X502型立式銑床數(shù)控改裝(縱向)

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1、精品文檔，僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 第一章和最后的設(shè)計(jì)總結(jié)自己寫吧，還有我總結(jié)的這些內(nèi)容可能不完全正確，大家仔細(xì)看下，順便加上自己的部分文字。 第二章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng) 機(jī)械部分(縱向)的設(shè)計(jì)計(jì)算 第一節(jié) 工作載荷分析及計(jì)算 根據(jù)指導(dǎo)書的分析，對(duì)于數(shù)控銑床來(lái)說(shuō)，可采取按切削用量計(jì)算切削力法和按主電機(jī)功率法計(jì)算切削力計(jì)算切削力法兩種。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，可采用按主電機(jī)功率計(jì)算切削力法。 一、銑削抗力分析 通常都假定銑削時(shí)銑刀受到的銑削抗力是作用在刀齒的某一點(diǎn)上。設(shè)刀齒受到的切削抗力的合力為F，將F沿銑刀軸線、徑向和切向進(jìn)行分解，則分別為軸向銑削力Fx，徑向銑

2、削力Fy和切向銑削力Fz。切向銑削力Fz是沿銑刀主運(yùn)動(dòng)方向的分力，它消耗銑床主電機(jī)功率（即銑削功率）最多，因此，切向銑削力Fz可按銑削功率Pm（kw）或主電機(jī)功率Pe（kw）算出。 對(duì)于現(xiàn)有的機(jī)床的改裝設(shè)計(jì)，可以從已知機(jī)床的電機(jī)的功率和主軸上的功率反推出工作臺(tái)進(jìn)給時(shí)的銑削力。若該機(jī)床的主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)均用一個(gè)電機(jī)，進(jìn)給傳動(dòng)的功率較小，可在主傳動(dòng)功率上乘以一個(gè)系數(shù)。由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)查得銑床傳動(dòng)系數(shù)k=0.85。 主傳動(dòng)功率N包括切削功率Nc、空載功率Nmo、附加功率Nmc三部分，即：N=Nc + Nmo + Nmc?？蛰d功率Nmo是當(dāng)機(jī)床無(wú)切削負(fù)載時(shí)主傳動(dòng)系統(tǒng)空載所消耗的功率，對(duì)于一般

3、輕載高速的中、小型機(jī)床，可達(dá)總功率的50%，現(xiàn)取Nmo = 0.5N，附加功率Nmc是指有了切削載荷后所增加的傳動(dòng)件的摩擦功率，它直接與載荷大小有關(guān)?？梢杂孟率接?jì)算，Nmc = (1–η)NC，所以總功率為：N=Nc + 0.5N + (1–η)Nc (KW) 則：Nc= (KW) 在進(jìn)給傳動(dòng)中切削功率 Nct = kNc = (KW) 上式中k----銑床的傳動(dòng)系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》得k=0.85 η為傳動(dòng)效率，可由下式計(jì)算 η＝ 由題設(shè)給定的已知條件可知，主軸上的傳動(dòng)功率N=1.45 KW，主電機(jī)的功率= 2.2 KW。則 η==0.6591 所以： Nct =

4、= 0.6973 (KW) 切削時(shí)在主軸上的扭矩為： Mn = 955000= 14019.4(N·cm) 上式中n----主軸的最小轉(zhuǎn)速，由題設(shè)條件知n = 47.5 (r/min) 切向切削力 Fz= 4381.0625 (N) 上式中d----銑刀的最大直徑(cm)，由題設(shè)條件知d = 3.2 cm 二、計(jì)算進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷、、 作用在進(jìn)給工作臺(tái)上的合力F’與銑刀刀齒受到的銑削抗力的合力F大小相同，方向相反。合力F’就是設(shè)計(jì)和校核工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)要考慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺(tái)縱向載荷，橫向載荷Fc和工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷。 計(jì)算與說(shuō)明 作用

5、在進(jìn)給工作臺(tái)上的合力F’與銑刀刀齒受到的銑削抗力的合力F大小相同，方向相反。合力F’就是設(shè)計(jì)和校核工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)要考 慮的工作載荷，它可以沿著銑床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向分解為三個(gè)力：工作臺(tái) 縱向進(jìn)給方向載荷，工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷Fc和工作臺(tái)垂直進(jìn)給方向載荷Fv。 根據(jù)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》第三章表3 — 1 “銑削加工主切削力 與其它切削分力的比值”列表可計(jì)算出三組FL、FV、FC (取范圍的值計(jì)算最大值)。 (1) 組：端銑——對(duì)稱銑削 FL=0.4 FZ=0.4x2890.1=1156.04N FC =0.95 FZ=0.95 X 2890.1=2745.595N FV=0.55

6、FZ=0.55x 2890.1=1589.555N (2) 組：端銑——逆銑 FL=0.9F=0.9X 2890.1=2601.09N FC =0.7 F=0.7X2890.1=2023.07N FV =0.55 F=0.55x 2890.1=1589.56N (3) 組：端銑——順銑 FL =0.3FZ=0.3X2890.1=867.03N FC=1.0FZ=1.0x2890.1=2887.62N FV=0.55FZ=0.55x2890.1=1589.56N 由于銑床是兩軸聯(lián)動(dòng)，所以只考慮端銑，無(wú)需考慮周銑，則考慮采用第三組數(shù)據(jù)。 第二節(jié)滾珠絲杠螺母副的選型和校核 一、

7、滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)類型的選擇 因?yàn)樗难b的銑床為普通銑床，精度要求并不是很高，在使用過(guò) 程中不需要調(diào)整，并且加工過(guò)程中有輕微沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)上述實(shí)際條件， 并考慮到經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題，通過(guò)查第三章表3 — 2和表3 — 3，可以初步選用“外循環(huán)插管埋入式法蘭直筒組合雙螺母墊片預(yù)緊（CMD)”這種結(jié)構(gòu) 類型的滾珠絲杠螺母副。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性優(yōu)良，承載能力較高; 剛度高，預(yù)緊可靠，不易松弛等優(yōu)點(diǎn)。它主要適用于重載荷、高剛度、 高速驅(qū)動(dòng)及較精密的定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用得較廣泛的結(jié)構(gòu)。 二、滾珠絲杠螺母副型號(hào)的選擇及校核步驟 1、計(jì)算最大工作載荷 2、由題設(shè)已知條件，銑床導(dǎo)軌的類型為綜合導(dǎo)軌。再

8、查指導(dǎo)書P38表3-29得最大工作載荷Fm Fm=KFL+f，(FV+G) 該式中：K=1.15; 取f，= 0.18 (f，=0.15?0.18)(摩擦系數(shù))；G為工作臺(tái)及夾具總重量的1/2。由題設(shè)已知條件可得G = 400 N。 將以上數(shù)值及先前計(jì)算得到的三組FL.FV數(shù)據(jù)代入上式，可得到三組相應(yīng)的Fm的最大值 (1) 組：Fm=1.15x1156.64+0.18x (1589.56+400)= 1687.57N (2) 組： Fm=1.15x2601.09+0.18x(1589.56+400)=3349.37N (3) 組：Fm=1.15x867.03+0.18x (158

9、9.56+400)=1355.2N 由以上計(jì)算數(shù)據(jù)可知，第(2)組算得的Fm值較大。故最大工作載荷為 Fm=3349.37N 2、計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C 最大動(dòng)載荷C可由下式計(jì)算 C=3LfwfHFm (1) (1)式中：各參數(shù)見(jiàn)《專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 fH為硬度系數(shù)，選fH=1.0(HRC≥60) fw為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，選fw=2.0(有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)） L為壽命，由下式計(jì)算 L=60nT/106 (2) (2)式中：T為使用壽命(h)，對(duì)于數(shù)控機(jī)床T=15000(h) n為絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)，

10、可由下式計(jì)算： n=1000Vs/Lo (3)式中：Vs為最大切削力條件下的縱向進(jìn)給速度(m/min),查指導(dǎo)書為 540(mm/min) 可取最高切削進(jìn)給速度的1/2?1/3，現(xiàn)取1/3,即 Vs=0.54/3=0.18m/min L0為所選用絲杠的基本導(dǎo)程,考慮到傳動(dòng)精度的要求,可選基本導(dǎo)程為4、6、8(mm)的絲杠。基本導(dǎo)程為4mm時(shí): L=60nT/106=60T1000Vs/(106L0) =60x15000x1000x0.18/(1000000x4)=40.5 Cl=340.5x1.0x2.0x3349.37=23004.43 基本導(dǎo)程為6mm時(shí)： L=60

11、nT/106=60T1000Vs/(106L0) =60x15000x1000x0.18/(1000000x8)=20.25 查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表3-11 當(dāng)公稱直徑時(shí) Ca=15KN<C1 不合格 Ca=27.85KN>8258.63N 合格 Ca=21.85>C3 合格 當(dāng)公稱直徑時(shí) 當(dāng)時(shí) Ca=30.9KN>C2 合格 當(dāng)時(shí) Ca=24.11KN>C3 合格 所以絲杠為6mm或8mm 通過(guò)

12、查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4-143可知 當(dāng)公稱直徑時(shí)、基本導(dǎo)程為6mm的絲杠，查得他們的承載能力Ca為21.85KN，螺旋升角，圈數(shù)列數(shù)分別為3.51，滾珠直徑為4mm，-----接觸角（45）。 公稱直徑、基本導(dǎo)程為8mm的絲杠，查得它們的承載能力Ca為30.9KN，螺旋升角，圈數(shù)列數(shù)分別為2.51，滾珠直徑為5mm，-----接觸角（45）。 公稱直徑、基本導(dǎo)程為6mm的絲杠，查得它們 的承載能力Ca為24.11KN，螺旋升角，圈數(shù)列數(shù)分別為3.51，滾珠直徑為4mm，-----接觸角（45）。 3、計(jì)算傳動(dòng)效率η 傳動(dòng)效率可由下式計(jì)算 上式中：----絲杠螺旋升角

13、 ----摩擦角。滾珠絲杠副的摩擦角約 （1）當(dāng)公稱直徑=32mm、基本導(dǎo)程為6mm： 故滿足設(shè)計(jì)要求。 （2）選公稱直徑=40mm 1）基本導(dǎo)程為8mm： 故滿足設(shè)計(jì)要求。 4、剛度驗(yàn)算 (1)絲杠的拉伸或壓縮變形量 當(dāng)絲杠進(jìn)行了預(yù)緊，且預(yù)緊力為最大工作載荷的1/3時(shí)，其實(shí)際變形量為（由指導(dǎo)書P39，公式3—24可知）： （拉伸為+，壓縮為—） 上式中：E——材料的彈性模數(shù) 對(duì)于鋼： L——滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度（mm） L=工作長(zhǎng)度+螺紋長(zhǎng)度+軸承寬度+端蓋寬度 700mm F——滾珠絲杠的截面積,可由

14、下列幾式計(jì)算 ——滾阻直徑（mm）， ——接觸角（）， R——滾道法面半徑（mm）， e——偏心距（mm）， ——絲杠公稱直徑（mm） （1） 當(dāng)公稱直徑=32mm，基本導(dǎo)程為6mm時(shí)， （2）當(dāng)公稱直徑=40mm、基本導(dǎo)程為8mm時(shí)： （3）當(dāng)公稱直徑、基本導(dǎo)程為6mm時(shí)： (2)滾珠與螺紋滾道間的接觸變形 當(dāng)絲杠進(jìn)行了預(yù)緊，且預(yù)緊力為最大工作載荷的1/3時(shí)，其實(shí)際變變形量為 上式中： ------最大工作載荷(kgf) Fm=341.77(kgf) ----預(yù)緊力(kgf)，==113.9(kgf) ----滾

15、珠直徑(mm)，----滾珠數(shù)量，＝Z×圈數(shù)×列數(shù) Z ----一圈的滾珠數(shù)， (內(nèi)循環(huán)) (1)當(dāng)公稱直徑基本導(dǎo)程為6mm時(shí)： 當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3時(shí)，的值可減少一半。即：==0.00143（mm） （2）當(dāng)公稱直徑 基本導(dǎo)程為8mm時(shí)： ＝25.13×2.5×1=62.825 4、 當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3時(shí)，的值可減少一半。指導(dǎo)書P42 即： ==0.00166（mm） （3）當(dāng)公稱直徑 基本導(dǎo)程為6mm時(shí)： ＝31.4159×3.5×1

16、=109.96 當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3時(shí)，的值可減少一半。即： ==0.00123（mm） (3)滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 （1）當(dāng)公稱直徑 基本導(dǎo)程為6mm時(shí)： 選用型號(hào)為深溝球206的軸承，其參數(shù)如下： 型 號(hào) 內(nèi)徑d (mm) 外徑D (mm) 厚度T (mm) 額定動(dòng)載荷(kN) 51206 30 52 16 28.0 可由下式計(jì)算： 上式中： ----最大工作載荷(kgf)，F(xiàn)m=341.77(kgf) ----軸承滾動(dòng)體直徑(mm)， Z----兩邊軸承總的滾動(dòng)體數(shù)目由公式 可估算兩邊總得

17、滾動(dòng)體的數(shù)目為32。 將以上數(shù)據(jù)代入可得： 基本導(dǎo)程為6mm時(shí)： =0.004636+0.00286+0.00582 =0.01332mm>0.01(mm) 可見(jiàn)，當(dāng)公稱直徑 基本導(dǎo)程為5mm時(shí)不符合要求； （2）當(dāng)公稱直徑 基本導(dǎo)程為8mm時(shí)： 選用型號(hào)為51207的軸承，其參數(shù)如下： 型 號(hào) 內(nèi)徑d (mm) 外徑D (mm) 厚度T (mm) 額定動(dòng)載荷(kN) 51207 35 62 18 39.2 可估算兩邊總得滾動(dòng)體的數(shù)目為34。 將以上數(shù)據(jù)代入可得： 基本導(dǎo)程為8mm時(shí)： =0.002967+0.00332+0.005

18、374 =0.011661mm>0.01(mm) 可見(jiàn)，當(dāng)公稱直徑 基本導(dǎo)程為8mm時(shí)不符合要求 （3）當(dāng)公稱直徑 基本導(dǎo)程為6mm時(shí)： 選用型號(hào)為深溝球206的軸承，其參數(shù)如下： 型 號(hào) 內(nèi)徑d (mm) 外徑D (mm) 厚度T (mm) 額定動(dòng)載荷(kN) 51207 35 62 18 39.2 可估算兩邊總得滾動(dòng)體的數(shù)目為32。 將以上數(shù)據(jù)代入可得： 基本導(dǎo)程為6mm時(shí)： =0.002802+0.00123+0.005374 =0.009406mm<0.01(mm) 可見(jiàn)，當(dāng)公稱直徑 基本導(dǎo)程為8mm時(shí)符合要求 可見(jiàn)，公稱直

19、徑為40，基本導(dǎo)程為6mm時(shí)，以基本導(dǎo)程最大的滾珠絲杠作為最終選擇，即以=6mm的作為計(jì)算依據(jù)。經(jīng)查表，選用型號(hào)為CMD4006---2的滾珠絲杠副。其參數(shù)如下 型 號(hào) 公稱直徑 (mm) 導(dǎo)程 (mm) 鋼球直徑 (mm) 滾珠的循環(huán) 圈數(shù)×列數(shù) 額定動(dòng)載荷 (N) CMD4006---2 40 6 4 3.5×1 24100N 第三節(jié) 脈沖當(dāng)量和傳動(dòng)比的確定 一、確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 由題設(shè)條件知脈沖當(dāng)量 二、傳動(dòng)比的選定 設(shè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為i，若為一對(duì)齒輪減速傳動(dòng)，則 ， 為主動(dòng)齒輪的齒數(shù)，Z2為

20、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)。 對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)脈沖當(dāng)量確定和初選定步進(jìn)電機(jī)的步距角后，可根據(jù)下式計(jì)算出該伺服傳動(dòng)系統(tǒng)總的傳動(dòng)比：公式可查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》P19公式3-12 上式中： ----滾珠絲杠的基本導(dǎo)程6(mm) ----步進(jìn)電機(jī)的步距角，今初選步 三、齒輪傳動(dòng)的確定 對(duì)于數(shù)控機(jī)車的齒輪傳動(dòng)，應(yīng)采用設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和工藝均較簡(jiǎn)單，而且易獲得高精度的平行軸漸開(kāi)線圓柱齒輪傳動(dòng)。 通常，齒輪傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)級(jí)數(shù)少一些比較好，因?yàn)榭梢詼p少零部件 的數(shù)目，簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)，并且可以提高傳動(dòng)精度，減少空程誤差，有利于提高傳動(dòng)效率。同時(shí)i=1.67較小，故在此選用圓

21、柱直齒輪單級(jí)傳動(dòng)。 一般模數(shù)取,數(shù)控統(tǒng)削取。齒輪寬b=(3?6)m，為了消除齒側(cè)隙，寬度可加大到（6?10) m。齒頂/根圓半徑公式，《機(jī)械原理》P130,表4-3。 ，取，,則 ，取 ，取 中心距 選小齒輪齒數(shù)，小齒輪的齒寬度，大齒輪齒數(shù)，大齒輪的齒寬度。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算 一、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 1、齒輪、絲杠等圓柱體慣量的計(jì)算。 可由下式計(jì)算： 式中：M----圓柱體質(zhì)量(kg) D----圓柱體直徑(cm) L----圓柱體長(zhǎng)度或圓度(cm) 對(duì)主動(dòng)齒輪： 對(duì)從動(dòng)齒輪： 對(duì)滾珠絲杠： 2、 工作

22、臺(tái)折算到絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 v----工作臺(tái)移動(dòng)速度(cm/min) n----絲桿轉(zhuǎn)速(r/min) G----工作臺(tái)的重量(N) g----重力加速度(9.8m/s2) ----絲桿導(dǎo)程(cm) 3、 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =17.846(kg.cm2) 式中：i----系統(tǒng)總的減速比(i>1) ----各轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgcm2 ) ----各轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)速(r/min) ----電機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/min) ----電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgcm2) 4、 電

23、機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定 查表3—10《機(jī)電一體化指導(dǎo)書》，因?yàn)檫x用電機(jī)工作方式的是三相六拍，步距角為,故符合的是：110BF003和110BF004。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為： 110BF003： 110BF004： 5、 系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 二、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 1、電機(jī)力矩的計(jì)算 速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩： 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩： 電機(jī)的力矩主要是用來(lái)產(chǎn)生加速度，而負(fù)載力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空載起動(dòng)力矩作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。 (1)空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩 式中：----系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ----運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)加速到最

24、大進(jìn)給速度所需的時(shí)間（s）約為30毫秒 ----電機(jī)最大轉(zhuǎn)速(r/min) n===500( r/min) ----運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度1600(mm/min) (2)摩擦力矩 上式中：G----運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N) ----導(dǎo)軌摩擦系數(shù)0.165 i ----齒輪總減速比 η----傳動(dòng)鏈總效率，一般取η＝0.7～0.85，在此取0.8 (3)附加摩擦力矩 上式中：----滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載(N)，一般取最大工作載荷的1/3，＝5106.42/3=1702.14 (N) ----滾珠絲杠基本導(dǎo)程0.6(cm) -

25、--- 滾珠絲杠未加預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取，今取0.95 。 （4）折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力 上式中：----進(jìn)給方向最大切削力(N)，即前面計(jì)算進(jìn)給工作臺(tái)工作載荷、、時(shí)所得到的數(shù)據(jù)， 所以＝＝2601.09 (N) 綜合以上，可得： =391.92+6.11115+11.7964=409.8276 =373.07+6.11115+11.7694=390.9776 =209.166+6.11115+11.7964=227.0739 =209.166+6.11115+11.7964=227.0739 2、步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核 (1)根據(jù)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩

26、初選電機(jī)型號(hào) 步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)： 對(duì)于三相六拍步進(jìn)電機(jī)， 前面計(jì)算時(shí)已初選型號(hào)為110BF003的步進(jìn)電機(jī)其相關(guān)參數(shù)為： (2)計(jì)算電機(jī)工作頻率 1)最大空載起動(dòng)頻率： f < f =7000(Hz/s) ，滿足要求。 2)切削時(shí)最大工作頻率 f < f =1500(Hz/s) ，滿足要求。 上式中： ----運(yùn)動(dòng)部件橫向最大快速進(jìn)給速度2.4(m/min) ----橫向最大切削進(jìn)給速度0.54(m/min) ----脈沖當(dāng)量0.01(mm/step) 由上述計(jì)算可知：系統(tǒng)要求的空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率要大于電機(jī)的空載起動(dòng)頻率1500

27、Hz,且空載起動(dòng)頻率滿足要求的電機(jī)型號(hào)較少，可以采用調(diào)壓起動(dòng)等方式起動(dòng)電機(jī)使電機(jī)的空載起動(dòng)頻率滿足要求；而電機(jī)運(yùn)行頻率7000Hz可以滿足系統(tǒng)要求。 (3)校核步進(jìn)電機(jī) （2） 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和慣量的匹配條件校核 為了使步進(jìn)電機(jī)具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度，通 常推薦：=321.355 (N.cm) 且 及 則：對(duì)于電機(jī)110BF003 滿足要求； 對(duì)于電機(jī)110BF004 不滿足要求，故選擇110BF003的步進(jìn)電機(jī)。 第三章 微機(jī)控制部分的設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容： 以MCS-51系列單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。 一、硬件系統(tǒng) （1）基本組成（最

28、小系統(tǒng)） （2）系統(tǒng)擴(kuò)展 1）程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展 2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 3）輸入輸出端口擴(kuò)展 4）綜合功能擴(kuò)展 （3）接口技術(shù) 1）鍵盤接口技術(shù) 2）顯示器接口技術(shù) （4）步進(jìn)電機(jī)控制硬件電路 二、軟件系統(tǒng) （1）軟件結(jié)構(gòu)與基本組成 （2）插補(bǔ)原

29、理及軟件程序 （3）步進(jìn)電機(jī)控制軟件 第一節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)概述 一、微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 1.確定系統(tǒng)狀態(tài)控制方案 1）從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮是否采用開(kāi)環(huán)控制或閉環(huán)控制； 2）執(zhí)行元件采用何種方式； 3）考慮系統(tǒng)是否有特殊控制要求對(duì)于具有高可靠性、高精度和快速性要求的系統(tǒng)應(yīng)采取的措施是什么？ 4）考慮微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用，是設(shè)定計(jì)算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理，微機(jī)承擔(dān)哪些任務(wù)，為完成這些任務(wù)微機(jī)應(yīng)具備哪些輸入/輸出通道、配備哪些外圍設(shè)備。 5）初步估算其成本，通過(guò)整體方案考慮，最后畫出系統(tǒng)組成的初步框圖，附加說(shuō)

30、明，以此作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。 2.確定控制算法 1）建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定其控制算法，按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行控制。2）控制算法的正確與否直接影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)，甚至決定整個(gè)系統(tǒng)的成敗。 3）在選擇控制算法時(shí)，應(yīng)考慮所選的算法是否能滿足控制速度、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。 3.選擇微型計(jì)算機(jī) 對(duì)于給定的任務(wù)，選擇微機(jī)的方案不是唯一的，從控制角度出發(fā)，微機(jī)應(yīng)能滿足具有較完善的中斷系統(tǒng)、足夠的存儲(chǔ)容量、完善的輸入/輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等要求。 1）較完善的中斷系統(tǒng) 2）足夠的存儲(chǔ)容量 3）完備的出入/輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 二、微機(jī)控制系統(tǒng)基本硬件組成

31、 任何一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是軟件的基礎(chǔ)，而配置了軟件的硬件才有控制功能，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)與硬件軟件的密切配合實(shí)現(xiàn)各種功能。 控制系統(tǒng)硬件基本組成框圖 第2節(jié) 系統(tǒng)介紹 該微機(jī)控制系統(tǒng)由單片機(jī)、存儲(chǔ)器、鍵盤和顯示器等接口電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、AT標(biāo)準(zhǔn)下載接口電路、急停和限位報(bào)警等輔助控制電路組成。其電路原理圖如下圖3-1所示。 一、單片機(jī)的選擇 由于本設(shè)計(jì)只是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床的改造，各方面的要求不是很高，所以本設(shè)計(jì)采用以AT89S51-24PU單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng).目前，數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最多的是AT89S51-24PU單片機(jī)，他價(jià)格低，功能強(qiáng)，使用靈活等

32、特點(diǎn)。由于AT89S51-24PU 內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，必須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，用以存放控制程序。由于單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器容量較小，不能滿足實(shí)際需要，所以還需要擴(kuò)展COM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM）。另外，雖然AT89S51-24PU本身有4個(gè)I/O接口電路，但尚不能滿足改造的需要，因此，還需要擴(kuò)展輸入輸出接口芯片，以滿足使用要求。 圖4-1 系統(tǒng)電路原理圖 圖4-2 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 2、 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 如圖3-2所示，為存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路，由鎖存器、譯碼器、靜態(tài)存儲(chǔ)器和E2PROM等芯片連接而成。 1.地址鎖存 由于MCS-51系列單片機(jī)的P0口試分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，

33、因此，在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須用地址鎖存器鎖住低8位的地址信號(hào)。 采用的地址鎖存器為74HC573。 D0到D7為數(shù)據(jù)輸入，Q0到Q7為輸出，11管腳為鎖存使能，1管腳為輸出使能。10管腳GND接地，20管腳接高電平。 圖4-3 鎖存器74HC573芯片連接電路 2.程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 MCS-51系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的相互獨(dú)立的。AT89S51-24PU芯片片內(nèi)ROM不夠用時(shí)，需擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器。用作程序存儲(chǔ)器的器件有EPROM和E2PROM，在本設(shè)計(jì)中程序存儲(chǔ)器選用一片E2PROM,其型號(hào)為AT28C256-15PI。 AT28C256-15PI主

34、要參數(shù)：32K×8位，為雙列直插式28腳封裝。采用單一正5V電源，可以與MCS-51系列單片機(jī)直接接口。ROM的地址范圍為0000H—7FFFH。 A0—A14為地址線，為芯片使能，輸出使能，寫入使能，I/O0—I/O7為數(shù)據(jù)輸入/輸出，NC、DC為預(yù)留端口，不用連接。GND接地，Vcc接高電平。 圖4-4 程序存儲(chǔ)器AT89S51-24PU芯片連接電路 3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 AT89S51-24PU單片機(jī)內(nèi)部有256字節(jié)的RAM存儲(chǔ)器。CPU提供對(duì)內(nèi)部的RAM具有豐富的操作指令。單在用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在這種

35、情況下，可利用MCS-51的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用一片靜態(tài)RAM，其型號(hào)為IDT7164S35P 。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器IDT7164S35P參數(shù)：容量為選用8K×8位，選用一片SRAM6，單一電源供電，雙列直插式28管角封裝，可以與MCS-51系列單片機(jī)直接接口。其地址范圍 0000H—1FFFH。 A0—A12為地址線，輸出使能，寫入使能，I/O0—I/O7為數(shù)據(jù)輸入/輸出，、為片選端口，GND接地，Vcc接高電平。 圖4-5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器IDT7164S35P芯片連接電路 4、74HC138譯碼器接口電路 查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》可知下表： 表3-1

36、 74HC138功能表 C B A ，，，，，，， 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0

37、 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 在74HC138中引腳C、B、A分別接地、P1.4和P2.7， 確定~中的選擇。從原理圖可知： 1、 當(dāng)BA為00時(shí)，即=0，=0時(shí)，選擇腳輸出0，此時(shí)選通芯片IDT7164S35P，該芯片有13條地址線，基本地址范圍0000H～1FFFH。 2、 當(dāng)BA為

38、01時(shí)，即=0，=1時(shí)，腳為0，而腳接芯片AT28C256-15PI，.此時(shí)選通該芯片，其有15條地址線，基本地址范圍0000H～7FFFH。 3、 當(dāng)BA為10，即=1，=0時(shí)，腳為0，而腳接8155的片選腳，此時(shí)選中8155芯片。 4、 當(dāng)BA為11，即=1，=1時(shí)，腳為0，而腳接8255的片選腳，因此此時(shí)選中8255芯片。 圖4-6 譯碼器74HC138芯片連接電路 三、I/O口的擴(kuò)展 在MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)本身提供給用戶使用的輸出口線并不多，只有P1口和部分P3口線。應(yīng)此，在大部分單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都不可避免的要在單片機(jī)外部擴(kuò)展I/O端口。單片機(jī)可以像訪

39、問(wèn)外部RAM存儲(chǔ)器一樣訪問(wèn)外部接口芯片，對(duì)其進(jìn)行讀/寫操作。 由于接口較多，需采用一個(gè)8155芯片和一個(gè)8255芯片，才可以滿足要求。 復(fù)合接口擴(kuò)展芯片8155共有三個(gè)端口PA、PB、PC，即PA0—PA7、PB0—PB7、PC0—PC4共為21位輸入輸出。AD0 -AD7為數(shù)據(jù)總線，讀入接口，寫入接口，RESET為復(fù)位接口，Vss接地，Vcc接高電平，ALE芯片使能、IO/、TMRIN、TMROUT、片選CE。 圖4-7 8155芯片連接電路 專用接口擴(kuò)展芯片8255有三個(gè)端口PA、PB、PC，均為8位，即PA0—PA7、PB0—PB7、PC0—PC7共24位輸入輸出口

40、。A0-A1為地址線接口，D0-D7為數(shù)據(jù)線接口，讀入接口，寫入接口，RESET為復(fù)位接口，為片選端口，GND接地，Vcc接高電平。 圖4-8 8255A芯片連接電路 通過(guò)8155復(fù)合接口芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤和數(shù)碼管顯示接口的擴(kuò)展，通過(guò)8255專用接口芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)手動(dòng)操作等按鍵功能和步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖輸出接口的擴(kuò)展。 1、 數(shù)碼顯示管位數(shù)確定 如下圖3-9所示所設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示電路原理圖，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求及數(shù)據(jù)計(jì)算，數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量，需要兩位數(shù)碼管顯示小數(shù)部分（右邊兩個(gè)），銑床行程小于1000mm，需要三位數(shù)碼管顯示整數(shù)部分（右起3~5個(gè)），需要一位顯示x、y的方向（左起第3個(gè)），一位顯示行

41、程的正負(fù)（左起第2個(gè)）。還有一位（左起第1個(gè)）根據(jù)具體情況由用戶設(shè)定（比如狀態(tài)信息）。 圖4-9 數(shù)碼管顯示電路 2、鍵盤電路設(shè)計(jì)及鍵數(shù)確定 如下圖3-10所示，為所設(shè)計(jì)矩陣鍵盤電路原理圖。根據(jù)數(shù)控銑床加工特點(diǎn)及各方面性能要求，擬定如下按鍵： 圖4-10 鍵盤電路設(shè)計(jì) 返回鍵、垂直菜單鍵、回車/輸入鍵、上檔鍵、光標(biāo)向上鍵、光標(biāo)向下鍵、光標(biāo)向左鍵、光標(biāo)向右鍵、刪除鍵、10個(gè)數(shù)字鍵、17字母鍵等共36個(gè)按鍵，其連接電路如圖所示。 3、8255芯片接口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 如圖3-11所示，為8255芯片接口擴(kuò)展電路原理圖，Manual Operation（手動(dòng)操作）的各個(gè)功能信號(hào)由8255芯

42、片的PC端口引腳輸入，包括X軸點(diǎn)動(dòng)、Y軸點(diǎn)動(dòng)、快進(jìn)、自動(dòng)、單段、手動(dòng)、單步、暫停。 圖4-11 8255芯片接口擴(kuò)展電路原理圖 Status Setting（狀態(tài)設(shè)置）由8255芯片的PB端口及PA端口PA4~PA7引腳輸入，包括增量選擇、主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)、主軸停、超程解除、手動(dòng)換刀、循環(huán)、機(jī)床鎖住、Z軸鎖住，剩余三個(gè)接口預(yù)留給用戶進(jìn)行其它功能的定義。 8255芯片的PA0~PA3引腳用于輸出步進(jìn)電機(jī)對(duì)X、Y向運(yùn)動(dòng)的控制脈沖。 第三節(jié) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路 根據(jù)已知條件和上述計(jì)算結(jié)果，步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110BF003，其參數(shù)如下表所示。齒輪1的齒數(shù)=35，齒輪2的齒數(shù)=44，模

43、數(shù)m=2，絲杠基本導(dǎo)程=6mm。工作臺(tái)的最大切削速度為0.54m/min。 型號(hào) 相數(shù) 步 距 角 (0C) 電 壓 (V) 電 流 (A) 保持 轉(zhuǎn)矩 N.cm 空載起動(dòng)頻率(Hz) 運(yùn)行頻率 (Hz) 電 感 (mH) 內(nèi)阻 (R) 110BF003 3 0.75 80 6 7.84 1500 7000 35.5 0.37 一、確定步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率 1、確定步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 絲桿的轉(zhuǎn)速為：n===90(r/min) 步進(jìn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為： 2、確定其運(yùn)行頻率 步進(jìn)電機(jī)采用三相六拍式的控制脈沖。 二、驅(qū)動(dòng)回路的時(shí)

44、間常數(shù) 每相工作三拍改變依次通電狀態(tài)，但為了每一拍都能正常工作，每拍脈沖寬度的時(shí)間電流上升至額定電流的，即，則負(fù)載回路的時(shí)間常數(shù)為： 因此， 式中：----步進(jìn)電機(jī)一相繞阻的平均電感量 ----通電回路的電阻 三、選用線路簡(jiǎn)單的串聯(lián)電阻法 若選用線路簡(jiǎn)單的串聯(lián)電阻法改善靜電流上升沿，其時(shí)間常數(shù)為： 則：， 其中： 所以 需要串聯(lián)如此大的電阻，在該電阻上損失的功率為： 顯然很不合理，所以采用雙電源法。 四、高電源電壓的確定 電機(jī)每相工作三拍改變一次通電狀態(tài)，設(shè)要求在控制脈沖%寬度時(shí)間內(nèi)相電流達(dá)到額定電流的，即,這個(gè)時(shí)間也就是高 壓電源工作時(shí)間，即單穩(wěn)翻轉(zhuǎn)時(shí)

45、間，其值為： 圖4-12 高低電壓驅(qū)動(dòng)電路 高電壓電源電壓： =3.6×0 .37/（1-）=173.99（V） 五、元器件型號(hào)的確定 1、確定T1、T2 為了使電路簡(jiǎn)單、緊湊，功率放大T1和T2選用復(fù)合管三極管2SC5948。 (V) (V) (V) (uA ) （V） 200 200 5 5 5 (V) (A) (W) （V） 1 70 12 200 5 2、確定和 從和性能數(shù)據(jù)知，基極電流為： 式中：-----電路放大倍數(shù)，載電流A 因此，等效輸入電阻為： 取晶體管

46、FJE3303的放大倍數(shù)為10，于是： =+，=10 ==1（V） 選用光電耦合器TLP521-4，選擇耦合器輸入電流， =16 mA (最大的電流為50mA),電流傳輸比=100%； ==16100%=16mA 解上述方程組得：13.48 448.86 查電阻標(biāo)準(zhǔn)值表對(duì)理論阻值進(jìn)行圓整，取=15，=470 3、確定 前面已選定耦合器輸入電流=16mA，可得到光耦合器輸入正向壓降為1.3V，所以==（51.3）/=231，查電阻標(biāo)準(zhǔn)值表對(duì)理論阻值進(jìn)行圓整，取==220 4、確定 （1）若使電流上升沿陡，希望T2工作于飽和狀態(tài)（實(shí)際還沒(méi)有達(dá)到飽和

47、電流，單穩(wěn)已翻轉(zhuǎn)成低電平）。首先確定基極電流。 負(fù)載的平均阻抗： /=80/6=13.3 （2）T2的飽和電流： =（-2-）/ =（173.99-25-80）/13.3 6.32A T2基極電流應(yīng)為： =/=6.32/70=90.3mA 光耦合器輸入電流為16mA，所以： 光耦合器輸出電流： =16mA，且=+，=10 因此： =-=160-90.3 =69.7mA （3）求（0點(diǎn)電位） 在期間0，是變化的，變化范圍近似為—2至—，計(jì)算時(shí)取平均值： =[（—2）+（—）]/2 =[（173.99-2）+（1

48、73.99-80）]/2 =133V T2的等效輸入電阻為： =/ =5/（90.3）K=55.4 分別為： =K=71.7 =（--）/=（173.99-5-133）/176 =204.5 查電阻標(biāo)準(zhǔn)值表對(duì)理論阻值進(jìn)行圓整，取 =74，=200 選擇D1，D2選用2CZ13A硅整流二極管。 5、單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74HC123翻轉(zhuǎn)時(shí)間的確定 當(dāng)單穩(wěn)74HC123的“清除端”加高電平A端加低電平時(shí)，B端正躍變可使單穩(wěn)的Q端從低電平變成高電平，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間自動(dòng)翻轉(zhuǎn)成低電平，恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，Q端輸入一個(gè)脈沖，脈沖寬度由外電阻和決定，如圖所示，即： =Ln2

49、，取=1K。 則：=/（Ln2） =0.166/（Ln2 1）= 0.239F 圖4-13 單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74HC123芯片連接電路 第四節(jié) 其他輔助電路的設(shè)計(jì) 一、急停、超程報(bào)警電路 為防止X，Y工作臺(tái)越出邊界，可設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，分別為+X，-X，+Y和-Y向4個(gè)限位開(kāi)關(guān)，一旦越界，立即停止工作臺(tái)移動(dòng)?？衫肁T89S51-24PU的外部中斷引腳INT0，只要有一個(gè)開(kāi)關(guān)閉合，即工作臺(tái)越界，立即停止工作臺(tái)移動(dòng)?？紤]實(shí)際加工的需要，增加急停按鈕。將超程限位和急停通過(guò)軟件設(shè)置為最高級(jí)別的中斷。 當(dāng)工作臺(tái)行駛超出行程時(shí)，行程開(kāi)關(guān)被觸發(fā)，由74HC08產(chǎn)生中斷信號(hào)，并

50、通過(guò)INT0申請(qǐng)中斷。此時(shí)中央處理器通過(guò)掃描P3.0、P3.1、P3.3、P3.4引腳的電平查出中斷源（+X、-X、+Y、-Y或急停），進(jìn)而執(zhí)行中斷服務(wù)。同時(shí)經(jīng)P1.1、P1.2、P1.3輸出相應(yīng)電平點(diǎn)亮LED等和蜂鳴器報(bào)警，提醒工作人員處理故障。急停和超程保護(hù)電路如圖4-14所示。 圖4-14 急停和超程保護(hù)電路原理圖 二、ISP在線編程接口 中央處理器AT89S51-24PU外接一塊在線編程接口芯片ISP，主要用于在線編程輸入。標(biāo)準(zhǔn)SPI接口是以主從方式工作的,這種模式通常有一個(gè)主器件和一個(gè)或多個(gè)從器件,其接口包括以下四種信號(hào)：MOSI – 主器件數(shù)據(jù)輸出,從器件數(shù)據(jù)輸入、M

51、ISO – 主器件數(shù)據(jù)輸入,從器件數(shù)據(jù)輸出、SCLK – 時(shí)鐘信號(hào),由主器件產(chǎn)生、 – 從器件使能信號(hào),由主器件控制。ISP在線編程接口的其他引腳有：VCC、GND和RST。如圖3-15所示，為 ISP下載接口電路電路原理圖。 圖4-15 AT標(biāo)準(zhǔn)下載接口電路 三、復(fù)位電路 如圖3-16所示，單片機(jī)AT89S51-24PU的復(fù)位的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘電路工作后，主要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位。復(fù)位后PC值為0000H，程序的入口地址為0000H。單片機(jī)通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。 圖3-16單片機(jī)AT89S51-24PU的復(fù)位電路

52、 復(fù)位電路中的R、C的參數(shù)與CPU所采用的時(shí)鐘頻率有關(guān)，要保證RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，最好由實(shí)驗(yàn)調(diào)整。 4、 時(shí)鐘電路 單片機(jī)雖有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路產(chǎn)生時(shí)鐘的方法有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。一般情況當(dāng)外接晶體電容C1、C2值通常選擇為30pF左右；外接陶瓷諧振器時(shí)C1和C2的典型值約為47pF。為了一個(gè)溫度的穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。 外部時(shí)鐘方式：利用外部振蕩信號(hào)源直接接入XTAL1或XTAL2。如信號(hào)接X(jué)TAL2，內(nèi)部的反相放大器的輸入端XTAL1應(yīng)接地。 圖3-17 單片機(jī)AT89S51-24PU的時(shí)鐘電路 第

53、四章 微機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 一、模塊組成 本程序主要由如下模塊組成： 主模塊，用于系統(tǒng)初始化和監(jiān)控。 子程序模塊。 越界報(bào)警、急停處理模塊。 實(shí)時(shí)修改顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)模塊。 鍵盤、顯示定時(shí)掃描管理模塊。 其中除主模塊和子程序模塊外，其余均為中斷執(zhí)行方式模塊。 二、緩沖區(qū)設(shè)置 應(yīng)設(shè)置兩個(gè)緩沖區(qū)：鍵盤緩沖區(qū)和顯示緩沖區(qū)。 1、鍵盤緩沖區(qū) 主要用于存放由鍵盤輸入的命令，長(zhǎng)度為4字節(jié)，地址為AT89S51-24PU內(nèi)部RAM區(qū)20H~23H，第一字可用于緩沖區(qū)空、滿等標(biāo)志，定義如下：（20H）=00H，緩沖區(qū)為空，（20H）=01H，緩沖區(qū)內(nèi)未處理完的命令個(gè)數(shù)，顯然（20H）=3

54、0H時(shí)即為滿。其余3個(gè)字節(jié)內(nèi)存放具體的命令碼。為防止誤操作，可以進(jìn)一步規(guī)定：命令碼若為00H，為無(wú)效命令。從本系統(tǒng)的施加情況及后面的軟件框圖可以看出，鍵盤緩沖區(qū)很少出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上未處理的命令碼，一般情況只要一個(gè)命令碼，馬上會(huì)得到處理。 2、顯示緩沖區(qū) 主要用于存放欲顯示的具體數(shù)據(jù)，每一字節(jié)對(duì)應(yīng)一顯示位，共5個(gè)字節(jié)，地址為AT89S51-24PU內(nèi)部RAM 25H~29H，分別對(duì)應(yīng)百位、十位、個(gè)位（包括小數(shù)點(diǎn)）、10E-1位和10E-2位。 除以上緩沖區(qū)外，根據(jù)需要，可以設(shè)立一些標(biāo)志位，視具體情況而定。 三、中斷優(yōu)先級(jí) 所處理時(shí)間為緊急的則其中斷級(jí)別為最高，根據(jù)本題實(shí)際情況，中斷

55、模塊的優(yōu)先級(jí)如下： 模塊名 級(jí)別 越界報(bào)警、急停處理模塊 0 高 實(shí)時(shí)修改顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)模塊 1 鍵盤、顯示定時(shí)掃描管理模塊 2 低 四、各模塊說(shuō)明及流程圖 1、主模塊 主模塊功能為：初始化、監(jiān)控。其中初始化包括8155初始化、緩沖區(qū)清零、定時(shí)/計(jì)數(shù)常數(shù)的設(shè)置、開(kāi)中斷等處理；監(jiān)控主要判斷是否有命令按下，并根據(jù)命令調(diào)用相應(yīng)的子程序模塊。主模塊流程圖如下；根據(jù)鍵盤功能鍵的設(shè)定，相應(yīng)的子程序模塊包括“←”、“→”、“↑”、“↓”各個(gè)命令及“暫?！泵钐幚砟K。這里 設(shè)定一標(biāo)志，其作用是反

56、映XY工作臺(tái)的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)方向。標(biāo)志位為內(nèi)部RAM區(qū)的2BH ，其定義如下： 2BH單元值 當(dāng)前運(yùn)動(dòng)方向 （2B）=01H → +X （2B）=02H ← -X （2B）=03H ↑ +Z （2B）=04H ↓ -Z （2B）=00H 初始時(shí)為00H 2、暫停鍵“STOP”子模塊 暫停鍵功能是暫時(shí)使XY工作臺(tái)停止移動(dòng)，因此只需停止步進(jìn)脈

57、沖信號(hào)即可。 3、中斷模塊 （1）報(bào)警、急停處理中斷模塊 本模塊的主要功能是當(dāng)XY工作臺(tái)移動(dòng)越出邊界時(shí)進(jìn)行應(yīng)急處理，停止一切正常工作，由復(fù)位重新使系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。報(bào)警用紅燈亮指示。 （2）鍵盤、顯示定時(shí)掃描管理模塊 根據(jù)鍵盤的接口電路，可以用編程掃描方式和定時(shí)掃描方式。這里選擇后一種，用定時(shí)中斷模塊同時(shí)完成鍵盤和顯示的掃描。對(duì)于鍵盤掃描，應(yīng)該解決去抖動(dòng)問(wèn)題，一般調(diào)用延時(shí)10ms左右來(lái)實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于顯示掃描，為保證多位同時(shí)顯示而無(wú)閃爍，應(yīng)使掃描頻率高于50Hz。設(shè)定定時(shí)時(shí)間為3ms，即哪隔3ms中斷 次，修改一次顯示位，每位顯示的點(diǎn)亮?xí)r間是3ms，掃描一遍共需5

58、×3=15ms，掃描頻率約64Hz，高于50Hz。 鍵盤采用每隔3×3=9ms掃描一次，其目的是消除鍵盤抖 動(dòng)。設(shè)置一標(biāo)志位，其地址為內(nèi)存RAM30H單元，用于計(jì)數(shù)中斷次數(shù)，當(dāng)其等于3時(shí)，正好隔9ms，馬上查詢鍵盤。另外還應(yīng)設(shè)一標(biāo)志位，用以標(biāo)志連續(xù)兩次查詢到按鍵值是否一樣，其地址為31H，定義如下：（31H）=1，表明上次查詢有鍵按下（31H）=0，則為無(wú)鍵按下。只要當(dāng)上次有鍵按下，且隔9ms后再次查詢有同一鍵按下時(shí)，才能確認(rèn)有鍵按下，否則均視為誤動(dòng)作，不予理睬。 4、實(shí)時(shí)修改顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)模塊 本模塊采用中斷方式，其作用是通過(guò)對(duì)8155定時(shí)/計(jì)數(shù)的輸出信號(hào)，也即對(duì)步進(jìn)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，來(lái)修改顯示緩沖區(qū)中工作臺(tái)當(dāng)前工作位置。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際脈沖當(dāng)量，一個(gè)步進(jìn)脈沖，相當(dāng)于工作臺(tái)位移增量為0.01mm，可以設(shè)定中斷計(jì)數(shù)常數(shù)為10，每中斷一次，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)0.1mm，這里用內(nèi)部RAM單元為中斷次數(shù)計(jì)數(shù)器。 設(shè)計(jì)總結(jié) 這個(gè)部分自己寫 【精品文檔】第 28 頁(yè)