數(shù)控設(shè)計(jì)畢業(yè)論文2

1、<p><b>　　緒 論</b></p><p>　　數(shù)控設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化工程專業(yè)（高等本科）教學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。是我們學(xué)完基礎(chǔ)課和專業(yè)課，特別是《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程之后進(jìn)行的，是培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際、解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題能力的重要步驟。它起到畢業(yè)設(shè)計(jì)的作用。</p><p>　　機(jī)電一體化專業(yè)的數(shù)控設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化的典型課題——數(shù)控機(jī)床的應(yīng)

2、用和設(shè)計(jì)為主線，通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床加工程序的編制、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案的擬定，進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)、計(jì)算以及控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械、電子和微機(jī)的知識(shí)，進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全面訓(xùn)練。從而培養(yǎng)學(xué)生具有加工編程能力、初步設(shè)計(jì)計(jì)算的能力以及分析和處理生產(chǎn)中所遇到的機(jī)、電方面技術(shù)問(wèn)題的能力。</p><p>　　本設(shè)計(jì)首先要感謝xxxx教授的指導(dǎo)和支持，使我在設(shè)計(jì)中少走了許多的彎路，排除了許多困難，

3、在設(shè)計(jì)中他們給予了我很多支持和幫</p><p>　　總體方案的設(shè)計(jì)與選擇</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　用數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為320毫米的普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)。要求車床有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。</p><p><b>　　

4、設(shè)計(jì)參數(shù)如下：</b></p><p><b>　　最大加工直徑：</b></p><p>　　在床身上：320mm 在床鞍上：175mm</p><p>　　最大加工長(zhǎng)度：750mm</p><p><b>　　溜板及刀架重量：</b></p>

5、<p>　　縱向：800N 橫向：400N</p><p><b>　　刀架快移速度：</b></p><p>　　縱向： 2m/min 橫向：1m/min</p><p><b>　　最大進(jìn)給速度：</b></p><

6、p>　　縱向：0.8m/min 橫向：0.4m/min</p><p><b>　　最小分辨率：</b></p><p>　　縱向：0.01mm 橫向：0.005mm</p><p>　　定位精度： 0.02mm</p><p>　　主電機(jī)

7、功率： 3KW</p><p>　　起動(dòng)加速時(shí)間：25ms</p><p><b>　　總體方案的確定</b></p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順、逆圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，固應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到屬于經(jīng)濟(jì)

8、型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)采用混合式步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性強(qiáng)、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)，決定采用MCS-51系列的8051單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。<

9、/p><p>　　控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。</p><p><b>　　機(jī)械傳動(dòng)方式</b></p><p>　　為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿，為保證一定的傳動(dòng)精度和平

10、穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲桿螺母副。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒輪側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體方案框圖</b></p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)方案框圖2-1</p><p>　　數(shù)控車床機(jī)械的計(jì)算和選型</p><p><

11、b>　　切削力的計(jì)算</b></p><p><b>　　縱車外圓</b></p><p>　　N切削功率=KηN額</p><p>　　=1×0.8×3=2.4（KW）</p><p>　　式中取 K=1∽1.25 間斷時(shí)間越長(zhǎng)K值越大; </p><p&

12、gt;　　η=0.7∽0.85; N額=3KW </p><p>　　主切削力 Fz(N) 按經(jīng)驗(yàn)公式估算（取為η=0.8）</p><p>　　Fz=60000×N切削功/V線=60000×2.4÷90=1600N</p><p>　　式中取 V線=90m/min</p><p><b

13、>　　按切削力各分力比</b></p><p>　　Fz:Fx:Fy=1:0.5:0.6 可得：</p><p>　　Fx=Fz×0.5=1600×0.5=800N</p><p>　　Fy=Fz×0.6=1600×0.6=960N</p><p><b>　　橫切

14、端面時(shí)</b></p><p>　　主切削力Fz´(N)取縱切力的1/2</p><p>　　Fz´=0.5×Fz=0.5×2400=800N</p><p>　　Fx´=1200×0.5=400N</p><p>　　Fy´=1440×0.5=400

15、N</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型</p><p><b>　　縱向進(jìn)給絲杠</b></p><p>　　計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(N) Fm=KFx+f(Fz+G)</p><p>　　=1.15×800+0.17(1600+800)</p><p><b>

16、;　　=1328N </b></p><p>　　式中 K=1.15 三角形導(dǎo)軌/綜合導(dǎo)軌（滑動(dòng)導(dǎo)軌）</p><p>　　f=0.15∽0.18為滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)。鑄鐵對(duì)鋼鐵導(dǎo)軌f取0.17計(jì)算；</p><p>　　G:為溜板及刀架重力，取800N</p><p><b>　　選擇導(dǎo)程(L) </b>

17、</p><p>　　選擇合適的導(dǎo)程,使馬達(dá)的最大轉(zhuǎn)速和最大快速移動(dòng)度能滿足下式:</p><p><b>　?。?＝4(mm)</b></p><p>　　Vmax 快速移動(dòng)速度 mm/min</p><p>　　Nmax 驅(qū)動(dòng)馬達(dá) min-1</p><p>&l

18、t;b>　　本例選擇L＝5mm</b></p><p><b>　　螺母的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　必需的基本額定動(dòng)態(tài)負(fù)載(C) 當(dāng)導(dǎo)程為5mm時(shí)計(jì)算得出如下結(jié)果:</p><p><b>　　C＝Fmfw</b></p><p>　　Lh 壽命（h）（15000h

19、為一個(gè)單位）</p><p>　　C 基本額定動(dòng)態(tài)負(fù)載 （N）</p><p>　　Fm 平均軸向負(fù)載（N）</p><p>　　Nm 平均轉(zhuǎn)速 （min-1）</p><p>　　fw 負(fù)載因子（由運(yùn)動(dòng)情況決定的系數(shù)）</p><p>　　無(wú)沖擊平滑運(yùn)轉(zhuǎn)　　　　　　fw=1.0～1.

20、2</p><p>　　普通狀態(tài)下的運(yùn)轉(zhuǎn)　　　　　fw=1.2～1.5</p><p>　　有沖擊和振動(dòng)情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)　fw=1.5～2.0</p><p>　　Nm＝1000Vs/L0</p><p>　?。?000×0.8×0.5÷5</p><p><b>　?。?0<

21、/b></p><p><b>　　Fm=1328N </b></p><p><b>　　C＝Fmfw</b></p><p>　?。?#215;1328×1.5</p><p><b>　　＝8287</b></p><p>　　校核

22、必需的基本額定動(dòng)態(tài)負(fù)載和允許的轉(zhuǎn)速(DmN值)</p><p><b>　　〈導(dǎo)程為5的情況〉</b></p><p><b>　　縱向進(jìn)給時(shí)： </b></p><p>　　Fm=1328(N) Nm=80(min-1) C=8287(N)</p><p>　　直徑 20，導(dǎo)程 5 和 2.5 圈

23、 1個(gè)回路</p><p>　　這時(shí),DmN值為:DmN=20.8×500=10400≤50000 符合設(shè)計(jì)要求</p><p>　　[研磨滾珠絲杠] DmN≤70000 [軋制滾珠絲杠] DmN≤50000</p><p><b>　　這里：</b></p><p>　　Dm:絲杠直徑(mm)

24、+A</p><p>　　N:最大轉(zhuǎn)數(shù)(min-1)</p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　表明該型號(hào)螺母滿足允許值。</p><p>　　選擇GR2005 DS－AALR 插管式單螺母（表3-2）</p><p><b>　　絲杠的設(shè)計(jì)</b>&

25、lt;/p><p>　　校核絲杠的總長(zhǎng)(l)、允許軸向負(fù)載(P0)和臨界速度(Nc)。假定：</p><p>　　L=最大行程+螺母長(zhǎng)度+余量+兩軸端的尺寸</p><p>　　=700+50+70+180=1000</p><p>　　為了獲得允許軸向負(fù)載,應(yīng)校核彎曲負(fù)載。</p><p>　　假定受力點(diǎn)之間的距離L1=

26、800,</p><p><b>　　彎曲負(fù)載P0</b></p><p><b>　　P0＝</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　?。?8501.78N</p><p>　　P0=58501.78(N)</p>

27、<p><b>　　這里:</b></p><p>　　P0 : 開(kāi)始發(fā)生彎曲變形時(shí)的負(fù)載(N) </p><p>　　l: 負(fù)載點(diǎn)之間的距離(mm)</p><p>　　E : 彈性模量(2.06×105N/mm2)</p><p>　　I : 滾珠絲杠軸

28、截面的最小二次力矩(mm4) </p><p>　　I=(π/64)×d4 </p><p>　　d : 絲杠根徑(mm),參見(jiàn)尺寸表 </p><p>　　n : 由滾珠絲杠的支撐方式?jīng)Q定的系數(shù)</p><p>　　支撐—支撐　　　　　n=1</p><p>

29、;　　固定—支撐　　　　　n=2</p><p>　　固定—固定　　　　　n=4</p><p>　　固定—自由　　　　　n=0.25</p><p><b>　　滾珠絲杠的剛度</b></p><p>　　滾珠絲杠的剛度(Ke)</p><p>　　假定軸承端面之間的的距離 L3=1005,由于

30、在 l3/2處軸的變形量最大,</p><p>　　所以在該處進(jìn)行計(jì)算。下面的公式</p><p><b>　　Kl</b></p><p>　?。?57.57（N/μm）</p><p>　　E: 彈性模量(2.06×105N/mm2)</p><p>　　d: 絲杠的根徑

31、(mm)</p><p>　　螺母的剛度(Knw)</p><p>　　任何大小預(yù)壓下的剛度是指在預(yù)壓力(PL)為最大的1/3時(shí)的值,</p><p><b>　　Knw＝Kns</b></p><p><b>　　＝140×</b></p><p>　　＝1142

32、（N/μm）</p><p><b>　　精度選擇</b></p><p>　　參考下表格定（表3-3）</p><p>　　位精度選擇±0.018/700 < 0.02， 允許偏差(ec)選擇C3(ec=±0.013 ） </p><p>　　GE2005DS－AALR－1005×

33、925 C3S 型滾珠絲杠</p><p><b>　　橫向進(jìn)給絲杠的計(jì)算</b></p><p>　　進(jìn)給牽引力Fm´(選導(dǎo)軌為燕尾形)</p><p>　　Fm´=KFy´+f´(Fz´+2Fx´+G)</p><p>　　式中 K=1.4;

34、 f´=0.2; G=400N</p><p>　　所以 Fm´=1.4×480+0.2(800+2×400+400)=1072N</p><p><b>　　計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C´</b></p><p><b>　　C＝Fmfw</b>&l

35、t;/p><p>　?。?#215;1072×1.5</p><p>　　＝5309.06 N</p><p>　　絲杠螺母副的選擇（次處具體計(jì)算參考縱向選擇）</p><p>　　選擇GR2004 ES－ＡALR 插管式雙螺母</p><p>　　選擇GE2004 ES－ＡALR－0605×525－C

36、4Ｓ　絲杠</p><p>　　絲杠名稱代號(hào)意義參見(jiàn)附表1</p><p><b>　　齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算</b></p><p>　　縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比的計(jì)算</p><p>　　已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為δp=0.01；滾珠絲杠導(dǎo)程L0=5mm，選不進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角θb =0.6º。可計(jì)算傳動(dòng)比i為:<

37、/p><p>　　i=360δQ/ L0/θb=360×0.01÷0.6÷5=1.2</p><p>　　可選定齒輪數(shù)為 Z1=20, Z2=24 模數(shù)m取2。</p><p><b>　　滾珠絲杠的幾何參數(shù)</b></p><p>　　橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比的計(jì)算</p>

38、<p>　　橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量δp´=0.005，滾珠絲杠導(dǎo)程取L0´=4mm，選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為θb´=0.6º　　計(jì)算總傳動(dòng)比： </p><p>　　i´=360δQ´/ L0´/θb´=360×0.005÷0.6÷4=0.75</p><p>　　Z1=40

39、 Z2=30 </p><p>　　因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2。其參數(shù)見(jiàn)下表表 </p><p><b>　　傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)</b></p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型</p><p>　　縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型</p><p><b>　　初

40、選步進(jìn)電機(jī)</b></p><p><b>　　進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm</b></p><p>　　Tm=36Fmδp/(2πθbη)=（36×0.01×1832）÷（2×3.14×0.6×0.98×0.99×0.94）=191.83N·cm</p><

41、;p>　　式中 δp 為脈沖當(dāng)量取0.01mm/sep;</p><p>　　Fm 為進(jìn)給牽引力，取1832N;</p><p>　　θb 為電動(dòng)機(jī)的步距角，選雙拍制為0.6º</p><p>　　η 為電動(dòng)機(jī)—絲杠的傳動(dòng)效率，為齒輪，軸承，絲杠的</p><p>　　效率之 積，分別取0.98， 0.

42、99，0.99和0.94；</p><p>　　估算步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq</p><p>　　Tq= Tm/(0.3∽0.5)=191.83÷0.3=639.42N·cm </p><p>　　計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系</p><p>&l

43、t;b>　　取三相６拍，則：</b></p><p>　　Tjmax= Tq /0.866=537.5÷0.866=738.36N·cm</p><p>　　計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率fe和最高起動(dòng)頻率fk</p><p>　　fe=1000Vs/60δp =1000×0.8÷60÷0.01=1333.

44、3Hz</p><p>　　fk=1000Vmax/60δp =1000×2÷60÷0.01=3333.3Hz</p><p>　　式中 Ｖs 為最大切削進(jìn)給速度，取0.8m/min； </p><p>　?。謒ax 為最大快速移動(dòng)速度，取2m/min；</p><p>　　δp 為脈沖當(dāng)量，取0

45、.01mm/step。 </p><p><b>　　選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)</b></p><p>　　根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在下表可查出110BYG350M型的最大靜轉(zhuǎn)矩為1000N·cm> Tjmax可以滿足要求。因數(shù)控機(jī)床有較大的切削用量，應(yīng)選稍大一點(diǎn)轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以保證有一定的余量。</p><p><b>

46、　　校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</b></p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J∑可以由下式計(jì)算：</p><p>　　J∑=JΜ+J1+(Z1/Z2)²[(J2+JZ)+G/g×L0²/（2π)²]</p>&

47、lt;p>　　這里:　Ｌ0　絲杠導(dǎo)程（ｍｍ）J∑:施加于馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·cm2)</p><p>　　J1:小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·cm2)</p><p>　　J2:齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·cm2)</p><p>　　JZ:滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·cm2)</p><p>　　JM:馬達(dá)

48、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·cm2)</p><p>　　參考同類型的機(jī)床，應(yīng)選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為110BYG350M型，</p><p>　　其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JΜ JΜ=5.6kg·cm²</p><p>　　圓柱形的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,如滾珠絲杠和齒輪,可由下述公式計(jì)算</p><p>　　這里: D:圓柱體的外徑(

49、cm) L:圓柱體的長(zhǎng)度(cm)</p><p>　　:材料的密度 =7.8×10-3(kg/cm3)</p><p>　　J1=0.784kg·cm² </p><p>　　J2=2.032kg·cm² </p><p>　　JZ=1.231kg·cm<

50、/p><p>　　G=800N （ｇ為重力加速度　9.8 kg/s2)</p><p>　　代入上式可得： J∑=44.55kg·cm²</p><p>　　因步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量應(yīng)相匹配：JΜ/J∑=0.125<0.25 不滿足設(shè)計(jì)的匹配要求。 　重新選擇110BYG350B 型號(hào)的混合式步進(jìn)電機(jī)，JΜ＝12.6kg·c

51、m²</p><p>　　最大靜轉(zhuǎn)矩為1800N·cm> Tjmax可以滿足要求 0.25 <JΜ/J∑=0.283<0.4 滿足匹配要求</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</b></p><p><b>　　快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩M</b></p><p&

52、gt;　　在快速空載起動(dòng)時(shí)，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，其計(jì)算公式為：</p><p>　　M=Mamax+Mf+M0</p><p>　　式中 Mamax = J∑ε= J∑×2π×10ˉ²nmax/60ta N·cm</p><p>　　nmax =υmaxθb /360º/δp=2000÷0.0

53、1×0.6÷360º=333.3r/min</p><p>　　起動(dòng)加速時(shí)間 ta=25ms</p><p>　　所以 Mamax= 622N·cm</p><p>　　折算的電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為Mf </p><p>　　Mf=F0L0i/2π/η=f´(Fz+G)L0

54、i/2π/η</p><p>　　式中 f´=0.16， G=800N， i=1.2</p><p>　　所以 Mf =0.16×（1600+800）×0.5×1.2÷2÷π÷ 1.2=45.84N·cm</p><p><b>　　附加

55、摩擦轉(zhuǎn)矩M0:</b></p><p>　　M0= Fp0L0i×(1-η0²)/2π/η</p><p>　　=1328÷3×0.5×1.2×(1-0.9²)÷2÷π÷0.8</p><p>　　=10.04N·cm</p>&l

56、t;p>　　式中 Fp0= Fm/3=442.67N；</p><p>　　故空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 M= Mamax+Mf+M0=677.88N·cm</p><p>　　快速移動(dòng)時(shí)需要的轉(zhuǎn)矩M´</p><p>　　M´= Mf+M0=55.88N·cm</p><p>　　最大切削負(fù)

57、載時(shí)的轉(zhuǎn)矩M´´</p><p>　　M´´= Mf+M0+ Mt= Mf+M0+Fx L0i/2π/η=151.37N·cm在三種情況下，快速空載起動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩最大，即按此轉(zhuǎn)矩來(lái)校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　在表1-4中查出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為三相６拍時(shí)λ= M /Mjmax=0.866，則最大靜轉(zhuǎn)矩為Mjmax</p>

58、<p>　　Mjmax= M /0.866N·cm=174.79N·cm</p><p>　　查出110BYG350B型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為180N·cm，大于所需的最大靜轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)距頻特性和運(yùn)行距頻特性。</p><p>　　前面已經(jīng)計(jì)算出此車床縱向最大快速移動(dòng)時(shí)的所需的步進(jìn)

59、電動(dòng)機(jī)的最高起動(dòng)頻率為3333.3Hz，切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率為1333.33Hz。</p><p>　　可查出110BYG350B型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)允許的最大空載起動(dòng)頻率為3000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，查得110BYG350B型的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線?？梢钥闯霾竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)滿足空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而不產(chǎn)生失步現(xiàn)象</p><p><b>　　橫向進(jìn)給步

60、進(jìn)電動(dòng)機(jī)</b></p><p><b>　　初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm</p><p>　　Tm´=36Fm´δp´/(2πθb´η)</p><p>　　=（36×0.005×1072）÷（2

61、×3.14×0.6×0.98×0.99×0.94）</p><p>　　=93.59N·cm</p><p>　?。ㄊ街袇?shù)與前面取相同值） </p><p>　　估算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　Tq´= Tm´/(0.3∽0.5)=187 N

62、83;cm</p><p>　　計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax´</p><p>　　查表取三相6拍，則： Tjmax´= Tq´ /0.866</p><p>　　=187÷0.866</p><p>　　=196.81N·cm</p><p>　　計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻

63、率fe´和最高空載頻率fk´ </p><p>　　fe´=1000υs´/60δp´ =1000×0.4÷60÷0.005=1333.3Hz</p><p>　　fk´=1000υmax´/60δp´ =1000×1÷60÷0.005=3333.3H

64、z</p><p><b>　　選電機(jī)的型號(hào)</b></p><p>　　根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表可查出110BYG350型的最大靜轉(zhuǎn)矩為1000N·cm> Tjmax=262.88N·cm可以滿足要求。因數(shù)控機(jī)床有較大的切削用量，應(yīng)選稍大一點(diǎn)轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以保證有一定的余量。此步進(jìn)電機(jī)的最高空載起動(dòng)頻率為3800Hz滿足fk´

65、;=3333.3Hz的要求。</p><p><b>　　校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</b></p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J∑可以由下式計(jì)算：</p><p>　　J∑=JΜ´+J1+(Z1/Z2)²[

66、(J2+Js´)+G/g×L0²/（2π)²]</p><p>　　式中 JΜ´ 為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm²）；</p><p>　　J1´， J2´為齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm²）；</p><p>　　Js´

67、為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·cm²）。</p><p>　　參考同類型的機(jī)床，應(yīng)選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為110BYG350型，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JΜ´：</p><p>　　JΜ´=5.6kg·cm²</p><p>　　J1´=0.0165kg·cm²

68、 </p><p>　　J2´=0.0489kg·cm² </p><p>　　Js´=0.185kg·cm²</p><p><b>　　G´=400N</b></p><p>　　代入上式可得： J∑´=15

69、.06kg·cm²</p><p>　　因步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量應(yīng)相匹配： </p><p>　　0.25<JΜ´/J∑´=0.37<0.4 滿足設(shè)計(jì)的匹配要求。</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</b></p><p>　　1）快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩M

70、80;</p><p>　　在快速空載起動(dòng)時(shí)，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，其計(jì)算公式為：</p><p>　　M´=Mamax´+Mf´+M0´</p><p>　　式中 Mamax´ = J∑´ε= J∑´×2π×10ˉ²nmax/60ta´ N&#

71、183;cm</p><p>　　nmax =υmax´θb´ /360º/δp´ </p><p>　　=1000÷0.005×0.6º÷360º=333.52r/min</p><p>　　起動(dòng)加速時(shí)間 t=25ms</p><p>　　所以

72、 Mamax´=21.03N·cm</p><p>　　折算的電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為Mf´ </p><p>　　Mf´=F0´L0´i´/2π/η=f´(Fz´+G´)L0´i´/2π/η</p><p>　　式中 f

73、0;=0.16， G´=400N， π=3.14， i´=0.75；</p><p>　　所以 Mf´ =0.16×（800+400）×0.75×0.4÷2÷3.14÷0.8=11.5N·cm</p><p><b>　　附加摩擦轉(zhuǎn)矩M0:</b>&

74、lt;/p><p>　　M0´= Fp0´L0´i´×(1-η0²)/2π/η</p><p>　　=357.3×0.4×0.75×(1-0.9²)÷2÷3.14÷0.8</p><p><b>　　=2.59N·cm&l

75、t;/b></p><p>　　式中 Fp0´= Fm´/3=357.3N；</p><p>　　故空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 M2´= Mamax´+Mf´+M0´=35.127N·cm</p><p>　　2）快速移動(dòng)時(shí)需要的轉(zhuǎn)矩M1´</p><p&g

76、t;　　M1´= Mf´+M0´=14.09N·cm</p><p>　　3）最大切削負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩M1´´</p><p>　　M1´´= Mf´+M0´+ Mt´= Mf´+M0´+Fx´L0´i´/2π/η=37.98N

77、3;cm</p><p>　　在三種情況下，快速空載起動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩最大，即按此轉(zhuǎn)矩來(lái)校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　在表查出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為三相6拍時(shí)：λ= M2´/ Mjmax´=0.866，則最大靜轉(zhuǎn)矩為Mjmax´</p><p>　　Mjmax´= M2´ /0.866N·cm=43.85N&

78、#183;cm</p><p>　　從表中查出110BYG350型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為100N·cm，大于所需的最大靜轉(zhuǎn)矩，滿足要求。</p><p>　　校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)距頻特性和運(yùn)行距頻特性。</p><p>　　前面已經(jīng)計(jì)算出此車床橫向最大快速移動(dòng)時(shí)的所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高起動(dòng)頻率為3333.3Hz，切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率為1000H

79、z。</p><p>　　可查出110BYG350型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)允許的最大空載起動(dòng)頻率為3800Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，查得110BYG350型的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)距頻特性和運(yùn)行距頻特性曲線如圖右所示</p><p><b>　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路</b></p><p>　　80c51引腳圖管腳圖及各引腳功能簡(jiǎn)介</p>

80、<p>　　Vss(20腳):　接地</p><p>　　VCC（40腳）:　 主電源+5V</p><p>　　XTAL1（19腳）:　接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該端引腳必須接地；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 </p><p>　　XTAL2（18腳）:　 接外部晶體的另一端

81、。在片內(nèi)它是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。</p><p>　　RST（9腳）: 　單片機(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該腳輸入24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RESET） </p><p>　　PSEN（29腳）: 　在訪問(wèn)片外

82、程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。CPU在向片外存儲(chǔ)器取指令期間，PSEN信號(hào)在12個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過(guò)，在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。我們根據(jù)PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號(hào)輸出，可以判別80C51是否在工作。 </p><p>　　ALE/PROG（30腳）:　在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選

83、通信號(hào)。CPU在向片外存儲(chǔ)器取指令期間，PSEN信號(hào)在12個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過(guò)，在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。我們根據(jù)PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號(hào)輸出，可以判別80C51是否在工作。 </p><p>　　EA/VPP（31腳）:　 當(dāng)EA端輸入高電平時(shí)，CPU從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦?KB時(shí)，

84、將自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA輸入低電平時(shí)，CPU僅訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。在對(duì)87C51EPROM編程時(shí)，此引腳用于施加編程電壓VPP。</p><p><b>　　輸入/輸出引腳：</b></p><p>　?。?）P0.0—P0.7 (39腳—32腳)</p><p>　?。?）P1.0—P1.7 （1腳—8腳）</p

85、><p>　?。?）P2.0—P2.7 （26腳—21腳）</p><p>　?。?）P3.0—P3.7 （10腳—17腳）</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)及性能介紹</b></p><p>　　⒈電源 :⑴ VCC -芯片電源，接 +5V；</p><p>　?、?VSS -接地端；<

86、;/p><p>　?、矔r(shí)鐘 :XTAL1、 XTAL2 -晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。</p><p>　?、晨刂凭€ :控制線共有 4根，</p><p>　?、?ALE/PROG:地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM編程脈沖　　　　　　① ALE功能：用來(lái)鎖存 P0口送出的低 8位地址　　　　　?、?PROG功能：片內(nèi)有 EPROM的芯片，</p>

87、<p>　　在 EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖?！?lt;/p><p>　?、?PSEN:外 ROM讀選通信號(hào)。</p><p>　?、?RST/VPD:復(fù)位 /備用電源。</p><p>　?、?RST（ Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。</p><p>　?、?VPD功能：在 Vcc掉電情況下，接備用電源。</p&g

88、t;<p>　?、?EA/Vpp:內(nèi)外 ROM選擇 /片內(nèi) EPROM編程電源。</p><p>　?、?EA功能：內(nèi)外 ROM選擇端。</p><p>　　② Vpp功能：片內(nèi)有 EPROM的芯片，</p><p>　　在 EPROM編程期間，施加編程電源 Vpp。</p><p>　　4.I/O線 80C51共有 4個(gè) 8

89、位并行 I/O端口： P0、 P1、 P2、 P3口，共 32個(gè)引腳。 P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。</p><p>　　P3.0—— RXD：串行口輸入端；</p><p>　　P3.1—— TXD：串行口輸出端；</p><p>　　P3.2—— INT0：外部中斷 0請(qǐng)求輸入端；</p><p>

90、　　P3.3—— INT1：外部中斷 1請(qǐng)求輸入端；</p><p>　　P3.4—— T0：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0外部信號(hào)輸入端；</p><p>　　P3.5—— T1：定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1外部信號(hào)輸入端；</p><p>　　P3.6—— WR：外 RAM寫(xiě)選通信號(hào)輸出端；</p><p>　　P3.7—— RD：外 RAM讀選通信號(hào)輸出端。

91、</p><p>　　5. 存儲(chǔ)空間配置和功能</p><p>　　80C51的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)不同的存儲(chǔ)空間，分別是：</p><p>　?、?64KB程序存儲(chǔ)器 (ROM),包括片內(nèi) ROM和片外 ROM；</p><p>　?、?64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（外 RAM）；</p><p>　　⑶ 256B內(nèi)

92、部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (內(nèi) RAM)</p><p>　　1）程序存儲(chǔ)器（ ROM）地址范圍： 0000H～ FFFFH，共 64KB。其中 :低段 4KB： 0000H～ 0FFFH高段 60KB： 1000H～ FFFFH。在片外。讀寫(xiě) ROM用 MOVC指令，控制信號(hào)是 PSEN和 EA。 2）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（外 RAM）</p><p>　　? 地址范圍： 0000H～ FFF

93、FH共 64KB。</p><p>　　? 讀寫(xiě)外 RAM用 MOVX指令，</p><p>　　控制信號(hào)是 P3口中的 RD和 WR。</p><p>　　3）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi) RAM）</p><p>　　從廣義上講， 80C51內(nèi) RAM（ 128B）和特殊功能寄存器（ 128B）均屬于片內(nèi) RAM空間，讀寫(xiě)指令均用 MOV指令。但

94、為加以區(qū)別，內(nèi) RAM通常指 00H～ 7FH的低 128B空間。</p><p>　　80C51內(nèi) RAM又可分成三個(gè)物理空間：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。</p><p>　　工作寄存器區(qū)分為 4個(gè)區(qū)： 0區(qū)、 1區(qū)、 2區(qū)、 3區(qū)。每區(qū)有 8個(gè)寄存器： R0～ R7，寄存器名稱相同。但是，當(dāng)前工作的寄存器區(qū)只能有一個(gè)，由 PSW中的 D4、 D3位決定。位尋址區(qū) 從 2

95、0H～ 2FH共 16字節(jié)（ Byte，縮寫(xiě)為英文大寫(xiě)字母 B）。共 128位，每一位均有一個(gè)位地址，可位尋址、位操作。即按位地址對(duì)該位進(jìn)行置 1、清 0、求反或判轉(zhuǎn)。內(nèi) RAM中 30H～ 7FH為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用于存放各種數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，起到數(shù)據(jù)緩沖的作用。</p><p><b>　　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加1計(jì)數(shù)器

96、，加1計(jì)數(shù)器脈沖有兩個(gè)來(lái)源，一個(gè)是外部脈沖源，一個(gè)是系統(tǒng)的時(shí)鐘震蕩器。計(jì)數(shù)器對(duì)兩個(gè)脈沖源之一進(jìn)行輸入計(jì)數(shù)，每輸入一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)值加1當(dāng)計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)器全為1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)值回零，同時(shí)從最高位溢出一個(gè)脈沖，并使特殊寄存器TCON中的溢出中斷標(biāo)志置1。如定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)狀態(tài)，則表示定時(shí)的時(shí)間到，若工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，則表示計(jì)數(shù)回零。所以加1計(jì)數(shù)器的基本功能是對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，起工作在定時(shí)還是計(jì)數(shù)狀態(tài)，取決于外接什么脈沖源。脈沖源

97、為時(shí)鐘振蕩器時(shí)（等間隔的脈沖序列），脈沖數(shù)乘以脈沖間隔時(shí)間就是定時(shí)時(shí)間。當(dāng)脈沖源為間隔不等的外部脈沖發(fā)生器時(shí)，就是外部事件的計(jì)數(shù)器。</p><p>　　用作“定時(shí)器”時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期寄存器加1，故可把它看作是在累計(jì)機(jī)器周期。由于一個(gè)機(jī)器周期有12個(gè)振蕩周期，所以特它的計(jì)數(shù)速率是振蕩頻率的1/12。</p><p>　　用作“計(jì)數(shù)器”時(shí)，寄存器在其對(duì)應(yīng)的外輸入端T0或T1有一個(gè)“1—0”的

98、跳變時(shí)加1。因識(shí)別一個(gè)從“1—0”的跳變要用兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期），故其最快的計(jì)數(shù)速率是振蕩周期的1/24。</p><p>　　有兩個(gè)摸擬開(kāi)關(guān)，一個(gè)是特殊寄存器TMOD的相應(yīng)位，決定工作的方式，開(kāi)關(guān)與振蕩器相接為定時(shí)，開(kāi)關(guān)與 端相接則為計(jì)數(shù)。后一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)是特殊寄存器TMOD 的相應(yīng)位，受控制信號(hào)的控制，它實(shí)際上決定TMOD了脈沖源是否加到計(jì)數(shù)器輸入端，即決定了加1計(jì)數(shù)不清器的開(kāi)啟與運(yùn)行。</p&

99、gt;<p>　　TMOD和TMON是專門(mén)用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制寄存器，用戶右用指令對(duì)其各位進(jìn)行寫(xiě)入或更改操作，人而選擇不同的工作狀態(tài)（定時(shí)或計(jì)數(shù)）或啟動(dòng)時(shí)間，并可設(shè)置相應(yīng)的控制條件。也就是說(shuō)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器是編程的。</p><p>　　1．TMOD控制寄存器</p><p>　　GATE—門(mén)控位，或選通位。為1時(shí)，只有或引腳為高電平，且TR0或TR1置1時(shí)，相應(yīng)的定時(shí)/計(jì)數(shù)

100、器才能被選通；若為0時(shí)，只要TR0或TR1置1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器就被選通。</p><p>　　C/—計(jì)數(shù)器方式或定時(shí)器方式的選擇位：“0”定時(shí)器方式。采用晶體振蕩器脈沖的12分頻作為內(nèi)部計(jì)數(shù)器的輸入脈沖?！?”計(jì)數(shù)器方式。采用T0或T1外部引腳的輸入脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)T0或T1發(fā)生由高到低的負(fù)跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1。</p><p>　　M0和M1—工作模式控制位。M0M1為00時(shí)為模式0：Tl

101、x中的低5位和THx的高8位構(gòu)成13位計(jì)數(shù)器；為01時(shí)為模式1：Tlx和THx構(gòu)成16位計(jì)數(shù)器；為10模式2：可自動(dòng)再裝入的8位計(jì)數(shù)器。為11為模式3：把定時(shí)器0分、成兩個(gè)8位的計(jì)數(shù)器，關(guān)閉定時(shí)器1。</p><p><b>　　TCON控制寄存器</b></p><p>　　TF0、TF1—定時(shí)器T0、T1溢出標(biāo)志位，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，TFx=1，申中斷，進(jìn)入中

102、斷服務(wù)程序后被硬件清零。</p><p>　　TR0、TR1—定時(shí)器T0、T1運(yùn)行控制位，由軟件設(shè)定1或0，控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器開(kāi)啟或關(guān)閉。</p><p>　　IE0、IE1—外部中斷源的標(biāo)志，IEx=1，為外部中斷源向CPU請(qǐng)求中斷，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí)，由硬件將Iex清零。</p><p>　　IT0、IT1—外部中斷源觸發(fā)方式控制位。ITx=1，將外部中斷源程控為

103、邊沿觸發(fā)方式；ITx=0，將外部中斷源程控為電平觸發(fā)方式。</p><p>　　存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) </p><p><b>　　地址鎖存器</b></p><p>　　由于單片機(jī)80C51芯片的P0口是分別傳送低8位地址和數(shù)據(jù)線，故80C51擴(kuò)展系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器。常用的地址鎖存器芯片是74LS373。74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8

104、D觸發(fā)器，其引腳步及與80C51芯片連接見(jiàn)圖2-4</p><p>　　G—輸入端，與80C51的ALE連高電平；暢通無(wú)阻低電平：關(guān)門(mén)鎖存。</p><p>　　圖中 —使能端，接地。</p><p>　　當(dāng)G=“1”時(shí)，74LS373輸出端1Q～8Q與輸入端1D～8D相同；</p><p>　　當(dāng)G為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。</p

105、><p><b>　　數(shù)據(jù)線的連接</b></p><p>　　存儲(chǔ)器的8位數(shù)據(jù)線D0～D7與80C51芯片P0口P0.0～P0.7直連，單片機(jī)規(guī)定指令碼和數(shù)據(jù)都是由P0口讀入，數(shù)位對(duì)應(yīng)相連即可。</p><p>　　80C511芯片接地，CPU執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令；</p><p>　　80C51芯片ALE（地址鎖存允

106、許信號(hào)）接地址鎖存器74LS373的G引腳。</p><p><b>　　譯碼電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的地址譯碼規(guī)則</p><p>　?。?） 程序存儲(chǔ)器地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址可以重疊使用，都是從0000H～FFFFH。這是因?yàn)?0C51地址總線寬度為16位，可直接尋址的范圍只有64KB。這樣編址方法也

107、給編程帶來(lái)方便，不必顧慮地址重復(fù)，靠片選信號(hào)和控制信號(hào)：、和區(qū)分訪問(wèn)的對(duì)象。</p><p>　?。?） 外圍I/O芯片與擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址</p><p>　　外圍I/O芯片不僅占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元，而且使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)控制信號(hào)臺(tái)與讀/寫(xiě)指令。</p><p>　?。?） CPU在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)地址編碼</p><p>　　C

108、PU P2口提高8位地址（A8～A15），P0口經(jīng)外部地址鎖存器提供低8位地址（A0～A7）。</p><p>　　I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　80C51單片機(jī)</b></p><p>　　80C51單片機(jī)共有四個(gè)8位并行I/O口，但可供用戶使用的只有P1口和部分P3口，因此，在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都需要擴(kuò)展I/O口芯

109、片。8155、8279便是常用的外圍接口芯片之一。</p><p>　　8155：芯片可編程的RAM/IO擴(kuò)展接口電路（64KB的RAM單元、2個(gè)8位口、1個(gè)6位口、1個(gè)14位定時(shí)/計(jì)數(shù)器）。</p><p>　　8279：可編程的鍵盤(pán)、顯示接口。</p><p>　　此外，74LS系列的TTL電路式MOS電路也可作MCS-51單片機(jī)的擴(kuò)展I/O口，如74LS373

110、、74LS377等。</p><p>　　8155通用可編程接口芯片</p><p>　　8155的引腳與其功能</p><p>　　8155的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見(jiàn)圖</p><p>　　8155具有40條引腳的雙列直插式芯片，其各引腳的功能見(jiàn)表2-2。</p><p>　　其中IO/是8155內(nèi)部RAM和I/O口的選

111、擇線，IO/=0，（低電平）時(shí)選擇片內(nèi)RAM，AD0～AD7上的地址信息為I/O口地址。它利用ALE的下降沿將此信息鎖存到片內(nèi)鎖存器中。</p><p><b>　　155工作方式設(shè)定</b></p><p>　　8155I/O口工作方式選擇通過(guò)對(duì)8155內(nèi)部命令寄存器（命令口）廟宇命令控制字實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　8155I/O口吸四種工

112、作方式或供選擇即ALT1、ALT2、ALT3、ALT4。其中各符號(hào)說(shuō)明如下：</p><p>　　AINTR：A口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效；</p><p>　　BINTR：B口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效；</p><p>　　ABF（BBF）：A口（B口）緩沖器滿狀標(biāo)志輸出線（緩沖器有數(shù)據(jù)時(shí)BF為高電平）；</p><p>　　A

113、STB（BSTB）：A口（B口）設(shè)備選通信號(hào)輸入線，低電平有效。</p><p><b>　　狀態(tài)查詢</b></p><p>　　8155還有一個(gè)狀態(tài)寄存器，用于鎖存I/O口定時(shí)器的當(dāng)前狀態(tài)，供CPU查詢用。</p><p>　　狀態(tài)寄存器和命令寄存器共用一個(gè)地址，命令寄存器只能寫(xiě)入不能讀出，而狀態(tài)寄存器只能 讀出不能寫(xiě)入。所以可以認(rèn)為，CP

114、U讀該地址時(shí)，作為狀態(tài)寄存器，讀出的是當(dāng)前I/O口和定時(shí)器的狀態(tài)；寫(xiě)該地址時(shí)，則作為命令寄存器對(duì)I/O口工作方式的選擇。</p><p><b>　　8155定時(shí)功能</b></p><p>　　8155芯片內(nèi)有一個(gè)14位減法計(jì)數(shù)器，可對(duì)輸入碼脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，外部有兩個(gè)定時(shí)器引腳TIMERIN和TIMEROUT。TIMERIN為定時(shí)器時(shí)鐘輸入，由外部輸入時(shí)鐘脈沖。T

115、IMEROUT為定時(shí)器輸出，輸出各種信號(hào)脈沖波形。</p><p>　　80C51和8155的接口</p><p>　　不需要任何外加邏輯電路,通常用P2口的高位地址線作為8155芯片的片選信號(hào)及IO/引腳夫相連,若P2.0是高電平,則8155用來(lái)作I/O接口,若P2.0是低電平,則使用8155內(nèi)部256字節(jié)的RAM.由于8155芯片內(nèi)部有地址鎖存器,所以 80C51的ALE端可以和815

116、5的ALE端直連,利用 80C51的ALE的信號(hào)的下降沿鎖存 80C51的P0口送出的低8位地址信息.其中P0.0～P0.7與155的AD0～AD7對(duì)應(yīng)相連,相應(yīng)的讀/寫(xiě)信號(hào)、也直接,其中8155的RAM的地址為2000H～20FFH,I/O口的地址為2100H～2015H。</p><p>　　若要求8155 A口、B口工作在基本輸出狀態(tài)，C口為基本輸入狀態(tài)，不要求中斷申請(qǐng)，不啟動(dòng)定時(shí)器，則控制字為：</

117、p><p>　　000000011B （03H）</p><p><b>　　其初始化程序如下：</b></p><p>　　MOV DPTR，#2100H 命令寄存器地址號(hào)DPTR</p><p>　　MOV A，#03h 控制字00000011BA</p><p>　

118、　MOV ＠DPTR，A 控制字命令寄存器</p><p><b>　　鍵盤(pán)顯示接口電路</b></p><p>　　LCD的結(jié)構(gòu)和工作原理(Liquid Crystal Display)</p><p>　　液晶顯示器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。</p><p>　　LCD是通過(guò)在上、下玻璃電極之間封入液晶材料,利

119、用晶體分子排列和光學(xué)上的偏振原理產(chǎn)生顯示效果的。同時(shí),上、下電極的電平狀態(tài)將決定LCD的顯示內(nèi)容,根據(jù)需要,將電極做成各種文字、數(shù)字、圖形后,就可以獲得各種狀態(tài)顯示。通常情況下,圖中的上電極又稱為段電極,下電極又稱為背電極。</p><p><b>　　LCD的分類及特點(diǎn)</b></p><p>　　LCD顯示器有段式和點(diǎn)陣式兩種,點(diǎn)陣式又可分為字符型和圖像型。<

120、;/p><p>　　段式LCD顯示器類似于LED數(shù)碼管顯示器。每個(gè)顯示器的段電極包括a、b、c、d、e、f和g七個(gè)筆畫(huà)(筆段)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)dp?？梢燥@示數(shù)字和簡(jiǎn)單的字符,每個(gè)數(shù)字和字符與其字形碼(段碼)對(duì)應(yīng)。</p><p>　　點(diǎn)陣式LCD顯示器的段電極與背電極呈正交帶狀分布(如圖2所示),液晶位于正交的帶狀電極間。點(diǎn)陣式LCD的控制一般采用行掃描方式,如圖3所示為顯示字符“A”的情況。通過(guò)

121、兩個(gè)移位寄存器控制所掃描的點(diǎn)。圖中的移位寄存器1控制掃描的行位置,同一時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)據(jù)位為“1”,相對(duì)應(yīng)的行處于被掃描狀態(tài),這時(shí),移位寄存器2可以將相應(yīng)的列數(shù)據(jù)送入點(diǎn)陣中,這樣逐行循環(huán)掃描,可以得到顯示的結(jié)果為字符“A”。</p><p>　　LCD液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)</p><p>　　在LCD的段電極與背電極間施加電壓(通常為4V或5V),可使該段呈黑色,這樣,可以實(shí)現(xiàn)顯示。但是,所施加

122、的電壓必須周期地改變極性,否則LCD中將發(fā)生化學(xué)變化,并導(dǎo)致液晶的損壞。因此在段電極與背電極間應(yīng)有一個(gè)周期改變極性的電壓;</p><p>　　使用MCS-51直接控制兩位LCD顯示器,設(shè)計(jì)其硬件連線和顯示程序。</p><p>　　1) MCS-51直接控制兩位LCD顯示器的線路連接如圖4所示。</p><p>　　使用MCS-51的P1口控制顯示十位數(shù)的LCD

123、的段電極和背電極;P2端口控制顯示個(gè)位數(shù)的LCD的段電極和背電極。</p><p>　　使用一個(gè)定時(shí)器來(lái)劃分驅(qū)動(dòng)電壓的半周期。LCD的驅(qū)動(dòng)電壓重復(fù)頻率應(yīng)介于30～100Hz之間,若以12ms作為半周期,則頻率應(yīng)等于42Hz,如果晶振頻率為3.58MHz,則定時(shí)器初值應(yīng)等于85536-3580,即0F204H。</p><p>　　MCS-51通常處于空閑方式下,定時(shí)器產(chǎn)生溢出中斷,使MCS

124、-51退出空閑方式,定時(shí)器中斷服務(wù)程序應(yīng)包括以下兩點(diǎn)：</p><p><b>　　·重置定時(shí)器初值;</b></p><p>　　·使LCD各段的電壓反相。</p><p>　　中斷服務(wù)子程序清單如下：</p><p>　　ITT： MOV TLl,#04H</p><p>

125、;　　MOV THl,#0F2H</p><p>　　XRL P1,#0FFH</p><p>　　XRL P2,#0FFH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　此程序中P1口和P2口的內(nèi)容與1進(jìn)行異或,達(dá)到了電壓取反的目的。</p><p>　　為了更新顯示的內(nèi)

126、容,將通過(guò)查表法獲得字符的段碼。在段碼表中,顯示的段用1表示,不顯示的段用0表示,背電極也為低電平0。要顯示的內(nèi)容以BCD形式存放在片內(nèi)RAM的顯示緩沖單元BCDV中,查表操作根據(jù)BCD值的低半字節(jié)進(jìn)行。另外,在向LCD寫(xiě)入新段碼期間,應(yīng)關(guān)閉定時(shí)器中斷。</p><p>　　顯示更新子程序清單如下：</p><p>　　DISP： CLR。 ET1 ;關(guān)

127、定時(shí)器1中斷</p><p>　　MOV DPTR,#TABLE ;段表首地址</p><p>　　MOV A,BCDV ;要顯示的數(shù)送A</p><p>　　SWAP A ;先顯示十位數(shù)</p><p>　　ANL A,#0FH

128、 ;屏蔽個(gè)位數(shù)</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR ;查表</p><p>　　MOV P1,A ;更新十位數(shù)</p><p>　　MOV A,BCDV ;讀要顯示的數(shù)</p><p>　　ANL A,#OFH

129、 ;屏蔽十位數(shù)</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR ;查表</p><p>　　MOV P2,A ;更新個(gè)位數(shù)</p><p>　　SETB ET1 ;開(kāi)定時(shí)器1中斷</p><p>　　REt