資源目錄里展示的全都有預(yù)覽可以查看的噢，，下載就有,,請(qǐng)放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：11970985 可咨詢交流】====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請(qǐng)放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：197216396 可咨詢交流】==================== 第 1 頁(yè) 共 37 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)小型數(shù)控 X-Y 工作臺(tái)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：三號(hào)楷體 學(xué)號(hào)： 三號(hào)楷體 學(xué) 院： 三號(hào)楷體 專 業(yè)： 三號(hào)楷體 指導(dǎo)教師： 只寫(xiě)名字，三號(hào)楷體 年 月第 2 頁(yè) 共 37 頁(yè)小型數(shù)控 X-Y 工作臺(tái)設(shè)計(jì)摘 要X-Y 數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。實(shí)現(xiàn)方便而且能夠保證一定的精度。降低成本,是微機(jī)控制技術(shù)的最簡(jiǎn)單的應(yīng)用。它充分的利用了危機(jī)的軟件硬件功能以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制；使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大,精度和可靠性進(jìn)一步得到提高。X-Y 數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)移成角位移的機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器裝置。其工作原理是：每給一個(gè)脈沖便在定子電路中產(chǎn)生一定的空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；由于步進(jìn)電機(jī)通的是三相交流電所以輸入的脈沖數(shù)目及時(shí)間間隔不同，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)快慢及旋轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短也是不同的。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)放入其中的通電導(dǎo)體既轉(zhuǎn)子切割磁力線時(shí)具有力的作用，從實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)迫使轉(zhuǎn)子作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)子才可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)齒輪齒條作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。本題目設(shè)計(jì)得到了老師的幫助和支持，最后由*老師審定，在此表示感謝。本題目由*完成，因本人水平有限，錯(cuò)誤和不足之處在所難免，處理問(wèn)題也有不妥之處，敬請(qǐng)相關(guān)老師批評(píng)指正。 關(guān)鍵詞：X-Y 數(shù)控工作臺(tái) 齒輪齒條 步進(jìn)電機(jī)第 3 頁(yè) 共 37 頁(yè)AbstractXY CNC table electromechanical systems design is an open-loop control system, its simple structure. Achieve convenient and can guarantee a certain accuracy. Reduce costs, is the simplest application of computer control technology. It takes full advantage of the software and hardware features of the crisis in order to achieve the machines control; make the machining expand the scope, accuracy, and reliability is further improved. XY CNC table electromechanical systems design uses a stepper motor drives. The stepper motor is a transfer pulse signal into angular displacement DAC electromechanical devices. Its working principle is: each pulse will be generated for a certain amount of space rotating magnetic field in the stator circuit; due to the stepper motor through a different number of pulses and the time interval of three-phase AC input so, the length of the rotor rotation speed and rotation time is different. Because of the role of force when placed with them both energized conductor cutting magnetic rotor rotating magnetic field lines from the realization of the rotating magnetic field forces the rotor rotation corresponding rotation of the rotor, the rotor can be achieved only rack and pinion driven by a corresponding movement.This subject has been designed to help teachers and support teachers final approval by the Dong Yuhong, to express gratitude. The completion of this subject by the * because I am limited, errors and deficiencies in the inevitable, deal with the problem also something wrong, please correct me related to teacher criticism. Keywords: XY table；CNC stepper motor；Rack and pinion 第 4 頁(yè) 共 37 頁(yè)目錄摘 要 .2第一章.緒論 .61.1 引言.61.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展與概述.61.3 單片機(jī)技術(shù)發(fā)展與概述.71.4 設(shè)計(jì)任務(wù).8第二章.總體方案確定 .92.1 總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容.92.2 控制系統(tǒng)的選擇.92.3 伺服系統(tǒng)的選擇.92.4 機(jī)械傳動(dòng)形式的選擇.102.4.1導(dǎo)軌副的選用.112.4.2齒輪齒條副的選用.112.4.3電動(dòng)機(jī)的選用.11第三章.機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型 .123.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算.123.2 銑削力的計(jì)算.123.3 直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型.123.3.1 滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取.12maxF3.3.2 距離額定壽命L的計(jì)算.133.4 齒輪齒條副的計(jì)算與選型.133.4.1 最大工作載荷的計(jì)算.13mF3.4.2 齒輪齒條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算.143.5 步進(jìn)電機(jī)減速箱的選用.163.6 伺服電機(jī)的計(jì)算與選型.163.6.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩.17eqT3.6.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定.193.6.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核.19第四章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .214.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容.214.2 硬件電路整體方案.214.3 MCS-51 系列單片機(jī).224.4 8031 單片機(jī)的引腳及功能 .234.5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì).254.6 I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì).284.7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路.30第 5 頁(yè) 共 37 頁(yè)4.8 其他輔助電路設(shè)計(jì).32結(jié)束語(yǔ) .34致謝 .35參考文獻(xiàn) .36第 6 頁(yè) 共 37 頁(yè)第一章第一章.緒論緒論1.1 引言引言現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。當(dāng)今世界電子技術(shù)迅速發(fā)展，微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。一個(gè)較完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試部分、控制及信息處理部分。機(jī)電一體化是系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型系統(tǒng)工程。新一代的 CNC 系統(tǒng)這類典型機(jī)電一體化產(chǎn)品正朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量、微型化方向發(fā)展。X-Y 數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車(chē)床的縱橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的 X-Y 工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。模塊化的 X-Y 數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副（或齒輪齒條副），以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。其中伺服電動(dòng)機(jī)做執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠或齒輪，傳動(dòng)件帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在 X、Y 方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副（或齒輪齒條副）和伺服電動(dòng)機(jī)等均以標(biāo)準(zhǔn)化，由專門(mén)廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可。控制系統(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標(biāo)準(zhǔn)的工作控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。1.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展與概述國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展與概述數(shù)控技術(shù)，簡(jiǎn)稱 NC( Numerical Control)，是指用數(shù)字信號(hào)對(duì)一臺(tái)或一臺(tái)以上機(jī)械設(shè)備及加工過(guò)程進(jìn)行控制的一門(mén)自動(dòng)化技術(shù)。它集傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心數(shù)控技術(shù)的問(wèn)世已 40 多年的歷史，第 7 頁(yè) 共 37 頁(yè)它經(jīng)歷了數(shù)控(NC)階段和計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段向著集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。那些利用傳統(tǒng)方式不可能加工出來(lái)的復(fù)雜、精密零件在現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床上可以很便捷地制造出來(lái)，這極大的帶動(dòng)了世界范圍內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，其主要發(fā)展方向有以下幾個(gè)方面：（1）高速、高精加工技術(shù)效率和質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。(2) 多軸聯(lián)動(dòng)和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，不僅光潔度高，而且效率也大度提高。當(dāng)前電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，制造難度和成本降低，促進(jìn)了其快速發(fā)展。（3）智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展主要趨勢(shì)數(shù)控機(jī)床智能化主要體現(xiàn)在提高加工效率和加工質(zhì)量；開(kāi)放式主要指面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過(guò)改變數(shù)控功能，形成系列化，并可方便的將用戶的特殊應(yīng)用集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種，不同檔次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年數(shù)控系統(tǒng)的一大亮點(diǎn)，它極大的滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造模式的技術(shù)基礎(chǔ)。世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)、主要體現(xiàn)為制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。而數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代化加工設(shè)備的基礎(chǔ)，又是精密、高效、高可靠性加工技術(shù)的支撐，發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，必須發(fā)展數(shù)控技術(shù)。50 年代， 數(shù)控機(jī)床研制成功是制造技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重大突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中的一次革命。而現(xiàn)在一個(gè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的擁有量是衡量其工業(yè)水平的重要標(biāo)志。就企業(yè)來(lái)說(shuō)，面對(duì)日益激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，在市場(chǎng)中占有一席之地，就必須采用先進(jìn)的數(shù)控化設(shè)備，以提高技術(shù)水平。對(duì)于一個(gè)企業(yè)而言，提高數(shù)控化率有兩個(gè)途徑： 投入巨資購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控機(jī)床； 對(duì)現(xiàn)有的普通化機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。對(duì)擁有 300 多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床的我國(guó)來(lái)說(shuō)，普通機(jī)床的數(shù)控化改造無(wú)疑是一條簡(jiǎn)單可行的途徑。因此，對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控化改造也成了人們近年來(lái)研究的課題。1.3 單片機(jī)技術(shù)發(fā)展與概述單片機(jī)技術(shù)發(fā)展與概述單片機(jī)通常把 CPU、ROM、RAM、I/O 接口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等集成在一個(gè)芯片上，第 8 頁(yè) 共 37 頁(yè)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)很重要的分支，其性能價(jià)格比高，發(fā)展迅速。它是自動(dòng)控制、儀表儀器、通訊、家用電器等領(lǐng)域中應(yīng)用最廣、性能價(jià)格比最高的核心部件之一。由于 PC 機(jī)使用的是高級(jí)語(yǔ)言，必須有編譯程序才能與計(jì)算機(jī)通信，而單片機(jī)使用的是匯編語(yǔ)言，它能直接與計(jì)算機(jī)通信，可以減少內(nèi)存。因此，單片機(jī)在 PC 機(jī)日益發(fā)展的今天仍得到廣泛應(yīng)用。新型單片機(jī)采取寬系列、多品種，其字長(zhǎng)有 8 位、16 位、32 位，還有一些專用的單片機(jī)，迎合了現(xiàn)代眾多產(chǎn)品的要求。目前新型通用單片機(jī)主要有 PIC 系列單片機(jī)、EM78系列單片機(jī)、ATMEL 公司的 FLSH 單片機(jī)89 系列和 90 系列。單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢(shì)下，表現(xiàn)出幾大趨勢(shì)：可靠性及應(yīng)用水平越來(lái)越高；所集成的部件越來(lái)越多；功耗越來(lái)越低；與模擬電路結(jié)合越來(lái)越多?？偠灾壳?，X-Y 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化以成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。中國(guó)作為一個(gè)制作大國(guó)，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的優(yōu)勢(shì)，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外同行的差距還很大。中國(guó)中國(guó)作為一個(gè)制作大國(guó)，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的優(yōu)勢(shì)，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外同行的差距還很大。中國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn) X-Y 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)產(chǎn)品到高精尖端產(chǎn)品制作的變化。1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)題目：銑床的數(shù)控 X-Y 工作臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種供應(yīng)式數(shù)控銑床使用的 X-Y 數(shù)控工作臺(tái)，主要參數(shù)如下：1. 最大背吃刀量；2pamm2. 加工材料為碳素鋼或有色金屬；3. X、Y 方向的脈沖當(dāng)量；0.005xymm4. X、Y 方向的定位精度均為；0.01mm5. 加工范圍為 350300mm；6. 工作速度為 800mm/min；第 9 頁(yè) 共 37 頁(yè)第二章第二章.總體方案確定總體方案確定2.1 總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容總體方案設(shè)計(jì)內(nèi)容一個(gè)完整的數(shù)控系統(tǒng)其總體方案的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式確定，伺服系統(tǒng)選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定，控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求提出系統(tǒng)的總體方案，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、比較和論證，最終確定總體方案。為了確定數(shù)控銑床工作臺(tái)的總體方案，必須明確本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)參數(shù)。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是開(kāi)發(fā)一套數(shù)控銑床工作臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其中工作臺(tái)工作范圍X=350mm，Y=300mm，最大移動(dòng)速度為 0.8m/min，工作臺(tái)結(jié)構(gòu)材料可選用鋁材。開(kāi)發(fā)這套仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要目的是在我們強(qiáng)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，進(jìn)一步掌握數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并且掌握數(shù)控系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的研究和普通機(jī)床數(shù)控化改造提供了必要的參考依據(jù)，有一定的現(xiàn)實(shí)意義。2.2 控制系統(tǒng)的選擇控制系統(tǒng)的選擇控制系統(tǒng)是由微機(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)的加工程序和控制程序通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)；顯示器采用數(shù)碼管來(lái)顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)，方便用戶操作。本次設(shè)計(jì)將采用 MCS51 系列單片機(jī)中的 8031 單片機(jī)作為主控制器。MCS51 單片機(jī)的性能為： 集成度高、功能強(qiáng)、速度快，有很好的性能價(jià)格比； 支持的芯片種類多； 性能好，適合于各種不同的場(chǎng)合。數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。如果工件相對(duì)于刀具移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削，可選用點(diǎn)位控制方式。對(duì)點(diǎn)位系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。如果工作臺(tái)或刀具沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，應(yīng)選用連續(xù)控制方式，連續(xù)控制系統(tǒng)應(yīng)具有一個(gè)插補(bǔ)器進(jìn)行各坐標(biāo)軸進(jìn)給脈沖的分配。這種控制系統(tǒng)要求伺服元件有很強(qiáng)的跟隨能力。本課題開(kāi)發(fā)的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，要求能模擬數(shù)控銑床工作臺(tái) X、Y 的兩軸運(yùn)動(dòng)，采用8031 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有精確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。因此，本次設(shè)計(jì)將采用連續(xù)控制系統(tǒng)。2.3 伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)的選擇第 10 頁(yè) 共 37 頁(yè)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)包括開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)反饋元件，不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，精度低；但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整維修容易，應(yīng)用在速度和精度要求不高的場(chǎng)合。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)荷不太大時(shí)多采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī)。如下圖 2.1 所示：圖 2.1 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)在機(jī)床移動(dòng)部件上裝有反饋元件來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位移量，補(bǔ)償系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差，精度高；但該系統(tǒng)造價(jià)高，結(jié)構(gòu)和調(diào)試復(fù)雜，多用在精度要求高的場(chǎng)合。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。如圖 2.2 所示：圖 2.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖本次設(shè)計(jì)中考慮到實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)精度要求不高，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)來(lái)直接驅(qū)動(dòng) XY 工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。2.4 機(jī)械傳動(dòng)形式的選擇機(jī)械傳動(dòng)形式的選擇目前主流的直線傳動(dòng)形式有絲杠螺母及齒輪齒條傳動(dòng)。齒輪齒條傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，但是，這樣的機(jī)構(gòu)可以反向驅(qū)動(dòng)，也就是齒條做直線運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，適合大距離的傳遞，如機(jī)床導(dǎo)軌底下帶動(dòng)托板箱移動(dòng)的就是齒輪齒條傳動(dòng)。齒輪齒條傳動(dòng)具有承載力大、傳動(dòng)效率較高等特點(diǎn)，傳動(dòng)精度較高，可達(dá) 0.1mm，可無(wú)限長(zhǎng)度對(duì)接延續(xù)，傳動(dòng)速度可以很高，2m/s，絲桿傳動(dòng)也可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)的直線運(yùn)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)的速度由絲桿的導(dǎo)程、以及絲桿轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，適合做精密的傳動(dòng)，如機(jī)床工作臺(tái)的移動(dòng)。普通梯形絲杠可以自鎖，這是最大優(yōu)點(diǎn)，但是傳動(dòng)效率低下，比齒輪齒條形式低許多，所以不適合高速往返傳動(dòng)。缺點(diǎn)是時(shí)間久了傳動(dòng)間隙大，回程精度差，用在垂直傳動(dòng)較合適。在長(zhǎng)距離重負(fù)載直線運(yùn)動(dòng)上，絲桿有可能強(qiáng)度不夠，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)器出現(xiàn)震動(dòng)、抖動(dòng)等情況，嚴(yán)重的，會(huì)導(dǎo)致絲桿彎曲、變形、甚至斷裂等等；而齒條就不會(huì)有這樣的情況，齒條可以長(zhǎng)距離無(wú)限接長(zhǎng)并且高速運(yùn)轉(zhuǎn)而不影響齒條精度（當(dāng)然這個(gè)跟裝配、床身本身驅(qū)動(dòng)器機(jī)床工作臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第 11 頁(yè) 共 37 頁(yè)精度都有關(guān)系） ，絲桿就做不到這一點(diǎn)，但在短距離直線運(yùn)動(dòng)中，絲桿的精度明顯要比齒條高得多。另外就是，齒條齒輪傳動(dòng)對(duì)于絲杠螺母結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講要相對(duì)簡(jiǎn)單一些。通過(guò)以上分析不難發(fā)現(xiàn)，兩種傳動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)本課題的設(shè)計(jì)要求，決定采用齒輪齒條形式作為本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)類型。2.4.1 導(dǎo)軌副的選用要設(shè)計(jì)小型數(shù)控銑床工作臺(tái)，需要承受的載荷不大，而且脈沖當(dāng)量小，定位精度不是很高，因此選用直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和維修方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高。2.4.2 齒輪齒條副的選用伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)齒輪齒條副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，需要滿足脈0.005mm沖當(dāng)量和的定位精度，承載力大，傳動(dòng)精度較高，可無(wú)限長(zhǎng)度對(duì)接延續(xù)，傳動(dòng)0.01mm速度可以很高，2m/s，短距離傳動(dòng)速度可以很高，噪音低。2.4.3 電動(dòng)機(jī)的選用任務(wù)書(shū)規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到 0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，故本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，因此可以選用混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。以降低成本，提高性價(jià)比。第 12 頁(yè) 共 37 頁(yè)第三章第三章.機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型3.1 導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算按照下導(dǎo)軌上面移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、齒輪齒條副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為 800N。3.2 銑削力的計(jì)算銑削力的計(jì)算設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。則由表3-7 查得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為： (3-11)0.850.750.731.00.13118cezpFafda nZ今選擇銑刀的直徑為 d=12mm，齒數(shù) Z=2，為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱銑削情況下，取最大銑削寬度為，背吃刀量，每齒進(jìn)給量，銑刀轉(zhuǎn)12eamm2pamm0.1zfmm速。則由式（3-11）求的最大銑削力：300 / minnr 0.850.750.731.00.13118 120.11223002460cFNN采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可由表查得，考慮逆銑時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為：，1.1506fcFFN0.38175ecFFN?，F(xiàn)考慮立銑，則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力，受到0.25115mcFFN175zeFFN水平方向的銑削力分別為和。今將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向，則fFfnF縱向銑削力，徑向銑削力為。506xfFFN115ymFFN3.3 直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型機(jī)床系統(tǒng)的導(dǎo)向元件一般都采用導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的作用是使運(yùn)動(dòng)部件沿一定軌跡運(yùn)動(dòng)（導(dǎo)向） ，并承受運(yùn)動(dòng)部件及工作臺(tái)的重量和切削力（承載） 。選擇一個(gè)合適的導(dǎo)軌應(yīng)滿足下列要求：精度高；壽命長(zhǎng)；剛度及承載能力大；摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。便于加工、裝配、調(diào)整、維修；成本低。3.3.1 滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取maxF工作載荷是影響直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的 X-Y 工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為：第 13 頁(yè) 共 37 頁(yè) (3-12)max4GFF其中，移動(dòng)部件重量，外加載荷，代入式（3-12） ，得最大工800GN175eFFN作載荷。max3750.375FNKN查表根據(jù)工作載荷，初選直線滑動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為 SHS-20C 型，其max0.375FKN額定動(dòng)載荷，額定靜載荷。7.94aCkN09.5aCkN任務(wù)書(shū)規(guī)定加工范圍為 350300mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查表選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為 640mm。3.3.2 距離額定壽命 L 的計(jì)算上述所取的 SHS-20C 系列導(dǎo)軌副的滾道硬度為 60HRC，工作溫度不超過(guò)C，每100根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級(jí)，工作速度較低，載荷不大。分別取硬度系數(shù)，溫度系數(shù)，接觸系數(shù)，精度系數(shù)，載荷系數(shù)，1.0Hf1.0Tf 0.81cf 0.9Rf 1.5wf 代入式（3-33） ，得距離壽命：3max()505625htcrawffffCLKmfF遠(yuǎn)大于一般工作臺(tái)的額定期望值 50km，故距離額定壽命滿足要求。3.4 齒輪齒條副的計(jì)算與選型齒輪齒條副的計(jì)算與選型齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞率可達(dá)到數(shù)十萬(wàn)千瓦，圓周速度可達(dá) 200m/s。以漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)較為常用。齒輪傳動(dòng)主要有以下特點(diǎn)：1）.效率高 2）.結(jié)構(gòu)緊湊 3）.工作可靠 4）.傳動(dòng)比穩(wěn)定。但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過(guò)大的場(chǎng)合。齒輪的失效形式有以下幾種：1.齒輪折斷。2.齒面磨損。3.齒面點(diǎn)蝕。4.齒面膠合。5.塑性變形。除此之外，還可能出現(xiàn)過(guò)熱、侵蝕、電蝕和由于不同原因產(chǎn)生的多種腐蝕與裂紋等等。根據(jù)上述失效形式可知，所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)在具體的工作情況下，必須有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間不致失效。因此，針對(duì)各種失效都應(yīng)確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度既保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。3.4.1 最大工作載荷的計(jì)算mF第 14 頁(yè) 共 37 頁(yè)如前所述，在立銑時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷，受到橫向載荷506xFN，受到垂直方向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）。115yFN175zFN已知移動(dòng)部件總重量，取顛覆力矩影響系數(shù) K=1.1，滑動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦系800GN數(shù)=0.005。求得齒輪齒條副的最大工作載荷：。1.1 5060.005115 175800562mxzyFKFFFGN3.4.2 齒輪齒條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1.齒輪齒條材料選擇：齒條材料的種類很多，在選擇過(guò)程中應(yīng)考慮的因素也很多，主要以以下幾點(diǎn)作為參考原則：a. 齒輪齒條的材料必須滿足工作條件的要求。b. 應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。c.正火碳鋼，不論毛坯制作方法如何，只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度沖擊工作下的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。d. 金屬制的軟齒面齒輪，配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為 3050HBS 或者更多。鋼材的韌性好，耐沖擊，還可通過(guò)熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面硬度，故適用于來(lái)制造齒輪。由于該齒輪承受載荷比較大，應(yīng)采用硬齒面（硬度350HBS） ，故選取合金鋼，以滿足強(qiáng)度要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。2.各系數(shù)的確定：計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù) K，包括使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)AKVK及齒向載荷分配系數(shù)，即KKAVKK K K K1）使用系數(shù)AK是考慮齒輪嚙合時(shí)外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。該齒輪傳動(dòng)的載荷狀態(tài)為輕微沖擊，工作機(jī)器為機(jī)床工作臺(tái)，所以使用系數(shù)取 1.35。AK2）動(dòng)載系數(shù)VK齒輪傳動(dòng)不可避免地會(huì)有制造及裝配誤差，輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形，對(duì)于直齒輪傳動(dòng)，輪齒在嚙合過(guò)程中，不論是有雙對(duì)齒嚙合過(guò)渡到單對(duì)齒嚙合，或是有單對(duì)吃第 15 頁(yè) 共 37 頁(yè)嚙合過(guò)渡到雙對(duì)齒嚙合的期間，由于嚙合齒對(duì)的剛度變化，也要引起動(dòng)載荷。為了計(jì)及動(dòng)載荷的影響，引入了動(dòng)載系數(shù)，由于速度 v 很小，取 1.0。VKVK3）齒間載荷分配系數(shù)K一對(duì)相互嚙合的斜齒（或直齒）圓柱齒輪，有兩對(duì)（或多對(duì)）齒同時(shí)工作時(shí)，則載荷應(yīng)分配在這兩對(duì)（或多對(duì)）齒上。對(duì)于直齒輪及修形齒輪，取。1HFKK4）齒輪載荷分布系數(shù)K當(dāng)軸承相對(duì)于齒輪做不對(duì)稱配置時(shí)，受載前，軸無(wú)彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個(gè)節(jié)圓柱恰好相切；受載后，軸產(chǎn)生彎曲變形，軸上的齒輪也就隨之偏斜，這就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)，為了計(jì)及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象，通常以系數(shù)來(lái)表征齒面上載荷分布不均勻的程度對(duì)齒輪強(qiáng)度的影響。K根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表 10-4 取。1.37HK綜上所述，最終確定齒輪系數(shù)=1.35 1 1 1.37=1.8AVKK K K K 3.齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 =20。為使齒輪免于根切，對(duì)于=20的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，應(yīng)取 z17，這里取 z=20。由于齒輪做懸臂布置，取=0.6。d齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算公式：322mFaSadFKKTY Ymz開(kāi)式齒輪磨損系數(shù)，（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3 卷）14-134）mK1.25mK將 1 式、2 式及各參數(shù)代入計(jì)算公式得：3m 322 1.8 1.25 5 102.8 1.550.6 20557.1 解得：；取 m=1 0.9m 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式：2312.32EdHZKT udu（）由于本傳動(dòng)為齒輪齒條傳動(dòng)，傳動(dòng)比近似無(wú)窮大，所以，為彈性影響系數(shù)，11uuEZ第 16 頁(yè) 共 37 頁(yè)單位，其數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)表，取=189.8。12MPaEZ12MPa計(jì)算，試求齒輪分度圓直徑：=2312.32EdHZKT udu（）2331.8 5 10189.82.3216.10.61274mm 通過(guò)模數(shù)計(jì)算得：m=1，z=17 所以分度圓直徑 d=1 17=17mm計(jì)算齒寬 =0.6 17=10mmdbd齒高 h=2.25m=2.25 1=2.25mm最終確定齒輪數(shù)據(jù)：模數(shù) m=1，齒數(shù) z=17，分度圓直徑 d=17mm，齒高 h=2.25mm，齒寬 b=10mm。根據(jù)齒輪齒條進(jìn)給公式：，則小齒輪轉(zhuǎn)速n mzv80015 / min3.14 1 17vnrmz 根據(jù) X/Y 軸行程分別為 350mm/300mm，由齒條齒數(shù)可暫定 X/Y 軸得齒條齒LZm數(shù)為 120/100。3.5 步進(jìn)電機(jī)減速箱的選用步進(jìn)電機(jī)減速箱的選用為了滿足脈沖當(dāng)量的的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使齒輪和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪機(jī)減速，采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與齒輪相連，進(jìn)給齒輪與大齒輪相連。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.005mm/脈沖，小齒輪轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生的進(jìn)給距離，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角=0.36。根據(jù)式（3-12） ，3.14 1 1753.38hPmzmm 算得減速比：=（0.36 53.38）/（360 0.005）10()/(360 )hiP本設(shè)計(jì)選用深圳維科特電機(jī)有限公司生產(chǎn)的 57PG1440-010 型行星減速步進(jìn)電機(jī)。齒數(shù)比為 1：10，轉(zhuǎn)矩。6TN m3.6 伺服電機(jī)的計(jì)算與選型伺服電機(jī)的計(jì)算與選型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的基本要求是： 89 調(diào)速范圍寬，為適應(yīng)不同的加工條件，要求伺服電機(jī)有很寬的調(diào)速范圍和優(yōu)異的調(diào)速特性； 負(fù)載特性強(qiáng)，伺服電機(jī)在不同的負(fù)載情況下或切削條件發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)使進(jìn)給速第 17 頁(yè) 共 37 頁(yè)度保持恒定，要求伺服電機(jī)具有優(yōu)良的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)負(fù)載特性； 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，為了保證輪廓切削形狀精度與低的加工面表面粗糙度，要求伺服電機(jī)具有良好的快速響應(yīng)特性。在本次設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率小，系統(tǒng)要求的精度不高，并且是在空載狀態(tài)下模擬數(shù)控銑床工作臺(tái) X、Y 的兩軸運(yùn)動(dòng)。因此選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。合理地選用步進(jìn)電機(jī)是相當(dāng)重要的。首先，應(yīng)考慮系統(tǒng)的精度和速度要求。前面一節(jié)根據(jù)本次設(shè)計(jì)已經(jīng)確定了脈沖當(dāng)量，接著可以以此為依據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。3.6.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 eqT分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1) 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式（3-8）可知，包括三部1eqT1eqT分；一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)maxaT部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是齒輪齒條預(yù)緊后折算到電fT動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)辇X輪齒條副傳動(dòng)效率較高，根據(jù)式（3-12）可知，0T相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：0TmaxaTfT=+ （3-13）1eqTmaxaTfT根據(jù)式（3-9） ，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩：= (3-14)maxaT2160eqmaJ nt其中： =400r/min (3-15)max360mvn式中空載最快移動(dòng)速度，暫定為 2000mm/min；maxV步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為 0.36 ；脈沖當(dāng)量，本例=0.005mm/脈沖。設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至所需時(shí)間，傳動(dòng)鏈總效率。則由式（3-mn0.4ats0.714）求得：第 18 頁(yè) 共 37 頁(yè)max0.26aTN m由式（3-10）知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：= (3-16)fT()0.005 (0800) 0.053380.005220.7 10zhFG PN mi式中導(dǎo)軌的摩擦因素，滑動(dòng)導(dǎo)軌取 0.005垂直方向的銑削力，空載時(shí)取 0zF傳動(dòng)鏈效率，取 0.7最后由式（3-13）求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： =+=0.265N m (3-17) 1eqTmaxaTfT2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩2eqT由式（3-13）可知，包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載2eqT轉(zhuǎn)矩；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩；還有一部分是滾tTfT珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，相對(duì)于和很小，可以忽略0T0TfTtT不計(jì)。則有： =+ （3-18）2eqTtTfT其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由公式（3-14）計(jì)算。有：tT460 0.053380.56220.7 10fhtF PTN mi再由式（3-10）計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)(175)zFN時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：()0.005 (175800) 0.053380.006220.7 10zhfFG PTN mi最后由式（3-18） ，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：=+=0.566N.m （3-19）2eqTtTfT最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：第 19 頁(yè) 共 37 頁(yè)12max,0.566eaeqeqTTTN m3.6.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，eqT需要考慮安全系數(shù)。取 K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： （3-20）max44 0.5662.3ieaTTN m初選 57PG1440-010 型行星減速步進(jìn)電機(jī)，查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩=6N m?？梢?jiàn)，滿足要求。maxjT3.6.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1)最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書(shū)給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度=800mm/min，脈沖當(dāng)量 0.005mm/脈沖，由前面齒輪齒條計(jì)算中已求出小齒輪轉(zhuǎn)速max fV。從 57PG1440-010 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性曲線圖可以看出在此頻率15 / minnr下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩6N m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=0.566N m，滿足要max fT2eqT求。57PG1440-010電動(dòng)機(jī)的特性曲線2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 當(dāng)給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度=2000mm/min，求出其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。在此轉(zhuǎn)速下，maxvmaxmax20001537.5 / min800vnnrv電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，滿足max6TN m10.265eqTN m要求。第 20 頁(yè) 共 37 頁(yè)3）起動(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)25.087eqJkg cm子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的空載起動(dòng)頻率。24mJkg cm1800qzfH由式（3-17）可知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：1194.241/qLzeqmffHJJ說(shuō)明：要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得更低，通常只有 100。1194.24zHzH綜上所述，本次設(shè)計(jì)中工作臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)選用 57PG1440-010 行星減速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完全滿足設(shè)計(jì)要求。第 21 頁(yè) 共 37 頁(yè)第四章第四章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：確定硬件電路整體方案及主電路設(shè)計(jì)，如主 CPU 的選擇；存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，如隔離電路，功率放大電路以及步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路；其他輔助電路設(shè)計(jì)，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。4.2 硬件電路整體方案硬件電路整體方案數(shù)控銑床工作臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)由以下幾部分組成： 主控制器 即中央處理單元 CPU； 總線 包括數(shù)據(jù)總線 DB、地址總線 AB 和控制總線 CB； 存儲(chǔ)器 包括只讀可編程存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 接口 即 I/O 輸入輸出接口。其中 CPU 是控制系統(tǒng)的核心，其作用是發(fā)布命令以協(xié)調(diào)各部分電路的正常工作；存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件（即程序）以及運(yùn)行過(guò)程中的各類數(shù)據(jù)；I/O 接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁；三線則是 CPU 與存儲(chǔ)器、接口以及其它各種轉(zhuǎn)換電路聯(lián)系的紐帶，是 CPU 與各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。除此之外，還要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求裝配一些外圍設(shè)備和一些信號(hào)變換電路。如圖 4.1 所示：圖 4.1 控制系統(tǒng)硬件總體框圖其中，CPU、存儲(chǔ)器及 I/O 接口是任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)，其余部分并非所有數(shù)控系統(tǒng)都具備。通常，CPU 通過(guò) I/O 接口可連接的人機(jī)交換外設(shè)有鍵盤(pán)、打印機(jī)、CPURAMROMI/O接口信息變換控制對(duì)象外設(shè)鍵盤(pán)、顯示器等第 22 頁(yè) 共 37 頁(yè)磁帶記錄儀、顯示器等通訊接口；信號(hào)變換電路是實(shí)現(xiàn)微機(jī)與控制對(duì)象之間的信號(hào)匹配與轉(zhuǎn)換的中間電路，這兩部分可根據(jù)控制對(duì)象的要求選取。根據(jù)此次設(shè)計(jì)的要求，控制系統(tǒng)硬件主電路由 CPU、存儲(chǔ)器、I/O 接口、外設(shè)、信號(hào)變換電路組成。同時(shí)根據(jù)需要外設(shè)由鍵盤(pán)、顯示器組成；信號(hào)變換電路由光電隔離電路、功率放大電路組成。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要求主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)選用的元件合理，性能價(jià)格比高，從而達(dá)到控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。4.3 MCS-51 系列單片機(jī)系列單片機(jī)目前在數(shù)控系統(tǒng)中常用的芯片有 8086、8088、80286、80386 以及 8096、8098 等 16位機(jī)，也有 8080、Z80 和 8051、8031、8751 等 8 位機(jī)的 CPU。其中，8031、8051 和8751 為 MCS51 系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快，具有很高的性能價(jià)格比，與 MCS96 系列單片機(jī)相比，51 系列單片機(jī)片外有兩個(gè) 64KB 的存儲(chǔ)空間，一個(gè)是提供給擴(kuò)充片外程序存儲(chǔ)器 ROM 空間，一個(gè)是提供片外擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ROM 空間。充足的片外存儲(chǔ)空間，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)擴(kuò)充接口芯片、設(shè)置大容量存儲(chǔ)器以及存儲(chǔ)眾多數(shù)據(jù)提供了方便。另外它還是集 CPU、I/O 端口及部分 RAM 等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器，只需要增加少量的外圍設(shè)備就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)。三種型號(hào)引腳完全相同僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許的差異，目前在工業(yè)控制中應(yīng)用最多的是 8031 單片機(jī)。它具有價(jià)格低、功能全、體積小、支持的芯片多等優(yōu)點(diǎn)。因此，從本次設(shè)計(jì)的要求出發(fā)，選用 8031 單片機(jī)作為主控制器。8031 單片機(jī)有以下基本特征： 具有 8 位中央處理單元（CPU） ； 片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路（6MHz 或 12MHz） ，每執(zhí)行一條指令時(shí)間為 2m 或 1m； 具有 128 字節(jié) RAM； 具有 21 個(gè)特殊功能寄存器； 可尋址 64KB 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64KB 字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器； 具有 4 個(gè) I/O 端口，32 根 I/O 線，分別為 P0 口、P1 口、P2 口、P3 口； 具有兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 具有 5 個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)； 具有一個(gè)雙全串行接口； 具有位尋址能力，適用于邏輯運(yùn)算。第 23 頁(yè) 共 37 頁(yè)4.4 8031 單片機(jī)的引腳及功能單片機(jī)的引腳及功能8031 單片機(jī)芯片為 40 個(gè)引腳的雙列直插式器件，如圖 4.2 所示：圖 4.2 MCS51 系列單片機(jī)引腳及功能圖按 8031 單片機(jī)引腳功能的不同分為以下幾個(gè)部分： 1.電源部分：Vcc 接+5V， Vss 接地。2.晶振部分：XTAL1 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地； XTAL2 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端，是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。3.控制信號(hào)：ALE/PROG 訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)用于鎖存地址低八位的地址鎖存允許輸出； PSEN 信號(hào)稱為“外部 ROM 讀選通信號(hào)端”，低電平有效； EA/Vpp 是一個(gè)復(fù)用管腳，叫“讀外部 ROM 允許/EPROM 編程電源”管腳。EA 為 1 時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，EA 為 0時(shí)，訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器； RST/Vpd 該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變） ，將使單片機(jī)復(fù)位4.輸入輸出 I/O 引腳： P0：P0 口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作為通信 I/O 接口，具有雙向通信功能。其中 P0 口 1 位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖 4.3 所示：12第 24 頁(yè) 共 37 頁(yè)圖 4.3 P0 口內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖P0 是由 8 個(gè)這樣的電路組成，鎖存器起輸出鎖存作用，8 個(gè)鎖存器構(gòu)成了特殊功能寄存器 P0，場(chǎng)效應(yīng)管（FET）V1、V2 組成輸出驅(qū)動(dòng)器，以增大帶負(fù)載能力，三態(tài)門(mén) 1 是引腳輸入緩沖器；三態(tài)門(mén) 2 用于讀鎖存器端口；與門(mén) 3、反向器 4 以及模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)組成了輸出控制電路。P0 口是一個(gè) 8 位雙向 I/O 口，它訪問(wèn)外部程序的低 8 位地址和數(shù)據(jù)總線，在程序檢驗(yàn)時(shí)它也輸出指令字節(jié)，P0 口的輸出級(jí)具有驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載的能力，即輸出電流不小于 800A。 P1 口：P1 口具有提升電阻的 8 位雙向 I/O 口，專供用戶使用，P1 口能吸入或放出 3 個(gè) LSTTL 輸入。 P2 口：P2 口具有提升電阻的 8 位雙向 I/O 口。供系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高 8 位地址線用，在沒(méi)有外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，它可以作為用戶 I/O 線使用。在程序檢驗(yàn)時(shí)，它也接受高位地址和控制信號(hào)，P2 口能吸入或放出 3 個(gè) LSTTL。 P3 口：P3 口也具有提升電阻的 8 位雙向 I/O 口，該口的每一位都可獨(dú)立定義為第一 I/O 口功能或第二 I/O 口功能。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)和功能操作與 P1 口完全相同。第二功能如下所示：引腳 第二功能P3.0 RxD（串行輸入口）P3.1 TxD（串行輸出口）P3.2 INT0（外部中斷）P3.3 INT1（外部中斷）P3.4 T0（定時(shí)器 0 外部輸入）P3.5 T1（定時(shí)器 1 外部輸入）第 25 頁(yè) 共 37 頁(yè)P(yáng)3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口能吸入/放出 3 個(gè) LSTTL。此外，8031 內(nèi)部還有很多特殊功能寄存器，用于對(duì)片內(nèi)功能模塊進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視，是一個(gè)特殊功能的 RAM 區(qū)，位于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之上，其地址為 80HFFH，其功能及名稱如下：Acc：累加器，其指令助記符用 A 表示；B ：寄存器主要用于進(jìn)行乘法和除法操作，對(duì)其它指令也可進(jìn)行暫存；SP ：堆棧指針寄存器，位于片內(nèi) RAM128 字節(jié)任何單元；DPTR：數(shù)據(jù)指針寄存器，其功能是存放 16 位地址，分別由高位字節(jié)和低位字節(jié)組成5. 8031 的存儲(chǔ)器：MCS51 系列單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間是分開(kāi)的，對(duì)于 8031 單片機(jī)而言，有 4 個(gè)物理上相互獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，即內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器和內(nèi)、外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。如圖 4.4 所示：圖 4.4 8031 單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及功能其中，8031 片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，片外程序存儲(chǔ)器的容量，用戶可根據(jù)需要選擇，最大容量不超過(guò) 64KB，地址從 0000HFFFFH。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址從 00HFFH，共 256字節(jié)，其中內(nèi)部 RAM 地址為 00H7FH（0127） ，專用寄存器地址為80HFFH（128255） 。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器最大可擴(kuò)展到 64K，地址從 0000HFFFFH，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。4.5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)1.程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的程序存儲(chǔ)器芯片大多采用 EPROM，在選擇芯片時(shí)要考慮 CPU與 EPROM 時(shí)序的匹配，即 8031 所能讀取的時(shí)間必須大于 EPROM 要求的讀取時(shí)間。此第 26 頁(yè) 共 37 頁(yè)外，還需要考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器容量，在滿足要求時(shí)盡量選擇大容量的芯片，以減少芯片數(shù)量，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化。本次設(shè)計(jì)從以上幾點(diǎn)考慮，選擇 2764 芯片，其管腳功能如圖 4.5 所示：圖 4.5 2764 管腳分布圖2764 芯片是一種高速，其容量為 8K 的 EPROM，讀出時(shí)間為 250nm，而 8031 用晶振頻率為 6MHz，讀取時(shí)間為 480nm 故滿足要求。2764 芯片共有 13 根地址線A0A13，8 根數(shù)據(jù)線 D0D7，其余為控制線 CE 為片選信號(hào)端，低電平有效，OE 取指允許，PGM 為編程控制端，Vpp 編程電源端以及 Vcc、Vss 等。2.地址鎖存器 74LS373由于 MCS51 系列單片機(jī)的 P0 口具有分時(shí)復(fù)用低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的功能，必須要通過(guò)外接芯片將低 8 位地址信息和 8 位數(shù)據(jù)信息分離，對(duì)于一個(gè)具體的應(yīng)用系統(tǒng)中必須使用地址鎖存器。在本次設(shè)計(jì)中選用 74LS373 為地址鎖存器。其引腳及功能如圖 4.6 所示：圖 4.6 74LS373 引腳及功能第 27 頁(yè) 共 37 頁(yè)74LS373 是一個(gè)帶三態(tài)緩沖器的 8D 鎖存器，當(dāng)三態(tài)門(mén)輸出使能信號(hào)端 OE=0 時(shí)，三態(tài)門(mén)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng) OE=1 時(shí)，三態(tài)門(mén)處于斷開(kāi)狀態(tài)。G 為數(shù)據(jù)輸入的門(mén)控制信號(hào)。當(dāng)G=1 時(shí)鎖存輸出端 1Q8Q 的狀態(tài)與輸入端 1D8D 狀態(tài)相同；當(dāng) G 端由高電平返回到低電平時(shí)，輸入端 1D8D 的數(shù)據(jù)鎖存到 1Q8Q 的 8 位鎖存器中。8031 與 2764 通過(guò)74LS373 擴(kuò)展的電路中，2764 中低 8 位地址線通過(guò)地址鎖存器與 8031 的 P0 口相連。當(dāng)?shù)刂锋i存器允許信號(hào) ALE 為高電平，則 P0 口輸出地址有效，8 位數(shù)據(jù)線直接與 8031 的P0 口相連，高 5 位地址線分別與 P2.0P2.4 相連，OE 引腳直接同 PSEN 相連。3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于 8031 內(nèi)部 RAM 只有 128 字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求，需要擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路一般采用 6116 和 6264 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其選用的原則與 EPROM 的要求相同。根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，選用 6264 芯片。它是一個(gè) 8K 的 RAM 存儲(chǔ)器電路，集成度很高其引腳及功能如圖 4.7 所示：圖 4.7 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 的引腳及功能其中，A0A12 為 13 位地址線，輸出地址與內(nèi)部 8KB 的單元相對(duì)應(yīng)，D0D7 為 8位數(shù)據(jù)線，該芯片的讀取時(shí)間為 200nm，滿足要求。4.譯碼電路譯碼電路是對(duì)系統(tǒng)的片外地址進(jìn)行譯碼，其譯碼輸出作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)。譯碼電路除采用一般的門(mén)電路譯碼器外，更多的采用譯碼器芯片。常用的譯碼器芯片有：74LS139（雙 24 譯碼器） 、74LS138（38 譯碼器）及 74LS154（416 譯碼器）等。通常以 74LS138 譯碼器用的最多，其管腳如下圖所示：其中 G1、G2A、G2B 為三個(gè)控制端，只有當(dāng) G1 為“1”時(shí)且 G2A、G2B 均為“0”時(shí)，譯碼器才能進(jìn)行譯碼輸出，否則譯碼器的 8 個(gè)輸出端全為高阻狀態(tài)。第 28 頁(yè) 共 37 頁(yè)圖 4.8 74LS138 譯碼器管腳及功能4.6 I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)1.8155 擴(kuò)展芯片8155 芯片提供的功能有：兩個(gè)可編程 8 位并行口 A、B 和 6 位并行口 C；256 字節(jié)的靜態(tài) RAM；一個(gè) 14 位減法定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。一片 8155 在外擴(kuò)三個(gè) I/O 口的同時(shí)，還為用戶提供了 256 字節(jié)的外部 RAM 和一個(gè)定時(shí)器，不需要一般芯片擴(kuò)展所需要的地址鎖存器，可直接與單片機(jī)接口。8155 芯片結(jié)構(gòu)如圖 4.9 所示： 圖 4.9 8155 芯片結(jié)構(gòu)及功能其引腳功能如下：AD7AD0：地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用線；IO/M：8155 片內(nèi) I/O 和 RAM 選擇線；CE：片選端，低電平有效；ALE：鎖存有效輸入信號(hào)線，用來(lái)鎖存 AD7AD0 低 8 位地址及 IO/M、CE 狀態(tài)；RESET：復(fù)位線，高電平有效，復(fù)位后 8155I/O 口設(shè)定為輸入方式；第 29 頁(yè) 共 37 頁(yè)RD、WR：讀、寫(xiě)輸入線。8155 的兩個(gè)寄存器共用一個(gè)地址，CPU 用指令寫(xiě)入的是工作方式字，而輸出的是狀態(tài)字，另外 8155 內(nèi)部有一個(gè) 10 位鎖存器，用來(lái)鎖存地址及控制信號(hào)，因此從 8031 送至8155 的地址就不要再加地址鎖存器了。2.鍵盤(pán)及其接口電路鍵盤(pán)是一種常用的輸入設(shè)備，是由若干按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，用戶可根據(jù)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。鍵盤(pán)接口的任務(wù)是將按鍵的機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)識(shí)別的信號(hào)供 CPU 讀取。本次設(shè)計(jì)采用矩陣鍵盤(pán)。矩陣鍵盤(pán)的按鍵排成 n 行 m 列，每個(gè)按鍵占據(jù)行列的一個(gè)交叉點(diǎn)，需要的輸入輸出線為 m+n，最大按鍵數(shù)是 mn。矩陣鍵盤(pán)的工作原理為：檢測(cè)是否有鍵按下：將鍵盤(pán)所有行線置 0，讀入列線的值，若所有列線的值全為“1”，說(shuō)明無(wú)按鍵按下；若不全為“1”，則有按鍵按下，因?yàn)榘聪碌逆I已經(jīng)將所連接的行線和列線接通，使相應(yīng)列線的值變?yōu)椤?”；確定所按下鍵所在的行和所在的列的位置：采用逐行掃描法，先將鍵盤(pán)的行線置“0”，讀入列線的值，判斷是否有按鍵按下，若有鍵按下，找出列線中為“0”的列線，即為按下鍵所在的列，由相應(yīng)的行、列線值可得到閉合鍵值，如果第一行無(wú)鍵按下，則依次掃描下一行，直到判斷出按下鍵的位置。下圖 4.10 為一個(gè) 34 矩陣鍵盤(pán)及其接口電路：圖 4.10 34 矩陣鍵盤(pán)及其接口電路3.顯示器及其接口電路本次設(shè)計(jì)用到的顯示器是由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成的數(shù)碼管顯示器，通過(guò)不同的組合來(lái)顯示數(shù)字 09，字符 AF、L、H、P、R、U、Y 等字符及小數(shù)點(diǎn)“.”。第 30 頁(yè) 共 37