【正文】 ................................................20 顯示電路設(shè)計(jì) .................................................................................................24 數(shù)字動(dòng)態(tài)顯示電路設(shè)計(jì) ........................................................................24 功能顯示電路設(shè)計(jì) ...............................................................................27 步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì) .................................................................31 譯碼電路設(shè)計(jì) .................................................................................................32 擴(kuò)展芯片選擇譯碼電路設(shè)計(jì) ................................................................32 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 顯示位選擇譯碼電路設(shè)計(jì) ....................................................................34 第四章 控制系統(tǒng)原理圖及 PCB 圖的繪制 ........................................ 35 控制系統(tǒng)電路原理圖的繪制 方法及步驟 .....................................................35 控制系統(tǒng)電路 PCB 圖的繪制方法及步驟 ...................................................37 第五章 結(jié)論 ......................................................................................... 39 論文總結(jié) .........................................................................................................39 感想 .................................................................................................................40 致謝 ........................................................................................................ 41 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 42 附錄 A： 英文資料 ......................................................................................................43 附錄 B： 英文資料翻譯 ..............................................................................................58 附錄 C： 硬件設(shè)計(jì)原理圖與 PCB 圖 ........................................................................72 附件： 畢業(yè)論文光盤資料 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第一章 緒 論 引言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜。產(chǎn)品的精度要求越來越高、更新?lián)Q代的周期也越來越短，從而促進(jìn)了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。尤其是宇航、軍工、造船、汽車和模具加工 等行業(yè)，用普通機(jī)床進(jìn)行加工（精度低、效率低、勞動(dòng)度大）已無法滿足生產(chǎn)要求。 1946 年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。 6 年后，即在 1952 年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，從而一種新型的用數(shù)字程序控制的機(jī)床 （數(shù)控機(jī)床） 應(yīng)運(yùn)而生。這種機(jī)床是一種綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量和機(jī)械設(shè)計(jì)等新技術(shù)的機(jī)電一體化典型產(chǎn)品 ， 是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的自動(dòng)化 機(jī)床 。 從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展 的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。 隨著社會(huì)的發(fā)展 ,現(xiàn)代制造工業(yè)也在急速的取代換新 ,而效率 ,經(jīng)濟(jì)便是其中的主流之一 。 由于數(shù)控機(jī)床不斷采納科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的各種新技術(shù)，使得其功能日趨完善 并且大大提高了生產(chǎn)效益 ，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的地位也顯得越來越重要，數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì) 。 選題背景與意義 我國數(shù)控螺紋車床的發(fā)展主要建立在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，通過近幾年的發(fā)展，我國目 前生產(chǎn)的數(shù)控螺紋車床主要分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床、中檔型數(shù)控螺紋車床和高檔型數(shù)控螺紋車床三種檔次，其中經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床約占總產(chǎn)量的90%。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床，價(jià)格低廉，設(shè)備費(fèi)用投入較少，經(jīng)濟(jì)效益較高，可以廣泛地滿足企業(yè)發(fā)展初期的需要，特別是受到民營經(jīng)濟(jì)企業(yè)的歡迎，數(shù)控螺紋南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 車床主要特點(diǎn)有： 1）價(jià)格低廉，性價(jià)比適中，大約是同等配置帶伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的 1/4 或更低。它特別適合于普通螺紋機(jī)床的改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。 2）適合于多品種、中小批量螺紋的自動(dòng)化生產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)性強(qiáng)，在普通螺紋機(jī)床上加工的產(chǎn)品 大都可以在數(shù)控螺紋車床上加工。加工不同螺紋零件，只需改變加工工序，并且能很快適應(yīng)和達(dá)到批量生產(chǎn)。 3）提高螺紋的質(zhì)量，降低廢品損失。數(shù)控裝置有較高的加工精度，加工出的產(chǎn)品尺寸一致性好、合格率高。 4）能解決復(fù)雜零件的加工精度控制問題。 5）節(jié)約大量工裝費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。手工操作需要大量不同類型的靠模和成形刀具，用數(shù)控螺紋車床加工可以少用工裝，不僅節(jié)約了工裝費(fèi)用，還減輕了工具制造部門的壓力。 6）提高工人素質(zhì)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)擴(kuò)大了工人的視野，帶動(dòng)了學(xué)習(xí)微電子技術(shù)的熱潮，為工人由“體力型”向“智 力型”過渡創(chuàng)造了條件，促進(jìn)了工廠的技術(shù)進(jìn)步。 7）增強(qiáng)了企業(yè)應(yīng)變能力，為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力創(chuàng)造了條件。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造后，提高了加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時(shí)又保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對(duì)螺紋產(chǎn)品更新?lián)Q代所需要的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。 由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)控螺紋車床被很多生產(chǎn)螺紋的中小企業(yè)看好。由于我國步入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不久，一般國有螺紋制造企業(yè)正處于在改革和調(diào)整的時(shí)期，資金嚴(yán)重不足；生產(chǎn)螺紋的民營企業(yè)剛剛成長，同樣資金也非常緊張，不可能付出大量資金購買高檔次 數(shù)控設(shè)備。而大量的機(jī)械零件需要高速加工制造，需要大量便宜且自動(dòng)化程度很高的設(shè)備。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)在某種意義上可以裝備這個(gè)檔次的設(shè)備，作為中高檔數(shù)控螺紋車床的替補(bǔ)和填充，因此它仍有存在的空間和時(shí)間，有它在一定時(shí)期存在的必要性。 研究現(xiàn)狀 目前 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與國際先進(jìn)水平 的 差距 在 逐漸縮小 。 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了 十 年跌宕起伏，已經(jīng)由成長期進(jìn)入了成熟期，可提供市場(chǎng) 各 種數(shù)控機(jī)床，產(chǎn)品種類可與日、德、意、美等國并駕齊驅(qū)。 在某些 領(lǐng)域部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。 隨著國內(nèi)數(shù)控廠家的增加，眾多的應(yīng)用廣泛的數(shù) 控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)在高中、低擋領(lǐng)域均有涉及，且在國內(nèi)制造業(yè)應(yīng)用廣泛，并且正向納米級(jí)精度、高可靠性、進(jìn)給高速的數(shù)控領(lǐng)域進(jìn)軍?！笆濉逼陂g國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床發(fā)南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 展很快。從技術(shù)上看，數(shù)控車床技術(shù)比較成熟，通過技術(shù)引進(jìn)和合作生產(chǎn)、消化吸收和自主創(chuàng)新，我國已掌握了數(shù)控車床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。從產(chǎn)品水平上看，我國已能自行開發(fā)設(shè)計(jì)各種低中高檔數(shù)控車床。從品種上看，我國生產(chǎn)的數(shù)控車床品種比較齊全，每年都有數(shù)控車床新品種，可供各方面用戶選用。從生產(chǎn)規(guī)模上看，國產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床已形成規(guī)模生產(chǎn)。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中，我國具有很大優(yōu)勢(shì) ，為我國計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，在世界數(shù)控技術(shù)發(fā)展史上占有重要的一頁?，F(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是以單片機(jī)為控制核心，以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)，以開環(huán)控制方式為基礎(chǔ)，比起中高檔數(shù)控車床來說雖然定位精度相對(duì)較低，加工精度較低，有一定的使用局限性，但是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床基本上能滿足一般精度的加工要求，成本較低，控制簡(jiǎn)單。所以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床受到很多中小企業(yè)的親睞。 但是，近年來國產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床同樣受到國外跨國機(jī)床公司的產(chǎn)品和其在國內(nèi)合資企業(yè)和獨(dú)資企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品雙重挑戰(zhàn)，在產(chǎn)品技術(shù)、月產(chǎn)量、規(guī)模上都不及外國公 司和合資企業(yè) 。因而，當(dāng)前要加速經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床產(chǎn)業(yè)化程度，通過制造技術(shù)和管理技術(shù)的提升，提高國產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的性價(jià)比和質(zhì)量穩(wěn)定性，縮短交貨期，爭(zhēng)取更多的國內(nèi)市場(chǎng)份額。在這樣的大環(huán)境下，生產(chǎn)數(shù)控車床的企業(yè)適時(shí)增加經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的功能，降低價(jià)格，使得性價(jià)比更高，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 。 采取多種措施，積極開發(fā)已試制成功的中高檔數(shù)控車床 的 國內(nèi)市場(chǎng)，突破一點(diǎn)，在用戶生產(chǎn)使用中不斷改進(jìn)和完善，以點(diǎn)帶面，逐步取得用戶認(rèn)可。 這樣才能使我國數(shù)控車床的性價(jià)比越來越高，總體水平與國外先進(jìn)水平越來越近，受到更多經(jīng)濟(jì)型企業(yè)的擁護(hù)。 本文的 結(jié)構(gòu) 本文以數(shù)控螺紋車床的研發(fā)工程項(xiàng)目作為應(yīng)用背景，對(duì)數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了研究。全文共分為五章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章扼要地介紹了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床特點(diǎn)、研究意義與相關(guān)研究背景； 第二章對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行了研究，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，給出了總體設(shè)計(jì)方案； 第三章具體給出了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)過程，包括CPU 時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)、手動(dòng)鍵盤和編輯鍵盤電路設(shè)計(jì)、 I/O 口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)、顯示電路設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì)以及譯碼電路設(shè)計(jì)等； 第四章對(duì)繪制控 制系統(tǒng)的電路原理圖及 PCB 圖作簡(jiǎn)單介紹； 第五章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進(jìn)一步研究的方向。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第二章 數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案的擬定 控制對(duì)象及要求 此次設(shè)計(jì)對(duì)象為數(shù)控螺紋車床控制系統(tǒng)硬件電路， 采用 8031單片機(jī)作為主CPU，外擴(kuò) 32K程序存儲(chǔ)器和 8K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；采用 89C2051作從 CPU，控制三排LED顯示；采用 8155擴(kuò)展鍵盤； 需控制 X軸和 Z軸； 采用 8255擴(kuò)展若干輸入輸出口，用于開關(guān)量及相關(guān)信息的輸入輸出。 總體方案的確定 數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部 分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路可靠性直接影響數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。機(jī)床硬件電路由以下五部分組成： 1）主控制器，即中央處理單元（ CPU）； 2）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線； 3）存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 4）接口，即 I/O 輸入輸出接口電路； 5）外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。 主 CPU 的選用 在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， CPU的選擇應(yīng)考慮以下因素： 1）時(shí)鐘頻率和字長，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度； 2）可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量； 3）指令系統(tǒng) 功能，影響編程靈活性； 4） I/O 口擴(kuò)展的能力，即對(duì)外設(shè)控制的能力； 5）開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路。 目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，一般選用 MCS51 系列單片機(jī)作為主控制器。 MCS51 系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品： 803 8051 和 8751。三種型號(hào)的引腳完全相同