【正文】 2559 =1500㎜，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)荷的。截面慣性矩(㎝)絲杠: =,為絲杠內(nèi)徑。其幾何參數(shù)如下:名稱 符號(hào) 公式 公稱直徑 35 20導(dǎo)程 6 5接觸角 3176。33’螺桿外徑 34 螺桿內(nèi)徑 螺桿紋接觸直徑 螺母螺紋直徑 螺母內(nèi)徑 24 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量==6㎜，初選步進(jìn)電機(jī)步距角176。一、縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算計(jì)算見圖21，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的慣量（㎏㎝）。㎝。=*1082=㎏機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面按個(gè)階段計(jì)算：（1） 快速空載起動(dòng)力矩起 。起動(dòng)加速時(shí)間 =30 ==10= N㎝（2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩快 快=+=94+153=247 N最大靜力矩=大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，可作為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)距頻特性和運(yùn)行距頻特性。26設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖在完成運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算后，已經(jīng)確定了滾珠絲杠螺母副、步進(jìn)電機(jī)規(guī)格型號(hào)，以及齒輪齒數(shù)、模數(shù)、軸承型號(hào)之后，就可以畫出機(jī)械裝配圖。并把原來(lái)的方刀架取掉，裝上自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架及微型電機(jī)。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。，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（包括ROM和RAM）的容量。此外還要考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求。在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中還應(yīng)該包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)。MCS51系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品：8038051和8751。而8031片內(nèi)無(wú)ROM，適用于需擴(kuò)展ROM，可在現(xiàn)場(chǎng)修改和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)合，其價(jià)格低，使用靈活，非常適合在我國(guó)使用。4．具有21個(gè)特殊寄存器。8．具有5個(gè)中斷源，配備2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)?？梢钥闯鲞@種芯片集成度高，功能強(qiáng)，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。使用外部震蕩器是必須接地。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，該端口分時(shí)地用作低8位的地址線和8位雙向的數(shù)據(jù)端口。端口3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義第一I/O口功能或第二I/O口功能。（2）：EA為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。（3）：ALE是地址鎖存使能信號(hào)。即使在不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，也以1/6振蕩頻率的固定頻率產(chǎn)生ALE，因此可以用它作為外部的時(shí)鐘信號(hào)。在VCC關(guān)斷前加上VPD（掉電保護(hù)）RAM的內(nèi)容將不變?？梢杂脕?lái)暫存運(yùn)算的中間結(jié)果以提高運(yùn)算速度，其中的R0和R1還可以用來(lái)存放8位地址。由于8031復(fù)位后堆棧指針SP指向工作寄存器區(qū)（即SP=07H），所以必須在初始化程序中對(duì)SP設(shè)置30H以后的地址區(qū)間為初值。是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)，其地址為80H~FFH。溢出是指在有正負(fù)號(hào)兩個(gè)數(shù)運(yùn)算時(shí)，結(jié)果數(shù)超過+127~ 128。五、 MCS—51系列指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介在設(shè)計(jì)MCS—51系列單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件線路時(shí)，不可避免的要涉及到MCS—51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)。操作數(shù)可以是數(shù)據(jù)也可以是地址。（1）立即尋址（2）直接尋址（3）寄存器尋址（4）J寄存器間接尋址（5）變址尋址（6）相對(duì)尋址（7）位尋址2. MCS—51系列指令系統(tǒng)主要指令簡(jiǎn)介MCS—51系列指令系統(tǒng)111條指令可以分為五類（1） 數(shù)據(jù)傳輸類 29條（2） 算術(shù)操作類 24條（3） 邏輯操作類 24條（4） 控制程序轉(zhuǎn)移類 17條（5） 布爾變量操作類 17條在這些指令中，使用得最多的是數(shù)據(jù)傳輸類指令，這類指令又可以分成三種：（1）單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送（2）和外部RAM傳送數(shù)據(jù)（3）程序存儲(chǔ)器和累加器A之間數(shù)據(jù)傳送用助記符MOVC表示。+12振蕩器 TFX加1計(jì)數(shù)器 TMOD 中斷 相應(yīng)位 TCON相應(yīng)位 TX端 控制信號(hào) 圖34 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)+1計(jì)數(shù)器，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)鐘振蕩器。當(dāng)脈沖源為時(shí)鐘振蕩器（等間隔的脈沖序列）時(shí)，脈沖數(shù)率以脈沖間隔時(shí)間就是定時(shí)時(shí)間，因此為定時(shí)功能；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，此時(shí)為計(jì)數(shù)功能。由于識(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）所以最快的計(jì)數(shù)速率是振蕩頻率的1/24。這些中斷請(qǐng)求源的引腳都為P3口的第二功能。33 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)MCS51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。CPU由外部程序存儲(chǔ)器取指時(shí)，16位地址的低8位PCL由P0口輸出，高8位PCH由P2口輸出；而指令由P0口輸入，P0口作為分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線。同時(shí)也是每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，用于選通外部程序存儲(chǔ)器，使指令送到P0總線上，由CPU取入。下圖36為所用的芯片：圖中是編程電壓端，是編程控制端，是輸出使能端，是片選端，它們均為低電平有效。在編程時(shí)，從數(shù)據(jù)端輸入要存儲(chǔ)的信息，數(shù)據(jù)引腳處于數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)。若晶體頻率選用為6MHz，則t ≈ 480 ns,故凡是工作速度小于480ns的芯片在時(shí)序上均滿足要求。４．8031與EPROM芯片的連接（1）地址線的連接EPROM低8位地址線A~A經(jīng)地址鎖存器與8031P口相連。單片機(jī)的P口用作高位地址線及片選地址線，由于P口輸出具有鎖存的功能，故不必外加地址鎖存器。圖38 8031與外部EPROM的一般連接方法(二)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展由于8031芯片內(nèi)部RAM只有128字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的需要，需要擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。其連接示意圖見圖39。（2）外圍I/O芯片與擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址外圍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/寫控制信號(hào)與讀/寫指令。只要該地址線為低電平，就選中該芯片。（2）全地址譯碼對(duì)于容量較大的系統(tǒng)，擴(kuò)展的外圍芯片較多，芯片所需的片選信號(hào)多于利用的地址線時(shí)，就需要用這種全地址譯碼的方法。74LS138譯碼器的8根輸出線分別對(duì)應(yīng)8個(gè)8K字節(jié)的地址空間。 C B A 1 0 01 0 01 0 01 0 0 1 0 01 0 0 1 0 01 0 0其它狀態(tài)0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1表35 74LS138邏輯功能四、I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì)8031單片機(jī)共有四個(gè)8位并行I/O口，但可共用戶使用的只有P1口和部分P3口，因此。當(dāng)IO/=1時(shí)（高電平），選擇I/O口，上的地址信息為I/O口地址。其中各符號(hào)說(shuō)明如下：AINTR：A口中斷，請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效。狀態(tài)寄存器和命令寄存器公用一個(gè)地址，命令寄存器只能寫入不能讀出，而狀態(tài)寄存器只能讀出不能寫入。TIMEIN為定時(shí)器時(shí)鐘輸入，由外部輸入時(shí)鐘脈沖，TIMEOUT為定時(shí)器輸出，輸出各種信號(hào)脈沖波形。計(jì)數(shù)器的起動(dòng)和停止有命令寄存器的最高兩位TM和TM決定。通常P口的高位地址線作為8155芯片的片選信號(hào)及IO/的選擇信號(hào)。（二）鍵盤顯示接口電路1．顯示器工作原理數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管）和LCD（液晶顯示器），也有采用CRT接口的顯示方式。如果加到各段陽(yáng)極的代碼不同，則顯示器將會(huì)顯示不同的字符和數(shù)字，這個(gè)代碼稱為段碼，選擇字型稱為段選。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個(gè)I/O口，L稱為掃描口，控制顯示器的各位所顯示的字型也需一個(gè)8位口,稱為段選數(shù)據(jù)口。當(dāng)鍵盤上某一鍵閉合時(shí)，則該鍵盤所對(duì)應(yīng)的行線和列線短路。圖中75452為反向驅(qū)動(dòng)器，7407位同向驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的角位移的電動(dòng)機(jī)。為使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行并輸出一定功率，需要有足夠功率提供給電動(dòng)機(jī)，因此需要有功率放大環(huán)節(jié)。硬件環(huán)形分配器需要的 I/O接口接線數(shù)少，且執(zhí)行速度較快，但需要專用的芯片。按其電路結(jié)構(gòu)的不同分為TTL集成電路和CMOS集成電路。本電路采用了硬件環(huán)形分配器。為避免強(qiáng)電對(duì)弱電的干擾，在她它們之間應(yīng)采用隔離電路。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖需要按所要求的順序提供給電機(jī)各項(xiàng)。有關(guān)鍵盤與顯示器的工作必須經(jīng)過軟件協(xié)調(diào)處理后才能達(dá)到預(yù)期的效果。是由48鍵和6位顯示器組成。其工作原理如下圖314所示：下圖314a中控制信號(hào)=“0”則開放，可對(duì)鍵識(shí)別：當(dāng)鍵松開，則測(cè)試信號(hào)=“1”，鍵閉合，測(cè)試信號(hào)=“0”控制信號(hào)=“1”，禁止，不能對(duì)鍵進(jìn)行識(shí)別。計(jì)算機(jī)以人眼不能分辨的速度輪流對(duì)個(gè)字位線輸出低電平，即可在各位上顯示出不同的字符和數(shù)字，從而實(shí)現(xiàn)掃描顯示。注意，共陽(yáng)極顯示器的段碼與共陰極顯示器的段碼事邏輯非的關(guān)系，應(yīng)對(duì)表38中列出的段碼求反?？刂撇煌亩O導(dǎo)通管，就能顯示出各種字符。由于8155芯片內(nèi)部有地址鎖存器，所以8031的ALE端可以和8155內(nèi)部ALE端直連，利用8031的ALE信號(hào)的下降沿鎖存8031P口送出的低8位地址信息。即使計(jì)數(shù)器已計(jì)數(shù)在寫入起動(dòng)命令后，仍可改變定時(shí)器的工作方式。對(duì)定時(shí)器編程時(shí)，首先將計(jì)數(shù)常數(shù)及定時(shí)器方式送入定時(shí)器口04H、05H。4．8155的定時(shí)功能8055芯片內(nèi)有一個(gè)14位減法計(jì)數(shù)器，可對(duì)輸入脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。ANF（BBF）：A口（B口）緩沖器滿狀態(tài)標(biāo)志輸出線，（緩沖器有數(shù)據(jù)時(shí)BF為高電平）ASTR（BSTR）：A口（B口）設(shè)備選通信號(hào)輸入線，低電平有效。下表37為8155I/O口地址編碼：A A A A A A A AI/O口 0 0 0命令狀態(tài)寄存器（命令/狀態(tài)口） 0 0 1 PA口 0 1 0 PB口 0 1 1 PC口 1 0 0 定時(shí)器低8位 1 0 1 定時(shí)器高8位表37 8155I/O口地址2．8155工作方式的設(shè)定8155I/O口工作方式選擇通過對(duì)8155內(nèi)部命令寄存器（命令口）設(shè)定