畢業(yè)論文--普通機(jī)床的數(shù)控改造

1、<p><b>　　前   言</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造,實(shí)質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。經(jīng)改造后的機(jī)床加工的精度、效率、速度都有了很明顯的提高，適合我國(guó)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展要求。     本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行改造,以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及刀架的快速換刀,使傳

2、動(dòng)系統(tǒng)變得十分簡(jiǎn)單，傳動(dòng)鏈大大縮短,傳動(dòng)件數(shù)減少,從而提高機(jī)床的精度。     設(shè)計(jì)中，我們對(duì)有關(guān)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造的相關(guān)書籍、刊物進(jìn)行大量閱讀,收集了很多資料,了解了數(shù)控機(jī)床的基本概念，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況，數(shù)控機(jī)床的組成及其工作原理，擴(kuò)大了我們的知識(shí)面。     隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件的加工質(zhì)量的要求也越來

3、越高。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢(shì)。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能發(fā)展。</p><p><b>　　普通車床數(shù)控改造</b></p><p>　　——用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為400mm普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)</p><p>　　摘

4、要：了解數(shù)控機(jī)床的概念，所謂數(shù)控是按照含有機(jī)床(刀具)運(yùn)動(dòng)信息程序所指定的順序自動(dòng)執(zhí)行操作的過程。而計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作。它的優(yōu)點(diǎn)很多,如可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個(gè)操作，生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點(diǎn)，但它的價(jià)格昂貴。由于我國(guó)現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車床，自動(dòng)化程度低,要更新現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金。為了解決這個(gè)問題,也為了適應(yīng)多品種中、小批量零件加工我們選擇機(jī)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。總體設(shè)計(jì)方案：在普通車床上采用適合

5、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制的80C51單片機(jī)為控制器，以運(yùn)行特性好、可靠性高的步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件進(jìn)行數(shù)控改造。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控、車床、改造、80C51單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1

6、.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的………………………………………………… (5) </p><p>　　1.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………… (5) </p><p>　　1.2.1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案擬定…………………………………(5) </p><p>　　1.2.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………(5)</p>

7、;<p>　　1.2.3 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………(5)</p><p>　　1.2.4 數(shù)控加工程序的編制……………………………………………(5)</p><p>　　1.2.5 直線的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)軟件程序流程框圖的繪制……………(6)</p><p>　　第二章 微型數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定</p>

8、;<p>　　2.1 畢業(yè)論文的要求和內(nèi)容……………………………………… (6)</p><p>　　2.1.1 課題名稱…………………………………………………………(6)</p><p>　　2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求…………………………………………………(6)</p><p>　　2.2 總體方案的確定………………………………………………

9、(6)</p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方試與伺服系統(tǒng)的選擇………………………………(6)</p><p>　　2.2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)…………………………………………………………(7)</p><p>　　第三章 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1 系統(tǒng)脈沖當(dāng)量及切削力的確定…………………………………(8)&

10、lt;/p><p>　　3.2 切削力的計(jì)算……………………………………………………(8)</p><p>　　3.2.1 縱車外圓……………………………………………………………(8)</p><p>　　3.2.2 橫切端面……………………………………………………………(8)</p><p>　　3.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、和選型………

11、………………(9)</p><p>　　3.3.1 縱向進(jìn)給絲杠………………………………………………………(10)</p><p>　　3.3.2 橫向進(jìn)給絲杠………………………………………………………(11)</p><p>　　3.3.3 縱向和橫向滾珠給絲杠副幾何參數(shù)………………………………(14)</p><p>　　3.3.4 進(jìn)給

12、伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算……………………………………………(15)</p><p>　　3.3.5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用……………………………………………(15)</p><p>　　第四章 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 ………………………………………(22)</p><p>　　4.1.1 硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)

13、容…………………………………………………(22)</p><p>　　4.1.2 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)……………………………………………(22)</p><p>　　4.2 80C51單片機(jī)及其擴(kuò)展 …………………………………………(23)</p><p>　　4.2.1 80C51單片機(jī)的簡(jiǎn)介……………………………………………… (23)</p>&

14、lt;p>　　4.2.2 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展概述……………………………………………(24)</p><p>　　4.2.3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展…………………………………………………………(25)</p><p>　　4.2.4 I/O口的擴(kuò)展………………………………………………………(26)</p><p>　　4.2.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路………………………………………

15、…………(26)</p><p>　　4.2.6 液晶顯示控制器……………………………………………………(27)</p><p>　　4.2.7 控制面板……………………………………………………………(30)</p><p>　　第五章 數(shù)控機(jī)床的零件加工程序</p><p>　　5.1數(shù)控機(jī)床加工基本要求…………………………………………(

16、31)</p><p>　　5.2加工步驟…………………………………………………………(31)</p><p>　　5.3加工程序…………………………………………………………(32)</p><p>　　第六章 心得與體會(huì)</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………(35)</p>

17、<p>　　附表，混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相關(guān)資料……………………………………(36)</p><p><b>　　第一章：緒 論</b></p><p>　　§1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的：</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際，解決生產(chǎn)實(shí)際問題能力的重要步驟，它系統(tǒng)的檢驗(yàn)了我們是否是合格的畢業(yè)生。它通過對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)

18、設(shè)計(jì)總體方案的擬定，進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)以及數(shù)控機(jī)床加工程序的編制，使我們綜合運(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)了我們具有加工編程能力，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)問題的能力。</p><p>　　§2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容：</p><p>　　1、微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定

19、：（1）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定（2）伺服系統(tǒng)的選擇。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定。（4）計(jì)算機(jī)的選擇。2、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算：（1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)方案的確定。（2）確定脈沖當(dāng)量。（3）滾珠絲杠螺母副的選型。（4）滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型。（5）進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算。（6）步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用。（7）設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個(gè)坐標(biāo)軸的機(jī)械裝配圖。（8）設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一張或兩張零件圖。3、微機(jī)控制系統(tǒng)

20、的設(shè)計(jì)：（1）控制系統(tǒng)方案的確定及框圖繪制。（2）MCS-51系列單片機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用。（3）I/O接口電路及譯碼電路的設(shè)計(jì)。（4）設(shè)計(jì)繪制一臺(tái)數(shù)控機(jī)床微機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖。4、數(shù)控加工程序的編制：（1）零件工藝分析及確定工藝路線。（2）選擇數(shù)控機(jī)床設(shè)備。（3）確定對(duì)刀點(diǎn)。（4）選擇刀具。（5）確定切削用量。（6）編制加工程序。5、直線的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)軟件程序流程框圖的繪制。</p><p

21、>　　第二章 微型數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定：</p><p>　　§1、畢業(yè)論文的要求和內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求）</p><p><b>　　1.課題名稱：</b></p><p>　　用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為400毫米普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)</p><p>　　2.設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：

22、</p><p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　最大加工直徑（mm）： 在床身上：400 在床鞍上：210</p><p>　　最大加工長(zhǎng)度（mm）： 750 ---- 1000 </p><p>　　溜板及刀架重量（N）： 縱向：1000

23、 橫向：500 </p><p>　　刀架快移速度（m/min）： 縱向：2 橫向：1 </p><p>　　最大進(jìn)給速度（m/min）： 縱向：0.6 橫向：0.3 </p><p>　　最小分辨率 （mm）： 縱向：0.

24、01 橫向：0.005</p><p>　　定位精度（mm）： 0.02</p><p>　　主電機(jī)功率（KW）： 5.5 </p><p>　　起動(dòng)加速時(shí)間（ms）： 35</p><p>

25、<b>　　設(shè)計(jì)的要求</b></p><p>　　1）CNC系統(tǒng)的主CPU既可采用8031單片機(jī)也可用系統(tǒng)機(jī)。</p><p>　　2）兩個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)既查采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)也可用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　3）所編的零件加工程序應(yīng)符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。既可用手工也可用UG等軟件編程。</p><

26、p>　　4）所繪制的機(jī)械裝配圖和硬件電路原理圖要求正確、合理、圖面整潔、符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　5）所編寫的軟件應(yīng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行匯編和通訊等。</p><p>　　6）說明書應(yīng)簡(jiǎn)明扼要、計(jì)算準(zhǔn)確、條理清楚、圖文并茂并全部用計(jì)算機(jī)打印后裝訂成冊(cè)</p><p>　　§2、總體方案的確定</p><p>　　1、系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)

27、方試與伺服系統(tǒng)的選擇： 由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應(yīng)該選用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到經(jīng)濟(jì)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)開環(huán)控制系統(tǒng)。2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)： 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)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，MCS-51系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片80C51外擴(kuò)一片EPROM就能

28、滿足功能的要求，對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，可以利用MCS-51的擴(kuò)展功能，構(gòu)成功能強(qiáng)、規(guī)模較大的系統(tǒng)。</p><p>　　控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用LCD液晶顯示器顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。</p><p>　　3、為了實(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)絲杠，為

29、了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載荷的結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)齒輪也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　系統(tǒng)總體方案框圖見圖（1）</p><p><b>　　圖（1）</b></p><p>　　第三章、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算：</p><

30、;p>　　伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣量計(jì)算，空載起動(dòng)及切削力矩機(jī)計(jì)算，確定伺服電機(jī)，繪制機(jī)械部分裝配圖及零件工作圖等。現(xiàn)分述如下：</p><p>　　§1 系統(tǒng)脈沖當(dāng)量及切削力的確定</p><p>　　脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、銑床常采用的脈沖當(dāng)量是0.01~0.005mm/脈

31、沖,根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量：縱向：0.01mm/step；橫向：0.005mm/step</p><p>　　§2 切削力的計(jì)算</p><p><b>　　1、縱車外圓：</b></p><p>　　主切削力FZ（N）由經(jīng)驗(yàn)公式（1）估算：</p><p>　　…………………………式（1）</

32、p><p>　　而……………………………………………式（2）</p><p><b>　　取，則，</b></p><p><b>　　取，則進(jìn)給抗力</b></p><p>　　X向和Y向根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（3）（4）確定</p><p>　　…………………………………………式（3）

33、</p><p>　　…………………………………………式（4）</p><p>　　則得： 2、橫切端面：</p><p>　　主切削力可取縱切的一半，即此時(shí)走刀抗力，吃刀抗力依然按上述經(jīng)驗(yàn)公式粗略計(jì)算：</p><p><b>　　則得： </b></p><p>　　

34、§3、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算、和選型</p><p>　?。ㄒ唬┛v向進(jìn)給絲杠：1 . 計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(N) 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要包括切屑時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切屑分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的形式有關(guān)。本次設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌，則按以下公式確定：</p><p>　　……………………………………式（5）</p&g

35、t;<p>　　式中：K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合型導(dǎo)軌取K=1.15</p><p>　　—滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.15~0.18，取=0.16</p><p>　　G—溜板及刀架重力，由已知G=1000N</p><p><b>　　代入得：</b></p><p>　　2 . 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Q

36、</p><p>　　選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬（）轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載 C，計(jì)算如下： ……………………………………………式（6）</p><p>　　………………………………………式（7） …………………………………………式（8）</p>

37、<p>　　式中：—為滾珠絲杠導(dǎo)程,初選絲杠導(dǎo)程Lo=6mm；</p><p>　　Vs-最大切削力下的進(jìn)給速度,可取最高進(jìn)給速度的1/2~1/3,此處為0.3m/min; T-使用壽命,按15000h; fw-運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw =1.2~1.5;此處取fw=1.2； L-壽命以轉(zhuǎn)為1單位.</p><p><b>　　則

38、：</b></p><p>　　3 . 滾珠絲杠螺母副的選型：</p><p>　　查閱《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中附表1，可采用W1L2506外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈,其額定動(dòng)負(fù)載為1310N,精度等級(jí)按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(jí)(大致相當(dāng)于老表準(zhǔn)E級(jí))</p><p>　　4 . 傳動(dòng)效率計(jì)算

39、 η=tanγ/tan(γ+φ)式中：γ—螺旋升角,W1L2506的螺旋升角γ=4°22′ φ—摩擦角取10′滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003~0.004則：η=tanγ/tan(γ+φ) =tan4°22′/tan(4°22′+10′)=0.96</p><p><b>　　5 . 剛度校核</b></p><p>　　先畫

40、出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（2）所示：</p><p>　　圖（2）縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖</p><p>　　則： …………式（9）</p><p>　　支承間距L=1160mm，最大軸向力為2316N，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的1/3。</p><p>　?。?）、絲杠的拉伸或壓縮變形量</

41、p><p>　　，，，……式（10）</p><p><b>　　對(duì)剛：</b></p><p>　　………………………式（11）</p><p><b>　　絲杠導(dǎo)程的變化量：</b></p><p><b>　　………式（12）</b></p>

42、;<p>　　總長(zhǎng)度L=1160mm，絲杠上的變形量，由于兩端均采用推力球軸承，則值：</p><p>　?。?）滾珠與螺紋滾道間接觸變形：</p><p><b>　　由</b></p><p>　　承載滾珠數(shù)量……………………………………式（13）</p><p>　　由于對(duì)滾珠絲杠副施加預(yù)緊力，且預(yù)緊

43、力為軸向載荷的1/3，則變形：</p><p>　?。?）滾珠絲杠總的彈性變形量：</p><p><b>　　根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式：</b></p><p>　　……………………………………………………………………式（14）</p><p><b>　　則可得：</b></p><

44、p><b>　?。?）定位誤差</b></p><p><b>　　所以，滿足要求。</b></p><p>　　（二）橫向進(jìn)給絲杠：</p><p>　　1 . 計(jì)算進(jìn)給軸向力</p><p>　　橫向?qū)к墳殡p燕尾形，有如下計(jì)算式：</p><p>　　………………

45、…………………………式（15）</p><p>　　式中：K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合型導(dǎo)軌取K=1.4；</p><p>　　—滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：取=0.2；</p><p>　　G—溜板及刀架重力，由已知G=500N則代入已知得：</p><p>　　2 . 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Q</p><p>　　計(jì)算如

46、下： ……………………………………………………………………………式（6）</p><p>　　………………………………………………………………………式（7） …………………………………………………………………………式（8）</p><p>　　式中：—為滾珠絲杠導(dǎo)程,初選絲杠導(dǎo)程Lo=6mm；</p><p>　　Vs—最大切削力下的進(jìn)給速度,可取最高

47、進(jìn)給速度的1/2~1/3,此處為0.3m/min; T—使用壽命,按15000h; fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw =1.2~1.5;此處取fw=1.2； L—壽命以轉(zhuǎn)為1單位.</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　3 . 滾珠絲杠螺母副的選型：</p><p>　　查閱《數(shù)控機(jī)

48、床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中附表1，可采用W1L2005外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈,其額定動(dòng)負(fù)載為8800N,精度等級(jí)按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(jí)(大致相當(dāng)于老表準(zhǔn)E級(jí))</p><p>　　4 . 傳動(dòng)效率計(jì)算 η=tanγ/tan(γ+φ)式中：γ—螺旋升角,W1L2005的螺旋升角γ=4°30′ φ—摩擦角取10′滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.00

49、3~0.004則：η=tanγ/tan(γ+φ) =tan4°30′/tan(4°30′+10′)=0.964</p><p><b>　　5 . 剛度校核</b></p><p>　　先畫出此橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（3）所示：</p><p>　　圖（3）、橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖</p>

50、<p><b>　　則………式（9）</b></p><p>　　支承間距L=530mm，最大軸向力為1919N。</p><p>　?。?）、絲杠的拉伸或壓縮變形量</p><p><b>　　根據(jù)：，，，</b></p><p>　　對(duì)剛：，總長(zhǎng)度L=1160mm，絲杠上的變形量：

51、</p><p>　　（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形：</p><p><b>　　由，</b></p><p>　　由于對(duì)滾珠絲杠副施加預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向載荷的1/3，則變形：</p><p>　?。?）滾珠絲杠總的彈性變形量：</p><p><b>　　根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式：<

52、;/b></p><p>　　………………………………………………………………式（14）</p><p><b>　　則可得：</b></p><p><b>　?。?）定位誤差</b></p><p>　　顯然，變形量已大于定位精度（0.02mm）要求，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改，因橫向溜板限制

53、，不宜加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌（），減小摩擦力，從而減小軸向力，根據(jù)式（16）重新計(jì)算如下：</p><p><b>　　此時(shí)的變形量為：</b></p><p><b>　　則定位誤差為：</b></p><p>　　仍不能滿足精度要求0.02mm。如果將顧主絲杠再進(jìn)行預(yù)拉伸，則絲杠剛度可提高四倍，則定位誤差為：

54、</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　?。ㄈ┛v向和橫向滾珠給絲杠副幾何參數(shù)：</p><p><b>　　其幾何參數(shù)見表1</b></p><p>　　§4 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算</p><p>　　1. 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 (縱

55、向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算)（1）,已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量,滾珠絲杠導(dǎo)程,初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.9°,可計(jì)算出傳動(dòng)比i ………………………………式（17）可選定齒輪齒數(shù)為: </p><p>　　由齒輪傳動(dòng)比i=2/3，可以選定齒輪齒數(shù)為: =24和=36或=28和 =42，初選=28和=42的齒輪。有關(guān)參數(shù)如表2。 </p><p>　　

56、2 . 齒輪齒數(shù)及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　計(jì)算出傳動(dòng)比i后,降速級(jí)數(shù)決定采用一對(duì)齒輪降速,因?yàn)檫M(jìn)給伺服系統(tǒng)傳遞功率不大,一般?。?1~2,數(shù)控車床,銑床?。?2,此設(shè)計(jì)中取ｍ=2。為了消除齒輪側(cè)隙，此作業(yè)中采用雙片齒輪。</p><p>　　§5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用</p><p>　?。ㄒ唬┛v向機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)選型：1 . 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載

57、轉(zhuǎn)矩Tm ………………………………式（18） </p><p>　　式中: —脈沖當(dāng)量 (mm/step); —進(jìn)給牽引力 (N); —步距角,初選雙拍制為0.9°;2 . 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 根據(jù)=1.475N.m在網(wǎng)上查混合式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為56BYG250E-SASSBL-060

58、1，其中，,保持轉(zhuǎn)矩為2.5N.m..3 . 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 根據(jù)簡(jiǎn)圖 ，即圖（1），傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算: </p><p>　　式中 ，—齒輪,的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 () —滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 () = </p><p>　　式中 D—圓柱體直徑(cm);

59、 L—圓柱體長(zhǎng)度 (cm); 代入上式: </p><p>　　4 . 電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下,在,下面分別按各階段計(jì)算:1) 快速空載起動(dòng)慣性矩</p><p>　　在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：</p><p>　　……………………………………………………式（19）</p><

60、p>　　………………………………………………式（20）</p><p><b>　　又：</b></p><p>　　………………………………………………………式（21）</p><p><b>　　代入得：</b></p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩:</p><

61、;p><b>　　……式（22）</b></p><p>　　式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,一般可取0.7~0.85此處取0.8;</p><p><b>　　i—傳動(dòng)比;</b></p><p><b>　　附加摩擦力矩：</b></p><p>　　……………………………

62、…………………………………式（22）</p><p>　　式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,一般可取0.7~0.85此處取0.8;</p><p>　　i—傳動(dòng)比;Fpo—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取1/3Fm,Fm為進(jìn)給牽引力(N);ηo—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,一般取≥0.9,此處取ηo=0.9</p><p>　　所以：2) 快速移動(dòng)所需力矩

63、………………………………………………………式（23） </p><p>　　=50+9.7=59.7N.cm 3) 最大切削載時(shí)所需力矩</p><p>　　……………………………………………式（24）</p><p>　　從上面計(jì)算可以看出、、三種工況下,以最大切削載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大,即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù).</p><p>

64、　　查得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為兩相四拍時(shí)， =0.707</p><p>　　故最大靜力矩Mjmax=175.5/0.707=2.48 N?m，而電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩為2.5N.m最大靜力矩Mjmax，大于所以滿足要求！</p><p>　　但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)轉(zhuǎn)矩頻特性。</p><p>　　計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率</p>

65、<p>　　圖（4）、56BYG250E—SASSBL—0601混合式步進(jìn)電機(jī)矩頻特性圖</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，56BYG250E-SASSBL-0601型混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻完全可以滿足要求。</p><p>　　5、繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖</p><p>　　在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，

66、以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫機(jī)械裝配圖。見附圖（一）</p><p>　　例如，雙片齒輪采用周向彈簧調(diào)整消隙法：</p><p>　　如圖（5）所示，采用了可調(diào)拉力彈簧調(diào)整間隙。在兩個(gè)薄片齒輪1和2上分別裝上耳座3和8，彈簧4的一端鉤在耳座3上，另一端鉤在耳座8的螺釘7上。用螺母5調(diào)節(jié)螺釘7的伸出長(zhǎng)度即可調(diào)整彈簧的彈力，調(diào)整好后再用螺母6鎖緊。彈簧的彈力使薄齒輪1和2的左、右

67、齒面分別與寬齒輪的齒槽左、右齒側(cè)面貼緊，消除了齒側(cè)間隙。 </p><p>　?。▓D5） 雙薄片齒輪周向彈簧調(diào)整法</p><p>　　1、2-薄片齒輪 3、8-耳座 4-彈簧 5-調(diào)節(jié)螺母 6-鎖緊螺母 7-螺釘</p><p>　?。ǘ?、橫向機(jī)構(gòu)初選步進(jìn)電機(jī)：1 . 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm

68、………………………………式（18） </p><p>　　式中: —脈沖當(dāng)量 (mm/step); —進(jìn)給牽引力 (N); —步距角,初選雙拍制為0.9°;2 . 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 根據(jù)=0.611N.m在網(wǎng)上查混合式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為56BYG250D-SASSBL-0241，其中，,保持轉(zhuǎn)矩為1.72N.m

69、..3 . 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 根據(jù)簡(jiǎn)圖 ，即圖（2），計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算: </p><p>　　………………………………………………………………………………式（25）</p><p>　　式中 、、、—齒輪、、、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 () —滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ()

70、 =</p><p>　　式中 D—圓柱體直徑(cm); L—圓柱體長(zhǎng)度 (cm); 代入上式: </p><p>　　4. 電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下,在,下面分別按各階段計(jì)算:1) 快速空載起動(dòng)慣性矩</p><p>　　在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：</p&

71、gt;<p>　　……………………………………………………式（19）</p><p>　　………………………………………………式（20）</p><p><b>　　又：</b></p><p>　　………………………………………………………式（21）</p><p><b>　　代入得：<

72、/b></p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩:</p><p><b>　　……式（22）</b></p><p>　　式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,一般可取0.7~0.85此處取0.8;</p><p><b>　　i—傳動(dòng)比;</b></p><p>　　—貼塑導(dǎo)

73、軌摩擦系數(shù)，取=0.04</p><p><b>　　附加摩擦力矩：</b></p><p>　　………………………………………………………………式（22）</p><p>　　式中：η—傳動(dòng)鏈總效率,一般可取0.7~0.85此處取0.8;</p><p>　　i—傳動(dòng)比;Fpo—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取1/3Fm,F

74、m為進(jìn)給牽引力(N);ηo—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,一般取≥0.9,此處取ηo=0.9</p><p>　　所以：2) 快速移動(dòng)所需力矩 ………………………………………………………式（23） </p><p>　　=1.96+4.84=6.8N.cm 3) 最大切削載時(shí)所需力矩</p><p>　　……………………………………………式

75、（24）</p><p>　　從上面計(jì)算可以看出、、三種工況下,以快速空載起動(dòng)慣性矩最大,即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù).</p><p>　　查得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為兩相四拍時(shí)， =0.707</p><p>　　故最大靜力矩Mjmax=59.3/0.707N.m=0.839N.cm，而電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩為 1.72N.m，大于最大靜力矩Mjmax，所以滿足要求！<

76、;/p><p>　　但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)轉(zhuǎn)矩頻特性。</p><p>　　計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率</p><p>　　圖（5）、56BYG250E—ASSBL—0241型混合式步進(jìn)電機(jī)矩頻特性圖</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，56BYG250E—ASSBL—0241型混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻完

77、全可以滿足要求。</p><p>　　5、繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖</p><p>　　在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫橫向機(jī)械裝配圖。見附圖（二）</p><p>　　第四章、微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　§1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容<

78、/p><p>　　(一)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ),也是軟件編制的前提,數(shù)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)包括以下幾部分內(nèi)容：</p><p>　　1、繪制系統(tǒng)電氣控制結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣控制結(jié)構(gòu)圖。機(jī)床硬件電路由五部分組成：</p><

79、p>　　主控制器，即中央處理單元CPU。</p><p>　　總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。</p><p>　　存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p>　　接口，即輸入/輸出接口電路。</p><p>　　外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。</p><p>　　2、選擇中央處理單元

80、CPU的類型</p><p>　　CPU的種類很多，在此處選擇MCS——51系列單片機(jī)中的80C51，因?yàn)槠浼啥雀?，穩(wěn)定性、可靠性好，體積小，而且有很強(qiáng)的外部擴(kuò)展功能，外圍擴(kuò)展電路芯片大多是一些常規(guī)芯片，用戶很容易通過標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展電路來構(gòu)成較大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　3、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)</p><p>　　存儲(chǔ)器擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展兩部

81、分。分別選擇兩片2764和一片6264來擴(kuò)展16K的內(nèi)存。</p><p>　　4、I/O接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：據(jù)外部要求選用I/O接口芯片，步進(jìn)電機(jī)伺服控制電路，鍵盤、顯示部分以及其他輔助電路設(shè)計(jì)（如復(fù)位、掉電保護(hù)等）。經(jīng)考慮，選擇8255為I/O接口芯片，液晶顯示控制器LR—104VRAM來控制LCD。圖中的急停開關(guān)應(yīng)采用那種按下去之后不會(huì)彈起、直到再次啟動(dòng)后

82、操作者用手動(dòng)拔出的按鈕，此處由于表達(dá)方式的限制，僅以普通按鈕表示。</p><p>　　（二）、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件是硬件的補(bǔ)充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)軟件。</p><p>　　1、軟件設(shè)計(jì)步驟分為以下幾步：</p><p>　　據(jù)軟件要實(shí)現(xiàn)的功能，能制定出軟件技術(shù)要求；</p><

83、;p>　　將整個(gè)軟件模塊化，確定各模塊的編制要求，包括各模塊功能，入口參數(shù)，出口參數(shù)；</p><p>　　據(jù)硬件資源，合理分配好存儲(chǔ)單元；</p><p>　　分別對(duì)各模塊編程，并調(diào)試；</p><p>　　連接各模塊，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)試及優(yōu)化；</p><p>　　固化到各程序存儲(chǔ)器中。</p><p>　　2、數(shù)

84、控系統(tǒng)中常用軟件模塊</p><p>　?。?） 軟件實(shí)現(xiàn)環(huán)行分配器；</p><p>　?。?） 插補(bǔ)運(yùn)算模塊；</p><p>　?。?） 自動(dòng)升降速控制模塊。</p><p>　　§2 80C51單片機(jī)及其擴(kuò)展</p><p>　　(一)80C51單片機(jī)的簡(jiǎn)介</p>&

85、lt;p>　　1．芯片引腳及片外總線結(jié)構(gòu)</p><p>　　80C51單片機(jī)采用40腳雙直插封裝（DIP）形式，如圖(6)所示。</p><p>　　80C51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。下面說明這些引腳的名稱和功能。</p><p>　　電源引腳Vss和Vcc</p><p>　　Vss

86、(20腳)：接地。</p><p>　　Vcc(40腳)：主電源+5V。</p><p>　　時(shí)鐘電路引腳XTAL1`和XTAL2</p><p>　　XTAL1（19腳）：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反向放大器的輸入端。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>

87、　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個(gè)振蕩電路反向放大電路的輸出端，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>　　圖（6）.80C51引腳圖</p><p>　　控制信號(hào)引腳RST、ALE//PROG、PSEN、/EA/Vpp</p><p&

88、gt;　　RST（9腳）：?jiǎn)纹瑱C(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該引腳輸入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>　　ALE//PROG：訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE作鎖存擴(kuò)展地址低位字節(jié)的控制信號(hào)（稱允許鎖存地址）。平時(shí)不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，該端也以1/6的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出正脈沖，供定時(shí)或者其他需要使用；在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)會(huì)失去一個(gè)脈沖。ALE端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力

89、為8個(gè)LSTTL（低功耗高速TTL）。</p><p>　　/PSEN（29腳） ：在訪問片外程序存儲(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，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩個(gè)有效的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輸出是否有信號(hào)輸出，可以判別80C51是否在工作。</p

90、><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單元開始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦^4KB時(shí)，將執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA輸入低電平時(shí)，CPU僅訪問片外程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　輸入/輸出引腳（P0、P1、P2和P3端口引腳）</p><p>　　P0~P3是4個(gè)寄存器，也稱為4個(gè)端口，是80C51單片機(jī)與外界聯(lián)系

91、的4個(gè)8位雙向并行I/O口。由于在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，CPU需要對(duì)接口電路輸入輸出數(shù)據(jù)的寄存器進(jìn)行讀寫操作，所以在單片機(jī)中對(duì)這些寄存器象對(duì)存儲(chǔ)單元一樣進(jìn)行編址。通常把接口電路中這些已編址并能進(jìn)行讀寫操作的寄存器稱為端口（PORT），或簡(jiǎn)稱口。</p><p>　　P0.0~P0.7（39~32腳）：P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O端口。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)，故這些I/O線有地址線

92、/數(shù)據(jù)線之稱，簡(jiǎn)寫為AD0~AD7。在EPROM編程時(shí)，從P0輸入指令字節(jié)，在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)（驗(yàn)證時(shí)，要外接上拉電阻）。</p><p>　　P1.0~P1.7（1~8腳）：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在EPROM編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入低8位地址。</p><p>　　P2.0~P2.7（21~28腳）：P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在訪問片

93、外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址，即A8~A15。在對(duì)EPROM編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入高8位地址。</p><p>　　P3.0~P3.7（10~17腳）：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在整個(gè)系統(tǒng)中，這8個(gè)引腳還具有專門的第二功能，如表（3）所示。</p><p>　　表P3口各位的第二功能 </p><p>　?。ǘ?單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展概述<

94、/p><p>　　80C51片內(nèi)只有4KB程序存儲(chǔ)器地址空間、256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間（用8位地址，其中128B的專用寄存器地址空間僅有21個(gè)字節(jié)有實(shí)際意義）。所以需擴(kuò)展。</p><p><b>　　擴(kuò)展概述</b></p><p>　　80C51的片外總線結(jié)構(gòu)：所有的外部芯片都通過三組總線進(jìn)行擴(kuò)展。（1）數(shù)據(jù)總線（DB）：由P0口提供

95、，數(shù)據(jù)總線要連到連接的所有外圍芯片上，但在同一時(shí)間只能夠有一個(gè)是有效的數(shù)據(jù)傳送通道。（2）地址總線（AB）：16位，可尋址范圍為64K字節(jié)，AB由P0口提供低8位地址，與數(shù)據(jù)分時(shí)傳送，傳送數(shù)據(jù)時(shí)將低8位地址鎖存；高8位地址由P2口提供。（3）控制總線（CB）：系統(tǒng)擴(kuò)展用控制總線有WR、RD、PSEN、ALE、EA。</p><p><b>　　系統(tǒng)擴(kuò)展能力</b></p>&l

96、t;p>　　片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器的操作使用不同的指令和控制信號(hào)，允許兩者的地址重復(fù)。故據(jù)地址的寬度，片外可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器分別為64KB。此處擴(kuò)展了16K的程序存儲(chǔ)器和16K的地址存儲(chǔ)器，且沒有使用片內(nèi)存儲(chǔ)器。</p><p>　　擴(kuò)展的I/O口與片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，不再另外提供地址線。</p><p><b>　　地址鎖存器</b></

97、p><p>　　因?yàn)镻0口是分時(shí)提供低8位地址和數(shù)據(jù)信息的，所以必須用鎖存器把地址鎖存住。本次設(shè)計(jì)使用帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器74HC373。其引腳見圖（7）。</p><p>　　圖（7）、74HC373引腳圖</p><p>　　D0~D7 信號(hào)輸入端</p><p>　　Q0~Q7 信號(hào)輸出端</p><p>　　

98、G：下降沿時(shí)，將D1~D8鎖存于內(nèi)部</p><p>　　E：使能端，E=0時(shí)，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出端Q0~Q7與輸入端D0~D7連通，當(dāng)E=1時(shí)，輸出三態(tài)門斷開，輸入數(shù)據(jù)鎖存。</p><p><b>　　地址譯碼器</b></p><p>　　80C51擴(kuò)展電路中，都牽涉到外部地址空間的分配問題，即當(dāng)80C51數(shù)據(jù)總線分時(shí)與多個(gè)外圍芯片

99、進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，首選要進(jìn)行片選，然后再進(jìn)行片內(nèi)地址選擇。</p><p>　　地址譯碼實(shí)現(xiàn)片選的方法目前常用的有兩種：線選法和譯碼法。此處采用74HC139譯碼器組成的譯碼電路對(duì)系統(tǒng)的高位地址進(jìn)行譯碼。74HC139是雙“2-4”譯碼器，每個(gè)譯碼器僅有1個(gè)使能端G，0電平選通。有2個(gè)選擇輸入端，4個(gè)譯碼輸出端，輸出0電平有效。2個(gè)輸入信號(hào)A、B譯碼后有4個(gè)輸出狀態(tài)，其引腳與真值表如下所示。</p>

100、<p>　　表（4）、74HC139真值表</p><p><b>　　（三） 存儲(chǔ)器擴(kuò)展</b></p><p>　　此處采用兩片EPROM芯片6264（8K×8）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用靜態(tài)RAM62648（8K×8）。其引腳見左圖（8）。</p><p>　　圖（8）、2764引腳圖</p>

101、<p>　　80C51芯片與存儲(chǔ)器的連接</p><p>　　存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)質(zhì)是三總線的連接。</p><p>　　據(jù)芯片存儲(chǔ)容量的大小確定數(shù)據(jù)、地址線的根數(shù)。此處為13根。</p><p>　　數(shù)據(jù)線的連接 將80C51的芯片的P0.0~P0.7按位與RAM數(shù)據(jù)線D0~D7直連。</p><p>　　地址總線的連接 據(jù)確定的地址

102、線根數(shù)，將相應(yīng)低地址線相連，剩余高位地址線作為片選。</p><p>　　控制總線的連接 對(duì)應(yīng)控制線相連。</p><p>　?。ㄋ模?I/O口的擴(kuò)展</p><p>　　MCS-51單片機(jī)共有四個(gè)8位并行I/O口，可提供給用戶使用的只有P1口和部分P3口線，因此不可避免地要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。這里采用8255（可編程的RAM/IO擴(kuò)展接口電路）。</p>

103、;<p>　　I/O口擴(kuò)展采用總線擴(kuò)展方法，數(shù)據(jù)輸入線取自80C51的P0口。這種擴(kuò)展方法分時(shí)占用P0口，不影響P0口與其它擴(kuò)展芯片的連接操作。</p><p>　　8255具有3個(gè)8位的并行的I/O口，分別為PA、PB、PC口，其中PC口又分為高4位（PC7~PC4）和低4位（PC3~PC0）。</p><p>　?。ㄎ澹?、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p

104、>　　采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)所選電機(jī)說明，選取合適的驅(qū)動(dòng)器，縱向驅(qū)動(dòng)器和橫向驅(qū)動(dòng)器均為SH20806N。其接線圖如下：</p><p>　　圖（8）、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器連線圖</p><p>　　（六）、液晶顯示控制器：</p><p>　　使用由上海朗睿電子科技有限公司研制生產(chǎn)的工業(yè)彩色液晶（VRAM型）顯示器，型號(hào)為L(zhǎng)R-104VRAM。</p>

105、<p><b>　　1、簡(jiǎn)介： </b></p><p>　　彩色液晶顯示器采用超大規(guī)模集成電路，以數(shù)字方式驅(qū)動(dòng)，可以從根本上消除傳統(tǒng)CRT顯示器的屏幕閃爍現(xiàn)象。具有高亮度、高對(duì)比度、高可靠性、抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)；并且體積小、厚度小、功耗低、無輻射、抗干擾能力強(qiáng)。隨著彩色液晶技術(shù)的日趨成熟，正在逐步取代CRT顯示器，成為許多高要求行業(yè)的首選，被越來越多地應(yīng)用到電力、醫(yī)療、儀表、電梯、

106、工業(yè)控制等領(lǐng)域。 </p><p><b>　　2、基本原理： </b></p><p>　　LR-104VRAM真彩色液晶顯示器，采用VRAM顯示方式。VRAM（Video Random-Access Memory）視頻存儲(chǔ)技術(shù)是近年來比較流行的專門用于圖形處理的雙端口存儲(chǔ)技術(shù)，常用于中、高檔顯示卡。采用緩存、邏輯仲裁、存儲(chǔ)陣列，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備同時(shí)對(duì)同一存儲(chǔ)陣列訪問而

107、不需要等待，且互不干擾。 </p><p>　　該顯示器接口采用并行總線方式（數(shù)據(jù)總線、地址總線以及選、讀、寫等信號(hào)），可以很方便地連接到單片機(jī)或微處理器的總線上，用戶可以象使用普通存儲(chǔ)器一樣使用它?；蛘呖梢园扬@示器看成是自己設(shè)備外掛的一個(gè)RAM。 </p><p>　　LR-104VRAM存儲(chǔ)器地址單元同液晶屏幕上的像素點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，用戶可以把這個(gè)存儲(chǔ)器理解為“顯示映像”存儲(chǔ)器。如果希望在

108、液晶屏幕上某一位置顯示文字或圖形，只需要向存儲(chǔ)器內(nèi)對(duì)應(yīng)區(qū)域?qū)懭胂鄳?yīng)的數(shù)據(jù)即可。 </p><p>　　VRAM存儲(chǔ)器的一個(gè)字節(jié)由8位構(gòu)成，顯示器屏幕上的一個(gè)“像素”點(diǎn)由R、G、B三個(gè)“點(diǎn)”來組成。 </p><p><b>　　3、原理框圖：</b></p><p>　　LR-104VRAM顯示器的基本原理框圖如圖（9）所示，DC/DC電壓變換

109、器產(chǎn)生液晶所用各種驅(qū)動(dòng)電壓DC/AC逆變器則用來點(diǎn)亮冷陰極背光燈（CCFL）。分時(shí)技術(shù)讓顯示與寫入數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了畫面的高速更新，且互不干擾。</p><p>　　圖（9）、LR-104VRAM顯示器的基本原理框圖</p><p><b>　　4、性能指標(biāo)：</b></p><p>　　視域?qū)蔷€ 10.4英寸 &

110、lt;/p><p>　　外型尺寸 246.5×179.3×38mm </p><p>　　視域尺寸 211.2(H)×158.4(V)mm </p><p>　　圖像點(diǎn)陣 640×RGB×480行 </p><p

111、>　　像素點(diǎn)尺寸 0.33(H)×0.33(V)mm </p><p>　　像素結(jié)構(gòu) 垂直條紋 </p><p>　　接口方式 總線方式 </p><p>　　VRAM容量 128K×8位 </p><p>

112、;　　顯示顏色 TFT 64色 / 256色 </p><p>　　視野角度 左75度，右75度,上60度，下50度 </p><p>　　工作電壓 DC 8V ～ 15V </p><p>　　消耗功率 小于8W </p><

113、p>　　工作環(huán)境溫度 -10℃ ～ +65℃ </p><p>　　保存溫度 -30℃ ～ +70℃ </p><p>　　亮度 400cd/㎡ </p><p>　　液晶屏壽命 大于5萬小時(shí)（連續(xù)工作） </p><p>

114、;　　背光燈壽命 大于25000小時(shí)（連續(xù)工作） </p><p>　　凈重 克 </p><p>　　毛重 克 </p><p>　　包裝數(shù)量 只/箱 </p><p>　　內(nèi)包裝尺寸

115、 ×× mm </p><p>　　外包裝尺寸 ×× mm</p><p><b>　　5、接口方法：</b></p><p>　　LR-104VRAM的接口方式為總線方式。外部引線包括有地址總線、數(shù)據(jù)總線和片選讀寫輸入，可以直接掛接到單片機(jī)、計(jì)算機(jī)的總線上，通過譯碼

116、分配作為主機(jī)的某部分內(nèi)存來使用。如果主機(jī)無法分配較大的空間而直接使用時(shí)，也可以采用分頁操作技術(shù)，高位地址用來頁面切換，低位地址則可直接操作。內(nèi)存的數(shù)據(jù)位與屏幕顯示的色點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，只要把適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)寫入內(nèi)存中去，屏幕上即可顯示出相應(yīng)的文字圖形。</p><p>　　接口采用34針雙列防反插插座（間距為標(biāo)準(zhǔn)2.54mm）,引腳定義如下表所示： </p><p><b>　　6、應(yīng)用程序

117、：</b></p><p>　　，將屏幕清成040H代碼所表示的顏色 </p><p>　??；VRAM的片選地址（E000，F(xiàn)FFFH） </p><p>　?。籄13，14，15 = P1.O,P1.1,P1.2 </p><p>　　ORG 0000H </p><p>　　LJMP MAIN <

118、/p><p>　　ORG 0090H </p><p><b>　　MAIN: </b></p><p>　　MOV SP,#60H; </p><p>　　LCALL INITLCD; </p><p>　　MOV R1,#040H; </p><p>　　LCALL CLE

119、AR1 </p><p><b>　　RETERN: </b></p><p>　　SJMP RETERN </p><p><b>　　INITLCD: </b></p><p>　　LCALL LCD </p><p><b>　　RET </b>&