 絲杠外徑/ 絲杠底徑/ 額定載荷/ 接觸剛度 / 1897 50 8 4.763 48.6 45.24 66 31 3．2．6 滾珠絲杠副的支承方式 滾珠絲杠副的支

18、承主要用來約束絲杠的軸向竄動，為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合?？紤]到縱向絲杠長度較大，本設計縱向絲杠采用雙推—雙推支承方式，該方式臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性高，有熱膨脹的余地。 3．2．7 傳動效率的計算 滾珠絲杠的傳動效率一般在0.8～0.9之間，其計算公式如下： = 式中：—螺距升角，根據(jù),可得=2.91； —摩擦角，一般取=10′。 算得： =94.57% 3． 2．8 剛度的驗算 滾珠絲杠副工作時受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，引起導程的變化，從而影響定位精度和運動的平穩(wěn)性。軸向變形主要包括

19、絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母間滾道的接觸變形、支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形。 因轉(zhuǎn)矩和絲杠-螺母滾道接觸對絲杠產(chǎn)生的導程變化很小，所以、可以忽略不計，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量為： =（“+”號代表拉伸，“-”代表壓縮） 式中：—絲杠的最大工作載荷，單位為； —滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為； —絲杠材料的彈性模量，鋼； —絲杠的橫截面面積，單位按絲杠螺紋的底徑確定。 根據(jù)前面的設計，為1743.8，取1990，為45.24，算得： 查表3-3可知，,所以剛度足夠。 表3-3 有效行程內(nèi)的目標行程

20、公差和行程變動量 有效行程 精度等級 1 2 3 4 5 大于 至 — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 400 500 8 7 10 9 15 13 20 19 27 26 1600 2000 18 13 25 18 35 25 48 36 65 51 3． 2．9 壓桿穩(wěn)定性校核 由于滾珠絲杠本身比較細長又受軸向力的作用，若軸向負載過大，則會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不失穩(wěn)時的臨界載荷Fk應該滿足： = 式

21、中：—絲杠支承系數(shù)，雙推-雙推方式時，取4，其他方式如表3-4所示； —滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取2.5～4，垂直安裝時取最小值，本設計取4； —滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為，本設計中該值為1990； —按絲杠底徑確定的截面慣性矩（，單位為）,本設 中將代入算出=205513.36。 由以上數(shù)據(jù)可以算出： 臨界載荷遠大于工作載荷（3233.76N），故絲杠不會失穩(wěn)。 表3-4 絲杠支承系數(shù) 支承方式 雙推-雙推 雙推-簡支 單推-單推 雙推-自由 取值 4 2 1 0.25

22、 3．3 同步帶減速機構設計 同步帶也叫同步齒形帶，它綜合了帶傳動、鏈條傳動以及齒輪傳動的優(yōu)點，主要用在驅(qū)動帶輪與被動帶輪之間要求有固定傳動比的情況。同步帶是通過帶上的凸齒與帶輪上的齒槽強制嚙合而工作，即當主動帶輪轉(zhuǎn)動時能通過帶齒與帶輪的依次嚙合將動力傳給從動輪，因此主動輪和從動輪的線速度相同。同步帶的張緊力小，輪軸上的壓力輕，因此可以延長軸承的使用壽命。同步帶結構簡單、緊湊，工作時不會打滑，線速度可達，可用于高速場合，傳動比可達到10，效率可達98%，維護保養(yǎng)方便，運轉(zhuǎn)費用低，因此應用日益廣泛。 3．3．1 傳動比的確定 　　初選電機型號為110BYG2602，四相混合式

23、，最大靜轉(zhuǎn)矩為，步距角為 由和可得： 式中：—電機編碼器分辨率，單位為度/脈沖； —絲杠分辨率，單位為度/脈沖； —絲杠導程，其值為8； —脈沖當量，本設計中Z軸為0.01/脈沖。 初選電機型號為130BYG2502，查表4-5知：步距角為0.9。 所以傳動比 由縱向床鞍的最快移動速度，可以算出主動輪的 最高轉(zhuǎn)速： 3．3．2 傳遞功率的估算 由運動學可知，對該傳動機構傳遞功率的研究只要考慮三種工作狀態(tài)，他們 分別是：最大負載且最大工進速度、快速空載啟動、最快空載移動。由運動學可 知，最后一種狀態(tài)的傳遞功率一定小于快

24、速空載啟動（最后時刻）的瞬時傳遞功 率，所以只需要比較前二者。 預選步進電機在轉(zhuǎn)速為 750時，對應的步進電機脈沖頻率為。 從表6-4查得，當脈沖頻率為6000Hz時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩約為 對應的輸出功率為 據(jù)表3-18取工作情況系數(shù)KA=1.2，則由公式（3-14），求得帶的設計功率。 3．3．3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的設計功率Pd，查表3-6選擇同步帶，型號為H型，節(jié)距。 表3-6 同步帶型號 型號 節(jié)距/ 基準帶寬傳遞功率范圍/ 基準帶寬/ 說明 XL(特輕型) 5.080 0.004～0.573 9.5 GB/

25、T 11616-1989 GB/T 11362-1989 L（輕型） 9.525 0.05～4.76 25.4 H（重型） 12.700 0.6～55 76.2 3．3．4 確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑 Ｈ型小帶輪轉(zhuǎn)速在時的最少許用齒數(shù)為14，為了提高傳動精度， 取小齒輪數(shù)，則小帶輪節(jié)圓直徑，根據(jù)傳動比 算出大齒輪數(shù)，則大帶輪節(jié)圓直徑。 當主動輪最高轉(zhuǎn)速時，同步帶的線速度為： 遠小于Ｈ型帶的極限速度，所以滿足要求。 3．3．5 中心距、節(jié)線長度和帶齒數(shù)的確定 初選中心距，圓整后取。則帶的節(jié) 線長度。根據(jù)，《數(shù)控技術課程設計指導書》表3-

26、13，選取接近的標準節(jié)線長度，相應的齒數(shù)z=４８。 實際中心距。 3．3．6 校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) 嚙合齒數(shù) ，式中為取整函數(shù)。一般情況下，應該保證。當不滿足要求時，可以增大或不變時減小節(jié)距。 通過計算，得出， 滿足要求。 3．3．7 計算基準額定功率 基準額定功率就是所選型號同步帶在基準寬度下所允許傳遞的額定功率，其計算公式如下： 式中： —單位為； —帶寬為基準帶寬b時的許用工作拉力，單位N，如表3-8所示； —帶寬為基準帶寬b時的單位長度質(zhì)量（線密度），單位； —同步帶線速度

27、，上述3.3.4中已算出其值為2.38。 表3-8 同步帶基準寬度下的許用拉力和線密度 帶型號 基準帶寬b/ 許用拉力/ 線密度/ XL 9.5 50.17 0.022 L 25.4 244.46 0.095 H 76.2 2100.85 0.448 經(jīng)計算， 3．3．8 確定實際同步帶寬度 實際所需同步帶寬度的計算公式如下： 式中：—選定型號的基準寬度，Ｈ型其值為19.1； —小帶輪嚙合系數(shù)，根據(jù)《數(shù)控技術課程設計指導書》表3-22，當時，其值為1。 經(jīng)計算得出：17.６2。根據(jù)《數(shù)控技

28、術課程設計指導書》表3-11，選定最接近的帶寬19.1，若選擇雙邊擋圈，則最小寬度20.3mm，擋圈厚度為2mm。 3．3．9 同步帶工作能力的驗算 用下式來計算同步帶的額定功率: 式中：—齒寬系數(shù)，其值為。 —小帶輪嚙合系數(shù)，取1； 經(jīng)計算得出：,所以滿足要求。 四　電動機的選擇及其驅(qū)動電路設計 直流電動機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早能實現(xiàn)調(diào)速的電動機。長期以來一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，較高的效率，優(yōu)異的動態(tài)特性。隨著永磁材料和工藝的發(fā)展，已將直流電動機的勵磁部分用永磁

29、材料代替，產(chǎn)生永磁直流電動機，這種電機結構簡單，用電量少，所以目前在中小功率范圍內(nèi)運用廣泛。 近年來，直流電動機的結構和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計算機進入控制領域以及新型電力電子功率元件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關功率元件進行脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制方式已成為主流，并作為其數(shù)字控制的基礎。如果直流電機要求工作在正反轉(zhuǎn)場合，這時還需要使用可逆PWM控制方式，其又分為單極性驅(qū)動與雙極性驅(qū)動兩種，一般大功率電機驅(qū)動采用單極性驅(qū)動方式。 電動機的驅(qū)動離不開半導體功率器件，在對直流電機電樞電壓的控制和驅(qū)動中，對半導體功率器件的使用上又可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動和開關驅(qū)動，由于前者在工

30、作時有大量功率消耗在元器件上，致使效率很低，因此絕大多數(shù)直流電機采用開關驅(qū)動方式，該方式是使半導體功率器件工作在開關狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制來控制電動機的電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。 4．1 縱向步進電動機的計算與選型 4．1．1 轉(zhuǎn)動慣量的折算 折合到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量如下： 式中： —電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，單位為，本設計初選電機值為15； 、—同步帶帶輪的轉(zhuǎn)動慣量，單位為； 、分別為帶輪的外徑和寬度，單位為； —滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量，取值為112.1

31、3； 、—分別為重力加速度，取9.8和導程，其值換算為 0.8。 計算得出： = 4．1．2 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩 加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量分為快速空載啟動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。 1) 快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩 由《數(shù)控技術課程設計指導書》式4-8式可知包括三部分：快速空 載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩、移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)《數(shù)控技術課程設計指導書》式4-12式可知，相對于和很小，可以忽略不

32、計。則有 根據(jù)式4-9，考慮縱向傳動鏈的總效率=0.9，計算快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 其中——對應縱向空載最快移動速度的步進電機最高轉(zhuǎn)速，為750r/min ——步進電機由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時間，為0.2s 其中： 式中——縱向空載最快移動速度，為3600mm/min ——縱向步進電機步距角，為0.75 ——縱向脈沖當量，本設計中為0.01mm/脈沖 帶入=750r/min。 將上面數(shù)值帶入=2.301Nm 由式4-10可知，移動部件運動時，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為: 式中——導軌的摩擦因數(shù)，滑動導軌取1.6 ——垂直方向

33、的負載，空載取0 ——縱向傳動鏈總效率，取0.9 將上面數(shù)據(jù)帶入=0.17Nm 最后帶入=２.３０１+0.17Nm=２.４７Nm 2） 最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩 由式4-13可知: 包括三部分：折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩、移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。相對于和很小，可忽略不計。則有： 其中，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負載轉(zhuǎn)矩由式 計算可得 =0.662Nm 再由式4-10計算承受最大工作負載狀態(tài)下，移動部件運動時折算到電動機

34、轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： 將數(shù)值帶入上式得=0.473Nm 最后由式，求得最大工作負載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩：=0.662+0.473=1.135Nm 經(jīng)過上述計算后，得到加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的最大 等效負載轉(zhuǎn)矩： =max{，}=2.47Nm 3）步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當電網(wǎng)電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應滿足： Nm 對于前面預選的110BYG2602型步進電動機，由表4-5可知，其最大靜轉(zhuǎn)矩=20Nm，可見完全滿足上式的要求。 4）步進電動機的性能校核 ①最快工

35、進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務書給定縱向最快工進速度=800mm/min，脈沖當量=0.01mm/脈沖，由式4-16求出電動機對應的運行頻率 從表4-7可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=14.6Nm，遠大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩=2.47Nm ，滿足要求。 ②最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務書給定縱向最快空載移動速度，仿照式4-16求出電動機對應的運行頻率 從表4-7可以看出，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=10 Nm，大于快速空載啟動時的負載轉(zhuǎn)矩=2.47Nm，滿足要求。 ③最快空載移動時電機運行頻率校核 最快空載移動速度，對應電動機運行頻率=6000Hz。查表4

36、-5可知110BYG2602的極限運行頻率為20000Hz，可見沒有超出極限。 ④啟動頻率的計算 已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量=，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，查表4-5可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時最高空載啟動頻率=1800Hz，則由式4-17可以求出步進電機克服慣性負載的啟動頻率為： 783Hz 上式說明，要想保證步進電機起步時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于783Hz。實際上，在采用軟件升降頻時，啟動頻率選的很低，通常只有100Hz。綜上所述，本例中縱向進給系統(tǒng)選用110BYG2602步進電動機，可以滿足設計要求。 4．2同步帶傳遞功率的校核 分兩種工作

37、情況，分別進行校核。 （1）快速空載啟動 電動機從靜止到加速至=750r/min，，同步帶傳遞的負載轉(zhuǎn)矩=2.47Nm,傳遞的功率為 （2）最大工作負載、最快工進速度 帶需要傳遞的最大工作負載轉(zhuǎn)矩=1.135Nm，任務書給定的最快工進速度，對應電動機轉(zhuǎn)速 160r/min， 傳遞的功率為 可見，兩種情況下同步帶傳遞的負載功率均小于帶的額定功率668.73W。因此選擇的同步帶功率合格。 5電動機驅(qū)動電路設計 5．1 光電隔離電路 光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號,對輸入和輸出電路可以進行隔離.因而具有良好的電絕緣能力并能夠有效地抑制系統(tǒng)

38、噪聲，消除接地回路的干擾，具有響應速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等特點。光電隔離在強-弱電接口、特別是在微機系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應用。 光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關信號（數(shù)字信號）的傳輸，不適合于傳輸模擬量；線性光耦的電流傳輸手特性曲線接進直線，并且小信號時性能較好，能以線性特性進行隔離控制。 5．2 單極性可逆PWM電路設計 可逆PWM電路分雙極性和單極性兩種，前者有低速運行平穩(wěn)的優(yōu)點，但存在著電流波動大，功率損耗大的缺點，尤其是必須增加死區(qū)來避免開關直通的危險，限制了開關頻率的提高，因此只

39、用于中小功率直流電機的控制。由于本設計選用的直流電機功率較大，尤其是在啟動加速時刻，故選擇后者。單極性驅(qū)動又分T型和H型，以H型應用最多。一般對中大功率的直流電機驅(qū)動電路可以用相應的MOS管和續(xù)流二級管（肖特基管）搭建H橋驅(qū)動電路。使用MOS管，其開關速度快，同時又是電壓驅(qū)動型，驅(qū)動電路簡單而且導通后內(nèi)阻小，通過電流大，這樣加在電機的電壓就接近電源電壓，使電機能正常工作。使用續(xù)流二級管，用來保護元器件不被感應電壓擊穿或燒壞，以及提供電機制動回路。 6 數(shù)控系統(tǒng)設計 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的“大腦”，其設計也是普通機床進行數(shù)控化改造的核心工程，對機床而言，數(shù)控系統(tǒng)通過對輸入的加工程序進行

40、數(shù)據(jù)處理和運算后，輸出控制信號，控制主軸、進給軸和其他輔助裝置正確、及時和可靠地執(zhí)行加工程序所規(guī)定的任務，同時接受從機床反饋來的各種信息，對機床控制進行調(diào)整。任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，在處理信息方面，軟件和硬件對要完成的任務是等價的，硬件處理速度快，線路復雜，軟件設計靈活，適應性強，但速度較慢。隨著高性能微處理器的誕生，現(xiàn)代數(shù)控已越來越傾向于軟件控制。 數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運算是插補運算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補償。位置控制的實質(zhì)就是位置負反饋，即指令位置和實際位置進行比較，用位置偏差進行控制；插補運算就是根據(jù)加工程序所確定的坐標點，通過一定的運算法則實時

41、獲得位置指令；刀具補償就是要解決編程軌跡和刀具中心不相符的矛盾。 6．1 硬件電路設計 6．1．1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其使用微機結構的劃分，一般可分為單微處理器和多微處理器結構兩大類。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結構簡單，價格便宜，在一些標準型數(shù)控系統(tǒng)中應用廣泛。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足當今數(shù)控機床高速度、高精度和許多復雜功能的要求，代表當今數(shù)控發(fā)展的水平。根據(jù)設計任務要求，本設計將采用較經(jīng)濟的單微處理器數(shù)控結構，對于一般切削加工而言，其速度和精度已能滿足實際要求。 數(shù)控機床單微處理器硬件結構電路概括起來有以下幾個部分組成： （1）中央處理單元CPU； （

42、2）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線； （3）存儲器，包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器； （4）輸入輸出接口電路； （5）外圍設備，如鍵盤、顯示器及光電編碼器等。 6．1．2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 根據(jù)設計要求，確定數(shù)控系統(tǒng)應具有以下功能： (1) 讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)； (2) 讀取操作面板開關及按鈕信號； (3) 讀取螺紋/光電編碼器信號 ； (4) 讀取電動刀架刀位信號； (5) 接受車床行程開關信號； (6) 控制LED顯示； (7) 控制電動刀架自動選刀； (8) 控制縱向、橫向電動機驅(qū)動； (9) 控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止； (10)

43、 控制交流變頻器； (11) 控制冷卻泵啟停； (12) 可與PC進行串行通信。 綜合上述所要實現(xiàn)的功能，選用intel8031作為主控芯片，接晶振電路、復位電路，由于8031無內(nèi)部存儲器，選用2764作為程序存儲器，選6264作為數(shù)據(jù)存儲器，8031P0口8位地址數(shù)據(jù)分時復用，因此得選74LS373鎖存器，另外考慮到8031IO口較少，用8155擴展IO口，之后分別接刀架電機、縱橫向電機、6位數(shù)碼管、報警顯示等外圍電路。由于由8031控制的芯片較多，選74LS138譯碼器做片選，保證8031能夠準確尋址并發(fā)送、接受控制指令。74ls06 六高壓輸出反相緩沖器-驅(qū)動器用來提高電路的驅(qū)動能

44、力。 6．1．3 主控芯片及相關芯片的簡介 1、8031單片機 8031是最常見的mcs51系列單片機，是inter公司早期的成熟的單片機產(chǎn)品，應用范圍涉及到各行各業(yè),下面介紹一下它的引腳圖等資料。 <8031管腳圖> 8031引腳功能 （1）主電源引腳Vss和Vcc ① Vss接地 ② Vcc正常操作時為+5伏電源 （2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2 ① XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 ② XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外

45、接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。 （3）控制或與其它電源復用引腳RST/VPD，ALE/ ， 和 /Vpp ① RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位 在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ② ALE/ 正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的 ）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖，A

46、LE 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）八個LSTTL電路。 對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（ 功能） ③ 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間， 在每個機器周期內(nèi)兩次有效。 同樣可以驅(qū)動八LSTTL輸入。 ④ /Vpp 、 /Vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當 /Vpp為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當 /Vpp 為低電平時，則訪問外部程序存儲器。 對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳上加21伏EPROM編程電源（Vpp）。 ☆8031引腳功能： Vcc:+5V電源電壓。 Vs

47、s:電路接地端。 P0.0～P0.7:通道0，它是8位漏極開路的雙向I/O通道，當擴展外部存貯器時，這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線，在編程校驗期間，它輸入和輸出字節(jié)代碼，通道0吸收/發(fā)出二個TTL負載。 P1.0～P1.7:通道1是8位擬雙向I/O通道，在編程和校驗時，它發(fā)出低8位地址。 通道1吸收/發(fā)出一個TTL負載。 P2.0～P2.7:通道2是8位擬雙向I/O通道，當訪問外部存貯器時，用作高8位地址總線。通道2能吸收/發(fā)出一個TTL負載。 P3.0～P3.7:通道3準雙向I/O通道。通道3能吸收/發(fā)出一個TTL負載，P3通道的每一根線還有 ☆另一種功能： P3.0

48、:RXD，串行輸入口。 P3.1:TXD，串行輸出口。 P3.2:INT0，外部中斷0輸入口。 P3.3:INT1，外部中斷1輸入口。 P3.4:T0，定時器/計數(shù)器0外部事件脈沖輸入端。 P3.5:T1，定時器/計數(shù)器1外部事件脈沖輸入端 P1.0-- 1 40 --VCC P1.1-- 2 39 --P0.0/AD0 P1.2-- 3 38 --P0.1/AD1 P1.3-- 4 37 --P0.2/AD2 P1.4-- 5 36

49、--P0.3/AD3 P1.5-- 6 35 --P0.4/AD4 RTS P1.6-- 7 34 --P0.5/AD5 CTS P1.7-- 8 33 --P0.6/AD6 RST/Vpp-- 9 32 --P0.7/AD7 I/O RXD/P3.0-- 10 31 --EA/VPP DATA TXD/P3.1-- 11 30 --ALE/PLOG INT0/P3.2-- 12 29 --PSEN INT1/P3.3-- 13 28 --P2.7/A15

50、 T0/P3.4-- 14 27 --P2.6/A14 SCLK T1/P3.5-- 15 26 --P2.5/A13 WR/P3.6-- 16 25 --P2.4/A12 RD/P3.7-- 17 24 --P2.3/A11 XTAL1-- 18 23 --P2.2/A10 XTAL2-- 19 22 --P2.1/A9 VSS 20 21 --P2.0/A8 P3.6:WR，外部數(shù)據(jù)存貯器寫脈沖。 P3.7:RD，外部數(shù)據(jù)存貯器讀脈沖。 R

51、ST/VpD:引腳9，復位輸入信號，振蕩器工作時，該引腳上2個機器周期的高電平可以實現(xiàn)復位操作，在掉電情況下（Vcc降到操作允許限度以下）， 后備電源加到此引腳，將只給片內(nèi) RAM供電。 ALE/PROG:引腳30,地址鎖存有效信號，其主要作用是提供一個適當?shù)亩〞r信號，在它的下降沿用于外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存貯器的低8位地址鎖存，使總線P0輸出/輸入口分時用作地址總線（低8位）和數(shù)據(jù)總線,此信號每個機器出現(xiàn)2次,只是在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間才不輸出ALE。所以，在任何不使用外部數(shù)據(jù)存貯器的系統(tǒng)中，ALE以1/6振蕩頻率的固定速率 輸出，因而它能用作外部時鐘或定時，8751內(nèi)的EPROM編

52、程時，此端輸編程脈沖信號。 PSEN:引腳29,程序選通有效信號,當從外部程序存貯器讀取指令時產(chǎn)生，低電平時，指令寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上。 EA/VPP:引腳31，當保持TTL高電平時，如果指令計數(shù)器小于4096，8051執(zhí)行內(nèi)部ROM的指令，8751執(zhí)行內(nèi)部EPROM的指令，當使TTL為低電平時， 從外部程序存貯器取出所有指令，在8751內(nèi)的EPROM編程時，此端為21V編程電源輸入端。 XTAL1:引腳18，內(nèi)部振蕩器外接晶振的一個輸入端，HMOS芯片使用外部振蕩源時，此端必須 接地。 XTAL2:引腳19，內(nèi)部振蕩器外接晶振的另一個輸入端，HMOS芯片使用外部振蕩器時

53、，此端用于輸入外部振蕩信號。 2、74LS373 八 D 鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性) 373 的輸出端 Q0～Q7 可直接與總線相連。 當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，Q0～Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當 OE 為高電平時，Q0～Q7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當鎖存允許端 LE 為高電平時，Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當 LE 為低電平時，D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當 LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。 引出端符號： D0～D7 數(shù)據(jù)輸入端 OE 三態(tài)

54、允許控制端（低電平有效） LE 鎖存允許端 Q0～Q7 輸出端 真值表： Dn LE OE Qn H H L H L H L L X L L Q0 X X H 高阻態(tài) 3、74LS138 74LS138 為3 線－8 線譯碼器 共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結構型式。 工作原理 ①當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（(/E2))和/(E3)）為低電平時，可將地址端（A0、A1、A2）的二進制編碼在Y0至Y7對應的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時，則Y6輸出端輸出低電平信號。 ②利用

55、 E1、E2和E3可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 ③若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。 ④可用在8086的譯碼電路中，擴展內(nèi)存。 4、2764 2764是8K*8字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只讀存儲器，單一+5V供電，工作電流為75mA，維持電流為35mA，讀出時間最大為250nS，28腳雙列直插式封裝。各引腳的含義為： A0-A12為13根地址線，可尋址8K字節(jié)；O0-O7為數(shù)據(jù)輸出線；CE為片選線；OE為數(shù)據(jù)輸出選通線；PGM為編程脈沖輸入端；Vpp是編程電源；Vcc是主電源。 正常工作（只讀）時

56、，Vpp=Vcc=+5V,～PGM=+5V。 編程時，Vpp＝+25V（高壓），～PGM端加入寬度為50ms的負脈沖。 EPROM電路 EPROM 2764的外部引線如圖所示。這是一塊8K8bit的EPROM芯片，它的引線與SRAM芯片6264是兼容的。這給使用者帶來很大方便。因為在軟件調(diào)試過程中，程序經(jīng)常需要修改，此時可將程序先放在6264中，讀寫修改都很方便。調(diào)試成功后，將程序固化在2764中，由于它與6264的引腳兼容，所以可以把2764直接插在原6264的插座上。這樣，程序就不會由于斷電而丟失。 l下面介紹2764各引腳的含義: ①A0一A12：13根地址輸入線。用于尋址

57、片內(nèi)的8K個存儲單元。 ②D0～D7：8根雙向數(shù)據(jù)線，正常工作時為數(shù)據(jù)輸出線。編程時為數(shù)據(jù)輸入線。 ③OE：輸出允許信號。低電平有效。當該信號為0時，芯片中的數(shù)據(jù)可由D0～D7端輸出。 ④CE：選片信號。低電平有效。當該信號為0時表示選中此芯片。． ⑤PGM:編程脈沖輸入端。對EPROM編程時，在該端加上編程脈沖。讀操作時該信號為1。 ⑥VPP：編程電壓輸入端。編程時應在該端加上編程高電壓，不同的芯片對VPP的值要求的不一樣，可以是+12.5V，+15V，+21V，+25V等。 說明： EPROM的一個重要優(yōu)點是可以擦除重寫，而且允許擦除的次數(shù)超過上萬次。一片新的或擦除干凈EPR

58、OM芯片，其每一個存儲單元的內(nèi)容都是FFH。要對一個使用過的EPROM進行編程，則首先應將其放到專門的擦除器上進行擦除操作。擦除器利用紫外線光照射EPROM的窗口，一般經(jīng)過15—20min即可擦除干凈。擦除完畢后可讀一下EPROM的每個單元，若其內(nèi)容均為FFH，就認為擦除干凈了。 5、Intel6264芯片 Intel 6264的特性及引腳信號 Intel 6264的容量為8KB，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造 A12～A0（address inputs）：地址線，可尋址8KB的存儲空間。 D7～D0（data bus）：數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。 OE（output e

59、nable）：讀出允許信號，輸入，低電平有效。 WE（write enable）：寫允許信號，輸入，低電平有效。 CE1（chip enable）：片選信號1，輸入，在讀/寫方式時為低電平。 CE2（chip enable）：片選信號2，輸入，在讀/寫方式時為高電平。 VCC：+5V工作電壓。 GND：信號地。 Intel 6264的操作方式 Intel 6264的操作方式由OE,WE, CE1 , CE2的共同作用決定 ① 寫入：當WE和CE1為低電平，且OE和CE2為高電平時，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫入被選中的存儲單元。 ② 讀出：當OE和CE1為低電

60、平，且WE和CE2為高電平時，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線D7～D0上。 ③ 保持：當CE1為高電平，CE2為任意時，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。 6、8155I/O口擴展芯片 （1）、8155的結構和引腳 8155有40個引腳，采用雙列直插封裝，其引腳圖和組成框圖如圖所示。 （a）、 地址/數(shù)據(jù)線AD0～AD7（8條） （b）、 I/O口總線（22條）：PA0～PA7、PB0～PB7、 PC0～PC5。 （c）、控制總線（8條） ALE —— 地址鎖存（輸入） IO / /M—— IO口/RAM選擇，

61、0：選內(nèi)RAM； 1：選內(nèi)IO口 /CE —— 片選線 /RD、/WR —— 讀、寫控制 TIMERIN —— 定時器輸入（輸入定時器所需時鐘） TIMEROUT —— 定時器輸出（輸出所產(chǎn)生的方波脈沖） （2） 8155的RAM和I / O口地址編碼 （3） 8155的工作方式與基本操作 　　有三種基本操作： a、作單片機片外256B數(shù)據(jù)存儲器 　　IO / /M = 0，與其它數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。用MOVX訪問。 b、作擴展I / O口使用 　　IO / /M = 1，PA口、PB口、PC口，可通過編程決定如何使用。 1）命令寄存器（命令控制字） —— I /

62、O口工作方式 I / O口工作方式有四種： A口、B口 基本I / O口， C口輸入； A口、B口 基本I / O口， C口輸出； A口選通I / O、B口基本I / O、C口作聯(lián)絡線； A口、B口選通I / O、C口作聯(lián)絡線。 2）狀態(tài)標志寄存器 —— PA口、PB口狀態(tài)標志。 狀態(tài)標志寄存器： BF —— 緩沖器滿標志； INTR —— 端口中斷請求標志； INTE —— 端口中斷允許標志； TIMER —— 定時器中斷請求。 命令寄存器，只寫不讀； 狀態(tài)標志寄存器，只讀不寫； 這二者使用同一地址 c、作定時器擴展使用 可以通過編程決定輸出4種信號，即

63、有四種工作臺方式。 單方波； 連續(xù)方波； 單脈沖； 連續(xù)脈沖。 由兩個8位寄存器，決定14位定時器計數(shù)常數(shù)及四種工作方式。 由命令寄存器的最高兩位對定時器進行四種控制。 簡單的I/O接口擴展 在單片機應用系統(tǒng)中，經(jīng)常采用TTL電路或CMOS電路鎖存器、三態(tài)門電路作為I/O口擴展芯片。這種I/O口一般都是通過P0口擴展，不占用單片機的I/O口資源，只需一根地址線作片選線用。這種方法具有電路簡單、成本低、配置靈活方便等特點。 7、 六位數(shù)碼管 數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。 led數(shù)碼管（LED Segment Di

64、splays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注

65、意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片 圖1 這是一個7段兩位帶小數(shù)點 10引腳的LED數(shù)碼管 圖2 引腳定義 每一筆劃都是對應一個字母表示 DP是小數(shù)點. LED數(shù)碼管引腳定義 10引腳的LED數(shù)碼管 驅(qū)動方式 概述 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。 動態(tài)顯示驅(qū)動 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將