plc畢業(yè)設計--機床ck6163的數(shù)控化改造

1、<p>　　1 機床數(shù)控化設計概述</p><p>　　本畢業(yè)設計是機床CK6163的數(shù)控化改造，要求是：</p><p>　　1）進給兩坐標聯(lián)動，采用單片機的半閉環(huán)控制；</p><p>　　2）脈沖當量：縱向（X）0.01mm/步，橫向（Y）0.005mm/步；</p><p>　　3）系統(tǒng)能實現(xiàn)直線插補，

2、圓弧插補；</p><p>　　4）電動刀架轉(zhuǎn)位數(shù)為4；</p><p>　　5）其它要求：要能實現(xiàn)螺紋加工。</p><p>　　1．1 伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　對于機床的數(shù)控化改造，有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種。開環(huán)控制是沒有輸出反饋的一類控制系統(tǒng)，開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟、容易維修。缺點是精度低

3、、對環(huán)境變化和外界干擾十分敏感。閉環(huán)系統(tǒng)是在工業(yè)與國防領域，應用十分廣泛。閉環(huán)系統(tǒng)較開環(huán)系統(tǒng)，具有一系列的優(yōu)點，例如精度高、動態(tài)性能好、對環(huán)境變化靈敏度低，以及抗干擾能力強等。缺點是結(jié)構(gòu)比較復雜，價格比較昂貴，不容易維修。而閉環(huán)系統(tǒng)雖然可以獲得十分良好的控制精度。但是，受機械傳動件的非線性影響嚴重，只有在要求高精度的場合，才采用閉環(huán)控制。因為各種部影響定位精度的因素都可以得到補償。一般的，經(jīng)濟、實用型的數(shù)控機床則采用半閉環(huán)控制。顯然，半

4、閉環(huán)控制比全閉環(huán)控制容易實現(xiàn)，可節(jié)省投資。因此，本課題改造采用半閉環(huán)控制。對于本系統(tǒng)改造，閉環(huán)與半閉環(huán)的區(qū)別在于位置反饋傳感器的安裝位置。如安裝在滾珠絲杠上為間接測量；安裝在工作臺上為直接測量。位置控制環(huán)內(nèi)僅包含絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度及部分間隙，所以穩(wěn)定性不是問題。因此半閉環(huán)控制系統(tǒng)可避免傳動機構(gòu)非線形（如齒隙、齒輪摩擦、非剛性等）引起系統(tǒng)產(chǎn)生極限環(huán)和爬行震蕩。但絲杠與螺母之間的滯后得不到補償，所以定位精度比閉環(huán)低。如圖1.</p>

5、<p>　　圖 1.1 半閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　1．2 運動方式的確定</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。如果要求工作臺或刀具沿各坐標軸的運動有確定的函數(shù)關系，即連續(xù)控制系統(tǒng)應具備控制刀具以給定速率沿加工路徑運動的功能。具備這種控制能力的數(shù)控機床可以加工各種外形輪廓復雜的零件。因此，本機床的數(shù)控化改造后具有在

6、點位控制系統(tǒng)中不具有連續(xù)控制系統(tǒng)中才具有的軌跡計算裝置，而連續(xù)控制系統(tǒng)中卻具有點位系統(tǒng)的功能。</p><p>　　1．3 執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定</p><p>　　為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設計機械傳動裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及適宜阻尼比的要求。設計中需要考慮了以下幾點：</p><p>　　1）盡量采用低摩擦的

7、傳動和導向元件。如采用了滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導軌等</p><p>　　2）盡量消除傳動間隙。例如采用消除齒輪等。</p><p>　　3）提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動鏈誤差?？刹捎妙A緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預加負載的滾動導軌和滾珠絲杠副等。</p><p>　　1．4 計算機的選擇</p><

8、;p>　　根據(jù)機床要求,采用16位微機.由于MCS-96系列單片機具有集成度高,可靠性好功能強速度快、抗干擾功能強等特點，采用了MCS-96系列的8098單片機擴展系統(tǒng)。</p><p>　　控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、直流伺服電機功率放大電路及光電編碼器反饋電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。</p>

9、;<p>　　2 機床機械傳動設計</p><p>　　機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比，除要求具有較高的精度之外，還應具有良好的動態(tài)響應特性，就是說響應要快、穩(wěn)定性要好。一個典型的機電一體化系統(tǒng)，通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機械傳動部件、導向支承部件，以及檢測傳感器部件等部分組成。這里所說的機械系統(tǒng)一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿

10、機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等非線性傳動部件、導向支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件、軸系及架體等機構(gòu)組成。為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和穩(wěn)定性，盡量做到無間隙、低摩擦、低慣量、高精度、高諧振頻率、適當阻尼等要求。</p><p>　　2．1 滾珠絲杠螺母副</p><p>　　圖 2.2 滾珠絲杠螺母副</p><p>　　普通的螺旋傳動廣泛地用于將回轉(zhuǎn)運動變換為直線運動。由于螺桿與螺母之間

11、為滑動摩擦，在磨損和精度方面不能滿足一些高精度機電一體化系統(tǒng)的要求。滾珠絲杠螺母副則是為了克服普通螺旋等方面的缺點發(fā)展起來的一種傳動機構(gòu)。它用滾動摩擦螺旋取代了滑動螺旋摩擦，具有磨損小、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、壽命長、精度高、溫度低等優(yōu)點。它具有的運動摩擦小、便于消除傳動間隙的突出優(yōu)點，對于機電一體化系統(tǒng)性能的改善大有益處。但是，它不能自鎖，用于升降傳動時需要加鎖緊裝置，結(jié)構(gòu)復雜，成本高。在絲杠和螺母上先加工出弧形螺旋槽，再將兩者套裝在

12、一起形成螺旋滾道，在螺旋滾道中裝滿滾珠。當絲杠螺母相對運動時，兩者發(fā)生相對軸向移動，而滾珠在閉合回路中形成滾珠鏈的反復循環(huán)運動，以此將普通螺旋傳動的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。</p><p>　　本設計采用內(nèi)循環(huán)式。內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。其不足是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便。</p>

13、<p>　　2.1.2 間隙消除及預緊</p><p>　　滾珠絲杠螺母副廣泛用于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)中，如果傳動存在間隙非線性，將使控制性能變差，故一般要采取措施消除間隙并適當預緊。本設計中采用雙螺母螺紋式。通過擰緊圓螺母達到消除間隙和預緊的目的。該方法結(jié)構(gòu)簡單，但較難控制，容易松動，準確性和可靠性均較差。</p><p><b>　　2．2 軸系</b&g

14、t;</p><p>　　軸系是由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動部件組成。軸系的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩、及傳遞精確的回轉(zhuǎn)運動，它直接承受外力（力矩）。對于中間傳動軸系一般要求不高。對于完成主要作用的主軸軸系的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、熱變形及抗震性等要求較高。</p><p>　　2.2.1.1 齒輪的特點</p><p>　　齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。齒輪傳

15、動是目前機械傳動中應用最廣泛、最重要的一種傳動。它具有以下特點：</p><p>　　1、傳動平穩(wěn)，傳遞運動準確可靠。</p><p>　　2、齒輪傳動的功率和圓周速度的范圍較大。</p><p>　　3、齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，效率高。</p><p>　　4、承載能力強，使用壽命

16、長。</p><p>　　缺點是制造和安裝精度要求高，因此，成本比較大。</p><p>　　2.2.1.2 齒輪的最佳速比分配條件</p><p>　　齒輪系常用于機電伺服系統(tǒng)的減速增矩。在本數(shù)控機床進給系統(tǒng)的齒輪箱中，有四個齒輪。設齒輪傳動比第一級為i1，第二級為i2。當i2近似等于i1*i2/1.414時為最佳速比分配條件。該條件也近似使用于多

17、級減速裝置。一般，齒輪傳動級數(shù)增加，齒輪傳動的總慣量就減少。但傳動效率要降低，齒隙和摩擦的來源也隨之增加。因此應在傳動級數(shù)和</p><p>　　傳動比的分配方面綜合權(quán)衡。</p><p>　　2.2.1.3 齒輪間隙的消除</p><p>　　齒輪的間隙是全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中影響系統(tǒng)穩(wěn)定的主要非線性因素之一。消除齒輪間隙分剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。對于帶錐度齒輪法結(jié)

18、構(gòu)中，是將帶錐度的齒輪軸向移動直至消除齒輪副間隙為止。</p><p><b>　　2.2.2 軸承</b></p><p>　　軸承是用來支承軸的專門部件，在保持軸的旋轉(zhuǎn)精度的同時，減少轉(zhuǎn)動軸與支承之間的摩擦與磨損。軸承分為滾動軸承和滑動軸承。滾動軸承已標準化系列化，有向心、推力軸承、向心軸承和推力軸承。共十種類型。</p><

19、p>　　本設計中采用了深溝球軸承和推力軸承。對于軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸球軸承。前者一般不能承受軸向力，且間隙不能調(diào)整，常用于旋轉(zhuǎn)精度和剛度要求不高的場合。后者既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷，并且可以通過內(nèi)外圈之間的相對位移來調(diào)整其間隙之大小。輕載時應用廣泛。推力軸承：51000系列（單向）推力球軸承，其軸向承載能力很強，支承剛度很大，但極限轉(zhuǎn)速較低，運動噪聲較大。</p><p>　　2.2

20、.3 提高軸系性能的措施</p><p>　　1)、提高軸系的旋轉(zhuǎn)精度</p><p>　　a）提高軸頸與架體（或箱體）支承的加工精度；</p><p>　　b）用選配法提高軸承裝配與預緊精度；</p><p>　　c）軸系組件裝配后對輸出軸的外徑、端面及內(nèi)孔通過互為基準進行精加工。</p>&

21、lt;p>　　2)、提高組件的抗振性</p><p>　　a）提高軸系組件的固有振動頻率、剛度和阻尼；</p><p>　　b）消除和減少強迫振動振源的干擾作用；</p><p>　　c）采用吸振、隔振和消振裝置。</p><p><b>　　2．3 導軌</b></p>

22、<p>　　導向支承部件的作用是支承和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動。這樣的部件通常被稱為導軌副，簡稱導軌。導軌副主要由承導件和運動件兩大部分組成。機電一體化對導軌副的基本要求是導向精度高、剛性好、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。</p><p>　　2.3.1 滾動導軌的優(yōu)缺點</p><p>　　目前，滾動導軌在數(shù)控機床上的應

23、用非常廣泛，因為其摩擦系數(shù)小，f=0.0025~0.005動、靜摩擦系數(shù)很接近，且?guī)缀醪皇苓\動速度變化的影響，運動輕便靈活，所需驅(qū)動功率小；摩擦發(fā)熱小，磨損小，精度保持良好；低速運行時不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因而定位精度高。它的缺點是：導軌面與滾動體是點接觸或面接觸，所以抗振性差，接觸應力大對導軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高，若滾動體的直徑不一致，導軌表面有高低，會使運動部件傾斜，產(chǎn)生振動，影響運動精度；結(jié)構(gòu)復雜，制造困難

24、，本較高；對臟物比較敏感，必須有良好的防護裝置。</p><p>　　2.3.2 滾動導軌的預緊方式</p><p>　　滾動導軌經(jīng)過預緊，可以顯著地提高其精度。通常經(jīng)過預緊的導輪的剛度可以比沒有預緊的高三倍左右。因此，對于顛覆力矩較大，或要求接觸剛度或移動精度較高的導軌均應進行預緊。但預緊力應適當，預緊力過大會使牽引力顯著增加。常用的預緊方法有兩種：采用過益配合或采用調(diào)整元件。<

25、/p><p><b>　　2. 4 機座</b></p><p>　　機座或機架是支承其它零件的基礎部件。它既能承受其它零件的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對位置的基準作用。機座多采用鑄件，機架多由型材裝配或焊接構(gòu)成。其基本特點是尺寸較大、結(jié)構(gòu)復雜、加工多面，幾何精度和相對精度要求較高。因此，在設計時考慮到了機床的總體精度，機架或機座的變形和振動將直接影響機床的質(zhì)量

26、和正常運轉(zhuǎn)，故要滿足其剛度和抗振性等。</p><p>　　2. 5 機械設計計算</p><p>　　將一臺CK6163普通車床改造成微機數(shù)控，采用MCS-96系列單片機控制系統(tǒng)，直流伺服電機半閉環(huán)控制，具有直線和圓弧插補功能，其主要設計參數(shù)如下：</p><p>　　加工最大直徑： 在床面上 500mm</p&

27、gt;<p>　　在床鞍上 280mm</p><p>　　加工最大長度： 1000mm</p><p>　　溜板及刀架重力： 縱向 800N</p><p>　　橫向 1100N</p><p>　　刀架快速速度： 縱向

28、1.2m/min</p><p>　　橫向 0.6m/min</p><p>　　最大進給速度： 縱向 0.3m/min</p><p>　　橫向 0.6m/min</p><p>　　主電機功率： 11KW</p>

29、<p>　　啟動加速時間： 30ms</p><p>　　機床定位精度： 0.015mm</p><p>　　2.5.1 根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量</p><p>　　縱向：0.01mm/步；橫向：0.005mm/步（半徑）</p><p>　　2.5.2 計算切削力</p>

30、<p>　　1） 縱車外圓</p><p>　　主切削力Fz（N）按經(jīng)驗公式估算： Fz=0.067Dmax=0.67*500=7491N</p><p>　　按切削力各分力比例： Fz：Fx：Fy=1：0.25：0.4 Fx=7491*0.

31、25=1873N Fy=7491*0.4=2996N</p><p><b>　　2） 橫切端面</b></p><p>　　主切削力Fz1（N）可取縱切的1/2。 Fz1=Fz/2=3745N</p><p&

32、gt;　　此時走刀抗力為Fy1（N），吃刀抗力Fx1（N）。仍按上述比例粗略計算： Fz1：Fy1：Fx1=1：0.25：0.4 Fy1=3745*0.25=936N

33、 Fx1=3745*0.4=1497N</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的計算與選型</p><p>　　計算進給率引力Fm（N）</p><p>　　縱向進給為綜合型導軌 Fm=K*Fx+f（Fz+G） (2.1)</p><p>　　=1

34、.15*1873+0.16（7491+800）=3529N</p><p>　　式中 K——考慮顛復力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導軌取K=1.15</p><p>　　f——滑動導軌摩擦系數(shù)： 0.15~0.18</p><p>　　G——溜板及刀架重力： G=800N。</p><p>　　2) 計算最大動負載

35、C (2.2)</p><p>　　C= *fw*Fm</p><p>　　L=60*n*T/1000000</p><p>　　n=1000*Vs/L0</p><p>　　式中 L0——滾珠絲杠導程，初選L0=10mm；

36、</p><p>　　Vs——最大切削力下的進給速度，此處Vs=0.6m/min；</p><p>　　T——使用壽命，按15000h；</p><p>　　fw——運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取fw=1.2~1.5；</p><p>　　L——壽命、以1000000轉(zhuǎn)為1單位；</p><p>　　n=

37、1000*0.6*0.5/10=30r/min</p><p>　　L=60*30*15000/1000000=27</p><p><b>　　C=14251N</b></p><p>　　滾珠絲杠螺母副的選型</p><p>　　查閱相關資料，可采用KGT-N32×10-RH內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預緊的雙螺母滾珠絲

38、杠,外徑32mm，導程10mm，額定動負載C=33400N，剛度為K=810N/um,精度等級選為3級。</p><p><b>　　傳動效率計算</b></p><p>　　η=tgγ/tg（γ+Ф） (2.3)</p><p>　　式中 γ ——螺旋升角，NL45

39、06γ=2º26`</p><p>　　Ф——摩擦角取10`滾動摩擦系數(shù)0.003~0.004</p><p>　　η=tgγ/tg（γ+Ф）=tg2º26`/tg（2º26`+10`）=0.93</p><p><b>　　5) 剛度驗算</b></p><p>

40、　　如圖2.2是縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖。最大牽引力3528N。支承間距L=1000mm, 絲杠螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負荷的1/3。</p><p>　　圖 2.3 進給滾珠絲杠支承方式</p><p>　　a) 絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1</p><p>　　查相關資料，根據(jù)Pm=3528N，D0=45mm，查出δl/L=0.000013，

41、可算出:</p><p>　　δ1=1500*δl/L=0.02</p><p>　　由于兩端均采用向心推力軸承，且絲杠又進行了預拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實際變形量δ`1（mm）為：δ`1=δ1/4=0.005</p><p>　　滾珠與螺紋滾道間接觸變形δ2</p><p>　　查相關資料N系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道

42、接觸變形量δ2：</p><p>　　δQ=5.8um</p><p>　　因進行了預緊，δ2=δQ/2=5.8/2=2.9um</p><p>　　支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形δ3</p><p>　　采用8107推力球軸承，d1=30，滾動體直徑dQ=6.35mm，滾動體數(shù)量Z=15 δc=0.0024 F

43、`m*F`m/dQ*Z*Z=0.0094</p><p>　　因施加了預緊力，故δ3=δc/2=0.0094/2=0.0047</p><p>　　綜合以上幾項變形量之和：</p><p>　　δ=δ1+δ2+δ3=0.005+0.0029+0.0047=0.0081〈0.015</p><p><b

44、>　　滿足定位精度。</b></p><p>　　6) 滾珠絲杠兩端推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p><b>　　確定齒輪傳動比</b></p><p>　　原來機床的傳動齒輪已消除間隙，為減小傳動誤差，增加可靠性，齒輪箱和齒輪在原有的基礎上去掉一級齒輪副，采用一級減速。</p>&

45、lt;p>　　本次半閉環(huán)光電編碼器選用分辨率為1000 line/r，橫向脈沖當量為0.01mm，滾珠絲杠螺距為10mm，則齒輪傳動比：</p><p><b>　　i= =1</b></p><p>　　即，縱向傳動可以不用減速機構(gòu)，讓電機直接連接滾珠絲杠。</p><p><b>　　直流伺服電機的選擇</b>&

46、lt;/p><p>　　1） 負載轉(zhuǎn)動慣量的估算</p><p>　　折算到縱向伺服電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算：</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　式中 ——折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量（kg.cm）</p><p>　　W——縱向移動部件得重力（800N）&l

47、t;/p><p>　　δ——估算參數(shù)(0.01)</p><p>　　θ——步距角（0.36）</p><p>　　=(800/9.8)(（180×0.01）/(3.14×0.36)) =2.0698Kg.cm</p><p>　　負載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩的計算</p><p>　　根據(jù)能量守恒原理，電

48、動機等效負載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　=3.28N.m (2.5)</p><p>　　若不考慮啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩</p><p>　　取安全系數(shù)為0.3 ，則3.28/0.3=10.9N.m</p><p>　　因數(shù)控機床對動態(tài)性能要求較高，確定電動機最大靜轉(zhuǎn)矩時應滿足快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩T的要求&

49、lt;/p><p><b>　　=++</b></p><p>　　式中為空載快速啟動時所需的轉(zhuǎn)矩（N.m）</p><p>　　為克服摩擦力所需的轉(zhuǎn)矩（N.m）</p><p>　　為絲杠預緊所引起的折算到電機軸上的附加轉(zhuǎn)矩（N.m）</p><p>　　當工作臺快速移動時，電機的轉(zhuǎn)速：</p

50、><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　=（1200×1）/10=120r/min</p><p><b>　　有動力學可知：</b></p><p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　式中 ε為角加速度，

51、計算公式為ε= (2.9)</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　==2.07×0.0001×（3.14×120）/(30×0.03)=0.087 N.m</p><p>　　=

52、 (2.10)</p><p>　　=(800×0.16×10×0.001)/(2×3.14×0.93×0.98×1)=5.01 N.m</p><p>　　= (2.11)</p><

53、p>　　=(0.33×7491×10×0.001)/ (2×3.14×0.93×0.98×1)=4.3 N.m</p><p>　　=++=4.3+5.01+0.087=9.4 N.m</p><p>　　根據(jù)計算綜合考慮，選擇直流電機的型號為： 140ZW-02 ,額定轉(zhuǎn)矩11N.m </p>&

54、lt;p>　　橫向進給系統(tǒng)的設計計算</p><p>　　已知條件：橫向工作臺重力W=1100N,時間常數(shù)t=25ms，由于橫向進給系統(tǒng)的設計計算與縱向類似，估計算過程略。</p><p>　　選擇滾珠絲杠的型號： KGT-N32×20-RH 直流電機型號為 140ZW-02,額定轉(zhuǎn)矩12.5N.m.</p><p>　　3 微機數(shù)

55、控系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　3. 1 單片微機設計概述</p><p>　　8098是Intel公司于1988年一季度推出的準16位嵌入式微控制器（內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為16位，外部數(shù)據(jù)總線為8位），它與MCS-96系列中的其他芯片相比具有性能高，功能全，售價低廉，使用方便等優(yōu)點，非常適合在我國推廣使用。</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</

56、p><p>　　圖 3.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　設計說明：</p><p>　　用戶根據(jù)零件圖紙，按照規(guī)定的格式，編制出若干零件加工程序，然后通過鍵盤把程序輸入計算機，計算機在管理程序的控制下，通過專用控制程序（數(shù)控軟件）把用戶加工程序（應用軟件）轉(zhuǎn)化成一定數(shù)量（位移）和頻率（速度）的脈沖型信號。這些指令經(jīng)過擴展的I/O口和光電隔離，在經(jīng)過

57、功率放大，然后驅(qū)動兩臺直流伺服電機，帶動工作臺和刀架完成縱、橫兩個方向的進給，使車刀走出直線或圓弧等軌跡。工作臺的位移量通過編碼器檢測出來反饋回計算機形成閉環(huán)。刀架上可裝四把刀，當需要換刀時，由計算機發(fā)出驅(qū)動刀架旋轉(zhuǎn)的信號，經(jīng)過驅(qū)動電路使刀架電機旋轉(zhuǎn)，帶動刀架換位。主軸脈沖編碼器是用來車削螺紋的。它把主軸旋轉(zhuǎn)的角位移以脈沖的形式輸給計算機，計算機通過軟件控制使車刀的進給運動與工件的旋轉(zhuǎn)運動保持正確的運動關系。主軸脈沖編碼器的進給脈沖用

58、來控制車刀的進給量，以保證工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀架移動一個螺紋導程；零位脈沖用來控制車刀切入工件的起始位置，保證多次走刀螺紋時不亂牙。</p><p>　　在微機應用系統(tǒng)中，CPU的選擇應考慮以下因素：</p><p>　　1)、時鐘頻率和字長，這個指標將控制數(shù)據(jù)處理的速度。</p><p>　　2)、可擴展存儲器（包括ROM和RAM）的容量。

59、</p><p>　　3)、指令系統(tǒng)功能，影響編程靈活性。</p><p>　　4)、I/O口擴展的能力，即對外設控制的能力。</p><p>　　此外還考慮到了系統(tǒng)應用場合，控制對象對各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟價格比等要求。</p><p>　　此次畢業(yè)設計要求使用16位單片機，因此選擇Intel 8098

60、單片機。</p><p>　　3.1.2 存儲器擴展電路的設計</p><p>　　存儲器擴展電路的設計包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的擴展。</p><p>　　在選擇程序存儲器芯片時，考慮到了CPU與EPROM時序的匹配，最大讀出速度、工作溫度及存儲芯片的容量等問題。</p><p>　　在存儲器擴展電路的設計中包括地

61、址鎖存器和譯碼電路的設計</p><p>　　I/O口即輸入/輸出接口電路設計 </p><p>　　包括接口芯片的選用，直流伺服電機控制電路，鍵盤顯示電路和其它輔助電路（如復位電路，越界報警電路等）。</p><p>　　3. 2 8098單片機的基本特性</p><p>　　MCS-96系列單片機的集成度很高，是集片內(nèi)存儲

62、器、片內(nèi)輸入/輸出部件和CPU于一體的準16位優(yōu)良單片機系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.1 8098單片機的基本特性</p><p>　　1) 準16位嵌入式微控制器（內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為16位，外部數(shù)據(jù)總線為8位）;</p><p>　　2) 高性能的16位CPU寄存器算術(shù)邏輯單元（RALU），232字節(jié)寄存器陣列；</p><p>　　3）

63、高速輸入/輸出（HSI/HSO）;</p><p>　　4) 帶有采樣/保持（S/H）電路的4通道10位A/D轉(zhuǎn)換器；</p><p>　　5) 中斷控制器和等待狀態(tài)產(chǎn)生邏輯；</p><p>　　6） 一個同步/異步串行口；</p><p>　　7） 兩個16位定時器和一個監(jiān)視定時器；</p><p>　　8） 一個

64、可供D/A轉(zhuǎn)換器使用的脈寬調(diào)制（PWM）輸出；</p><p>　　9） 片內(nèi)設有時鐘發(fā)生器；</p><p>　　3.2.2 8098芯片引腳及其功能</p><p>　　8098芯片具有48引腳，如下圖所示：</p><p>　　圖 3.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　引腳功能定義表：&l

65、t;/b></p><p>　　表3.1 8098引腳功能表</p><p>　　3. 3 存儲器擴展電路的設計</p><p>　　在對機床的數(shù)控化改造過程中，對單片機進行開發(fā)時，遇到了存儲器的擴展問題，單片機的內(nèi)部雖然設置了一定容量的存儲器，但是這種存儲器的容量較小，遠遠滿足不了實際需要，因此需要從外部進行擴展，配置外部存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲

66、器，同時還需要對單片機的I/O口進行擴展，這就需要配置一定的輸入設備和輸出設備，這樣才能滿足系統(tǒng)的工作需要。</p><p>　　在設計擴展存儲器時，要從下面幾點進行考慮。</p><p>　　1) 系統(tǒng)對外部存儲器需求的種類和容量.系統(tǒng)是否需要EPROM，RAM及EEPROM。所需的容量是多少。</p><p>　　2) 8098尋址空間為64K字節(jié)．應對其片外的

67、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器及I／O空間進行統(tǒng)一編址。</p><p>　　3) 時序分析與連線．根據(jù)所選用存儲器的特性、工作方式參數(shù)及時序的要求來確定與8098的接口如何連接。</p><p>　　8098單片機使用16位多路復用地址和8位數(shù)據(jù)總線，此外配合總線口進行總線存取操作的還有引腳RD、WR、ALE／ADV、READY、EA等控制信號。使用這些信號與一些常規(guī)接口芯片連行擴展很容易構(gòu)成較

68、大規(guī)棋的應用系統(tǒng)。</p><p>　　3.3.1 程序存儲器的擴展</p><p>　　3.3.1.1 2764EPROM</p><p>　　圖3.2為2764的引腳圖：</p><p>　　圖 3.2 2764芯片引腳圖</p><p>　　各引腳功能如 表3.2</p><p>　　表

69、3.2 2764引腳功能表</p><p>　　2764一般可有三種工作方式應用干8098系統(tǒng)之中，值得注意的是這三種工作方式的所有輸入／輸出與CMOS和TTL電平兼容。</p><p>　?。保∽x工作方式：一般說來．EPROM在地址線穩(wěn)定后．使用兩個引腳(片選腳CE．輸出允許OE)控制讀取數(shù)據(jù)。片選腳(CE)是電源控制，用于設備選擇；輸出允許腳(OE)是輸出控制，用于選擇輸出引腳中有

70、數(shù)據(jù)輸出還是高阻狀態(tài)。假設地址線(A0～A16)穩(wěn)定不變，片選腳(CE)與輸出允許腳(OE)都為低時．經(jīng)過一段時間延遲后．該地址的數(shù)據(jù)就會被讀到數(shù)據(jù)口1(DO—D7)。</p><p>　?。玻【S持工作方式：當片選信號(CE)為高電平時，芯片進入維持工作方式，這樣可以減步芯片的功耗，一般在1mW以下．這時數(shù)據(jù)口輸出呈現(xiàn)高阻狀態(tài)．</p><p>　?。常≥敵鼋构ぷ鞣绞剑寒斴敵鲈试S信號

71、(OE)為高電平時，芯片進入輸出禁止工作方。</p><p>　　市場上購買的EPROM，在其出廠前所有存儲單元的數(shù)據(jù)均為1，用戶可通過相應的EPROM寫入裝置(如8088開發(fā)系統(tǒng)、ALL03＋等)，將應用程序編程到芯片中在系統(tǒng)中使用．如果應用程序需要改寫．可將EPROM芯片在紫外線(光強度為15000uW／cm2)光下照射其窗口約20分鐘，存儲單元各位數(shù)據(jù)會被最新置1，然后就可再次使用。</p>

72、<p>　　3.3.1.2 地址鎖存器</p><p>　　由于MCS-96單片機的P3口是分時復用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此在進行程序存儲器擴展時必須利用地址鎖存器將地址信號從地址/數(shù)據(jù)總線中分離開來。 通常，地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的八D鎖存器74LS373或8282，地址鎖存信號為ALE。本系統(tǒng)用的是74LS373，它的鎖存控制端LE可直接與單片機的鎖存控制信號端ALE相連，在AL

73、E下降沿進行地址鎖存。74LS373芯片如圖3.3</p><p>　　圖 3.3 73LS373芯片引腳</p><p>　　373的輸出端O0-O7可直接與總線相連。 </p><p>　　當三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0~O7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，O0-O7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

74、不受影響。 </p><p>　　當鎖存允許端LE為高電平時，O隨數(shù)據(jù)D而變。當LE為低電平時，O被鎖存在</p><p>　　已建立的數(shù)據(jù)電平。 </p><p>　　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。</p><p><b>　　引出端符號： </b></p>

75、<p>　　D0～D7 數(shù)據(jù)輸入端 </p><p>　　OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效） </p><p>　　LE 鎖存允許端 </p><p>　　O0-O7 輸出端</p><p>　　3.3.1.3 譯碼電路</p><p>　　8098單片機允許擴展64K數(shù)

76、據(jù)存儲器（包括I/O口芯片），這樣就需要擴展多個外圍芯片，因而需要把外部地址空間分配給這些芯片，并且使程序存儲器各芯片之間、數(shù)據(jù)存儲器各芯片之間（包括I/O口芯片）地址互相不重疊，以使單片機訪問外部存儲器時，避免發(fā)生沖突。當8098數(shù)據(jù)總線分時地與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送時，首先要進行片選（指選中某一個芯片），而當片內(nèi)有多字節(jié)單元時，還要進行片內(nèi)地址選擇。</p><p>　　規(guī)則如下：<

77、/p><p>　　1）程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器獨立編址。它們的地址可以重疊使用。靠片選信號和控制信號：ALE、RD和WD區(qū)分訪問對象。</p><p>　　2）外圍I/O芯片與擴展數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。外圍I/O芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲器地址單元，而且使用數(shù)據(jù)存儲器的讀/寫控制信號與讀/寫指令。</p><p>　　3）CPU訪問外部存儲器地址編碼CPU P4口提供高

78、8位地址（A8-A15），P3口經(jīng)外部地址鎖存器后提供低8位地址（A0-A7）。</p><p>　　地址譯碼的方法有兩種：線選法和全地址譯碼。</p><p>　　線選法：即把單獨的地址線（通常是P2口的某一根線）直接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。若系統(tǒng)只擴展少量的RAM和I/O接口芯片，可采用線選法。譯碼中未用到的地址位可設成“1

79、”或“0”。</p><p>　　全地址譯碼法：將低位地址線作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址進行譯碼，譯出的信號作為片選線。通常用于擴展容量較大的系統(tǒng)。常用譯碼芯片是74LS138。</p><p>　　74LS138芯片如圖3.4 圖 3.4 74LS138芯片</p><p>　　表3.3 74LS138功能表

80、</p><p>　　3.3.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴展</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲器一般都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。最常用的靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器有6116(ZK×8)、6264(8K×8)兩種。</p><p>　　6264是：8K×8位的靜態(tài)隨機存儲器芯片，采甩CMOS工藝制造，單 +5V電源。額定功耗200mW，典型存取時間

81、為200ns，為28PIN雙列直插式(DIP)封裝，其引腳定義如圖3. 5所示，其引腳功能見表３.３。芯片功能表見表3.3</p><p>　　圖３. 5?。叮玻叮匆_定義</p><p>　　表3.4 6264引腳功能表</p><p>　　由表3.3可以看出．6264芯片可由面?zhèn)€片選腳(CSl、CS2)、輸出允許(OE)、寫允許(WE)和地址線來控制寫入和讀出

82、數(shù)據(jù)。常用的幾種方法如下：</p><p>　　片選(CSl)控制方式</p><p>　　將地址線與8098單片機地址線相連，輸出允許(OE)、寫允許(WE)與8098的讀(RD),寫(WD)信號相連。片選(CS2)接高電平。地址譯碼線與片選(CS1)相連．其為低電平有效。在低電平持續(xù)一段時間后(如6264—200為200ns，)．該地址單元的數(shù)據(jù)就會被讀出或?qū)?shù)據(jù)口上的數(shù)據(jù)寫入該地址單

83、元。</p><p>　　片選(CS2)控制方式</p><p>　　這種工作方式與片選(CS1)控制方式基本相同，所不同的是片選(CS1)接低電平，片選(CS2)與地址譯碼線相連，其為高電平有效。</p><p>　　片選(CS1、CS2)組合控制方式</p><p>　　這種方法與前兩種方法所不同的是：可分別使用片選(CS1、CS2)進行

84、譯碼，使得在無總線競爭發(fā)生時，線路連接有更大的靈活性。</p><p>　　本設計采用片選(CSl)控制方式</p><p>　　3.3.3 EEPROM存儲器</p><p>　　EEPROM是一種電擦除電可編程的只讀存儲器?？勺鳛槌绦虼鎯ζ骱蛿?shù)據(jù)存儲器使用，其主要優(yōu)點是能在應用系統(tǒng)中進行在線改寫．并能在斷電情況下保存數(shù)據(jù)。其有并行EEPROM和串行EEPROM

85、兩種類型，具體有如下特點:</p><p>　　1) 采用+5V擦除的EEPROM后，通常不須設置單獨的擦除操作，可在寫入的過程中自動擦除快速的擦除時間為200us，最長的約需lOms左右，所以在設計應用系統(tǒng)時應首先查閱有關的手冊，確定擦除時間，在軟件設計時確保有足夠的寫入時間。</p><p>　　2） 在采用并行EEPROM時，EEPROM可作為程序存儲器，按照EPROM的連接方法編址

86、，如果作為散據(jù)存儲器，則按照靜態(tài)RAM連接方法編址。</p><p>　　3） 在串行EEPROM芯片中，地址與數(shù)據(jù)的傳送方式都是串行方式，它們體積小，電路連接簡單(兩線傳送或三線傳送)，價格低廉，不占用地址總線與數(shù)據(jù)總線，但是，數(shù)據(jù)傳送速率低。</p><p>　　常用的并行EEPROM型號有：28C16A(2K×8)，28Cl7A(2K×8)．28C64A(8K&#

87、215;8)等，本設計采用28C64A，其引腳定義見圖3.6、工作方式如表3.4所示</p><p>　　圖３. 6　2864引腳定義</p><p>　　表3.5 2864引腳功能表</p><p>　　2864與8098的接法與6264（RAM）與8098的接法基本相同，只不過2864只有一個片選端CE，它與74LS138的Y5輸出端相連。</p>

88、<p>　　3.4 I/O接口電路</p><p>　　8255A可編程I／O口及擴展</p><p>　　在8098單片機應用系統(tǒng)設計時，對其I／0口的使用應根據(jù)具體應用場合而確定。對于簡單外設的輸入輸出，可使用I／0接口直接檢測／控制。但對比較復雜的應用系統(tǒng)。單片機本身提供的I／O口顯然不夠使用．因此需要在單片機上擴展I／0口來實現(xiàn)系統(tǒng)功能要求。最常用的并行接口芯片為8

89、255A。8255A是可編程的并行I／O接口芯片，它可用程序來改變功能，通用性強。使用靈活，通過它可直接將單片機總線接向外設。</p><p>　　3.4.1 8255A的結(jié)構(gòu)</p><p>　　8255A的原理如圖3.7所示．它有兩個8位并行端口PA和PB。還有兩個4位并行端口：PC的高4位和PC的低4位．每個端口均能通過控制寄存器編程確定為全部輸入或全部輸出，也可確定為指定的功能。

90、它的管腳采用40線雙列直播式封裝．內(nèi)部原理如圖3.7所示，引腳圖如圖3.8, 引腳功能見表3.6。</p><p>　　圖３. 7　8255A的原理圖</p><p>　　1）數(shù)據(jù)端口PA、PB、PC</p><p>　　8255A有三個8位并行口PA、PB、PC，它們都可以選擇為輸入或輸出工作方式，但在功能和結(jié)構(gòu)上有些差異。</p><p>

91、;　　PA口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器，一十8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。</p><p>　　PB口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸入輸出鎖存緩沖器．一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。</p><p>　　PC口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器．一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器(輸入沒有鎖存)。</p><p>　　PA口和PB口可作為輸入輸出口．而PC口除了可作為輸入輸出口外，還可作為PA口、PP

92、,口狀態(tài)控制信號．</p><p>　　2） A組和B組控制電路</p><p>　　這是兩組根據(jù)8098命令控制8255A工作方式的控制電路。此外．還可根據(jù)8098的命令對PC口的每一位實現(xiàn)按位“復位”或“置位”。</p><p>　　A組控制PA口和PC4～PC7；</p><p>　　B組控制PB口和PC0～PC3。</p>

93、<p>　　圖３. 8　8255A引腳圖</p><p>　　3） 數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個三態(tài)雙向8位緩沖器，它是8255A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口輸入輸出的數(shù)據(jù)、輸出指令以及CPU發(fā)出的控制字都是通過這十緩沖器傳送的。</p><p>　　4） 讀寫和控制羅輯</p><p>　　A0、A1和CS為8255A的口選擇信號和片選信號，RD及WR為對8255A

94、的讀寫控制信號。這些信號分別和8098單片機的地址線和讀寫信號線相連接，實現(xiàn)對8255A的口選擇和數(shù)據(jù)傳送。這些控制信號的組合可以實現(xiàn)8098單片機對8255A的PA口、PB口、PC口和控制信號的尋址，見表3.6．</p><p><b>　　5） RESET</b></p><p>　　復位信號：高電平有效，置8255A于基本操作狀態(tài)，PA口、PB口及PC口均為輸

95、入方式。</p><p>　　表3.6 8255A端口選擇</p><p>　　3.4.2 8255A工作方式的選擇</p><p>　　8255A有三種基本的工作方式．</p><p>　　1) 方式0，基本輸入輸出方式。</p><p>　　2) 方式1 ，選通輸入輸出方式。</p><p

96、>　　3) 方式2，雙向傳送。</p><p>　　其工作方式的選擇由8098輸出的方式控制字來決定。</p><p>　　1） 方式選擇控制字</p><p>　　8255A工作方式的選擇由8098寫入一個控制字到8255A的控制寄存器來確定，方式控制字格式如圖3.9所示。</p><p>　　在方式選擇控制字中，D7=l是其特征標志

97、位。這時，A組可選擇三種工作方式，方式0、方式1及方式2。而B組只能選擇方式0或方式1 。</p><p>　　若8255A編程A 口為方式0輸入，B 口為方式1輸出。PC7-PC4為輸出，PC3-PCO為輸入，則其程序為：</p><p>　　LDB AL，#95H ;取控制字</p><p>　　LD BX，#19BH ;取控制口地址</p>

98、;<p>　　STB AL，[BX] ;送控制宇</p><p>　　2） 端口C置位／復位控制字</p><p>　　在向控制寄存器寫入控制字時．如果D7=0，則是對端口C置位／復位的控制字，此時，由控制字的D3～D1指明對端口C的哪一位進行操作，而D0位則指明對端口的操作是置位(DO=1)還是復位(D0=0)．D6～D4為任意值，不影響操作，這一功能可使8255A作

99、為位控接口來實現(xiàn)對外設的接位控制。</p><p>　　圖３. 9 8255A方式選擇控制字</p><p>　　例如：要使端口C的PC7=1，則控制字為OFH，而要使PC3=0，則控制字為06H。</p><p>　　設8255A的控制端口地址為19BH．其程序如下：</p><p>　　LDB AL，#0FH ；設置PC7=1的控

100、制字</p><p>　　LB BX．#19BH ；取控制口地址</p><p>　　STB AL，[BX] ；置PC7=l</p><p>　　LDB AL，．#06H ；設置PC3=0的控制字</p><p>　　STB AL，[BX] ;置PC3=0</p><p>　　3.4.3 825

101、5A 的工作方式</p><p>　　1) 方式0——基本輸入／輸出方式</p><p>　　在這種方式中．三個數(shù)據(jù)端口A、B、C(C分為兩個4位)通過方式選擇控制字可任意選擇其為輸人口或輸出口，且同一組的兩個端口也可分別定義為輸入口或輸出口，例如：A組的端口A定義為輸入口，而端口C的PC7～PC4則可定義為輸出口。</p><p>　　方式0的主要特點是：<

102、;/p><p>　　其有兩個8位端口A、B及兩個4位端口(端口C)，任一個端口可以作為輸入或輸出端口，各端口之間沒有規(guī)定必然的聯(lián)絡關系。</p><p>　　方式O主要用于同步傳進數(shù)據(jù)的場合，這時．8098A 和外設都互相了解對方的工作狀態(tài)，不需要應答信號．三個數(shù)據(jù)端口可實現(xiàn)三個通道的數(shù)據(jù)傳送。</p><p>　　2) 方式l——選通輸入／輸出方式</p>

103、;<p>　　在這種方式中，端口A和端口B要進行輸入／輸出傳送時，必須利用端口C提供的選通信號和應答信號，而這些信號與端口C有著固定對應關系，不可改變。</p><p>　　方式1的主要特點是：</p><p>　　１）　兩個8位數(shù)據(jù)輸人／輸出端口A、B在端口C的配合下工作。</p><p>　?。玻《丝贑中的3位用于端口A的輸入／輸出控制。3位用于

104、端口B的輸入／輸出控制，井提供中斷邏輯。</p><p>　?。常∪糁挥幸粋€數(shù)據(jù)端口工作于方式l，則另一個數(shù)據(jù)端口及端口C剩下的5位可工作于方式O；若兩個數(shù)據(jù)端口都工作于方式1，則端口C剩下的兩位可由程序指定作為輸入或輸出，也可進行置位／復位操作。</p><p>　　本設計中，一片8255的PA口設定為輸入口，PA0-PA5信號來自面板六個琴鍵開關：PA1-空運行是驗證程序用的；PA2

105、-自動運行用于加工；PA3-手動速度有兩檔，用于點動；PA4-回零是指刀架回零,PA0是編輯。同時PC0-PC3設定為輸出口，當需要自動回轉(zhuǎn)刀架換刀時，由8155的PC0-PC3發(fā)出刀位信號，控制刀位電機回轉(zhuǎn)，到達指定的刀位，刀架夾緊后，發(fā)出換刀回答信號，經(jīng)8155的PB5輸入計算機，控制刀架開始進給。PB0-PB6設定為輸入口，設有啟動、暫停、單段、連續(xù)、急停等方式。PB5作為刀架電機轉(zhuǎn)動的換刀回答信號。PB6作為車削螺紋時的零位螺紋

106、信號。PC4接報警顯示。端口定義如圖3.10：</p><p>　　在本控制系統(tǒng)中，另一片8255的PA口設定為輸出口，輸出八路PWM調(diào)制波，經(jīng)光電隔離電路、功率放大電路，驅(qū)動功率開關元件GTR，使GTR實現(xiàn)快速通斷，無論何時，一相的4個GTR只有兩個處于導通狀態(tài)，另外兩個處于截止狀態(tài)，然后驅(qū)動X，Z向的直流電機。PB口設定為輸入口：8098的P1.0-P1.7作為顯示器的段選信號,PC0-PC5是輸出顯示器的位

107、選信號,PB0-PB3四根線是鍵盤掃描輸入，PB4-PB7是兩個方向的點動。對于PA口，PA3作為X向電機的選擇信號，PA7作為Z向電機的選擇信號。</p><p>　　3.4．4 顯示器的工作原理</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器）這里主要介紹LED顯示器，通常它是由八個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導通時，相

108、應的一個點或一個筆畫發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導通，就能顯示出各種字符。常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖3.10。發(fā)光二極管的陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。當顯示數(shù)字0時，只要a、b、c、d、e、f段亮，g不亮，即a、b、c、d、e、</p><p>　　圖３. 9 8255A 功能信號</p><p>　　f段的陽極加上高電平“1”，g段的陽極加上低電平“0”，公共陰極接低電平“0”，七

109、段顯示器則顯示“0”，如果加到各段陽極上的代碼，則顯示器將會顯示不同的字符和數(shù)字，這個代碼稱為段碼,選擇字型稱為段選。</p><p>　　通常顯示器采用動態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點亮顯示器各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次，顯示器的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。這就是顯示器的掃描過程。計算機以人眼不能分辨的速度輪流對各

110、字位線輸出低電平，即可在各位上顯示出不同的字符和數(shù)字， 從而實現(xiàn)掃描顯示，這就稱作位選。</p><p>　　本設計是使用存儲空間擴展實現(xiàn)的動態(tài)驅(qū)動LED，它使用兩片74LS373鎖存器動態(tài)驅(qū)動6塊LED數(shù)碼管。6塊數(shù)碼管相同數(shù)據(jù)段的輸入端相連并接到74LS373的輸出端上．另一片74LS373的6路輸出分別與6塊數(shù)碼管的選通端相連來控制由哪塊數(shù)碼管顯示。程序設置6個連續(xù)RAM中存放相應的顯示數(shù)據(jù)．其后6個連續(xù)

111、內(nèi)存中存放顯示控制數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖３.10 7段LED顯示塊</p><p>　　3.4．5 鍵盤接口原理</p><p>　　鍵盤是由若干個按鍵組成的開關矩陣，它是最簡單的單片微機輸入設備。其工作原理如圖3.11：</p><p>　　圖中控制信號=“０”則開放，可對鍵識別：</p><p>　　當

112、鍵松開，測試信號＝“１”</p><p>　　鍵閉合，測試信號＝“０”</p><p>　　控制信號＝“１”，禁止，不能對鍵進行識別．</p><p>　　圖所示為４Ｘ４鍵盤結(jié)構(gòu)，圖中行線通過電阻接＋５Ｖ，當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線斷開，行線Ｘ０-Ｘ３（測試信號）都成高電平。當鍵盤上某一個鍵閉合時，則該鍵所對應的行

113、線和列線短路。Y0-Y3相當于控制信號。</p><p>　　由附圖所示，鍵盤為4X8鍵。鍵盤的列線用8255的PC口（PC0-PC7），是輸出口。鍵盤的行線由8255B口（PB0-PB3）擔任，是輸入口，鍵盤用8255的PC口進行控制，對進行鍵盤巡回掃描。</p><p>　　圖3.11 鍵盤控制原理圖</p><p>　　3.5 直流伺服電機接口及驅(qū)動<

114、;/p><p>　　直流伺服電機具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動轉(zhuǎn)矩和相對功率，易于控制及響應快等優(yōu)點。盡管其結(jié)構(gòu)復雜，成本較高，在機電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應用。</p><p>　　3.5．1 直流伺服電動機的分類</p><p>　　直流伺服電動機的分類：直流伺服電動機按勵磁方式可分為電磁式和永磁式兩種。電磁式的磁場由勵磁繞組產(chǎn)生；永磁式的磁場由永磁體產(chǎn)