【正文】 制，電機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)方向可以通過單片機(jī)或旋鈕對(duì)變頻器的控制來實(shí)現(xiàn)。5．需要設(shè)置功能鍵和數(shù)字鍵來設(shè)置參數(shù)。磨床是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。微處理機(jī)的數(shù)字控制使磨床的磨削速度具有一致的信號(hào)，可以按照指令信號(hào)進(jìn)刀，從程序上就可以控制整個(gè)操作流程，具有多功能，高性能，高速度，低功耗的優(yōu)點(diǎn)。磨刀小車的位移采用編碼器進(jìn)行檢測(cè)。外擴(kuò)一片 8155 芯片來擴(kuò)展 I/O 接口。手動(dòng)方式下可以根據(jù)工藝要求實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削厚度的設(shè)定，單獨(dú)控制各個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)、停止和調(diào)速；自動(dòng)方式下可以實(shí)現(xiàn)管道磨削的自動(dòng)控制。磨床是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。該系統(tǒng)是以單片機(jī) C51 語言為基本工具，在 Keil μVision 4 軟件環(huán)境下編寫和調(diào)試程序，利用 Proteus 軟件進(jìn)行磨床控制系統(tǒng)的仿真，模擬磨床的操作流程，可以完成手動(dòng)方式和自動(dòng)方式的操作，并且可以實(shí)現(xiàn)兩種操作方式的切換。它們結(jié)構(gòu)簡單，剛度低，磨削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，主要類型有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、坐標(biāo)磨床、無心磨床、平面磨床、砂帶磨床、導(dǎo)軌磨床、工具磨床、多用磨床、專用磨床等 [1]。自動(dòng)測(cè)量裝置于 1908 年開始應(yīng)用到磨床上。自動(dòng)測(cè)量反饋和數(shù)字顯示裝置的應(yīng)用提高了機(jī)床自動(dòng)化程度，節(jié)省了輔助時(shí)間，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。電機(jī)采用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，其中主軸電機(jī)由變頻器控制正/反轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)速度從 0 到額定轉(zhuǎn)速之間可調(diào)，用電位器調(diào)節(jié)；磨刀電機(jī)只控制電機(jī)的起動(dòng)和停止，只能單方向旋轉(zhuǎn)，不用調(diào)速；磨刀進(jìn)給電機(jī)由變頻器控制，具有快進(jìn)、快退、慢進(jìn)、慢退四種速度。磨刀進(jìn)給低速時(shí)每次進(jìn)刀量，單位：mm；設(shè)定范圍：～。　設(shè)計(jì)方案主軸電機(jī)是通過單片機(jī)控制兩個(gè)繼電器，由繼電器的常開觸點(diǎn)分別控制變頻器的正反轉(zhuǎn)的外部輸入端子，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。磨刀小車的位移采用編碼器進(jìn)行檢測(cè)，即單片機(jī)在固定的時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖數(shù)進(jìn)行讀取、累加并轉(zhuǎn)換成毫米單位后就可以得到磨刀小車的位移。數(shù)值的移位鍵和數(shù)值的設(shè)定鍵采用外部中斷的方式。由于 89C51 的 I/O 口數(shù)量有限，所以外擴(kuò)一片 8155 芯片來擴(kuò)展 I/O 接口。采用單片機(jī) C51 語言,在 Keil μVision 4 軟件環(huán)境下進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試，采用 Proteus 軟件進(jìn)行磨床系統(tǒng)的仿真，并觀察仿真結(jié)果。AT89C51 是一個(gè) 8 位的 CPU，具有 4K ROM 程序存儲(chǔ)器， 128B RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可尋址 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64KB 外部程序存儲(chǔ)器的控制電路，兩個(gè) 16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)可編程全雙工串行接口，5 個(gè)中斷源、2 個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文5結(jié)構(gòu)，4 個(gè) 8 位的并行雙向口，32 條可編程的 I/O 線，各個(gè)雙向口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖組成 [3]。此時(shí)低八位地址由 ALE 信號(hào)的下跳沿使它鎖存到外部地址鎖存器中，傳送數(shù)據(jù)信息 [4]。表 33　P3 口的第二功能P3 口各位 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） （外部中斷 0 輸入）INT （外部中斷 1 輸入）石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文6 T0（定時(shí)器 0 外部計(jì)數(shù)器脈沖輸入） T1（定時(shí)器 1 外部計(jì)數(shù)器脈沖輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)）RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)）W石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文7　控制信號(hào)引腳ALE：地址鎖存允許線，配合 P0 口引腳的第二功能使用。RST：復(fù)位線，可以使 89C51 處于復(fù)位工作狀態(tài)?！?155 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及地址分配圖 34　8155 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖8155 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 34 所示，AD0～AD7 為三態(tài)地址/數(shù)據(jù)線，可以與89C51 單片機(jī)總線直接相連。當(dāng)PA 或 PB 口工作在選通 I/O 方式時(shí)，PC 口部分或全部口用作 PA 或 PB 口的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。 為端口/存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。 和 用來讀寫片內(nèi) RAM 和實(shí)RDW現(xiàn)數(shù)據(jù)由 I/O 端口輸入/輸出操作信號(hào) [5]。PⅡ、 PⅠ用來選擇并行口的工作方式，并行口的工作方式如表 37 所示。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中選用兩個(gè)變頻器，一個(gè)變頻器采用外部控制的方式控制主軸電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)，用電位器調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度,從 0 到額定轉(zhuǎn)速之間可調(diào)；另一個(gè)變頻器采用外部控制的方式，控制磨刀進(jìn)給電機(jī)。使用霍爾元件檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，主軸每轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)，產(chǎn)生 N 個(gè)脈沖，當(dāng)單片機(jī)每檢測(cè)到 N 個(gè)脈沖，就可以認(rèn)為主軸轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)。霍爾效應(yīng)是指當(dāng)載流導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場(chǎng)時(shí)，在其兩端產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。因此根據(jù)脈沖數(shù)目，就可以檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。在程序仿真時(shí)，設(shè)定脈沖當(dāng)量為 ，即一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng) 。增量式光電編碼器的工作原理是由旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)在徑向有均勻窄縫的主光柵碼盤旋轉(zhuǎn)，在主光柵碼盤的上面有與其平行的鑒向盤，在鑒向盤上有兩條彼此錯(cuò)開90176。為了獲得絕對(duì)位置角，在增量式光電編碼器有零位脈沖，即主光柵每旋轉(zhuǎn)一周，輸出一個(gè)零位脈沖，使位置角清零 [8]。行線由單片機(jī)的 ～ 控制，列線由單片機(jī)的 ～石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文12控制，組成 43 的 12 個(gè)按鍵的鍵盤。數(shù)碼管的顯示需要兩組信號(hào)控制，一組是字段輸出口的字形代碼，用來控制顯示的字形；另一組是位輸出口的控制信號(hào)，用來選擇第幾個(gè)數(shù)碼管顯示，稱為位選。輪流選通數(shù)碼管的公共端，使各個(gè)數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文13第 4 章　電氣接線及原理圖　電氣接線電氣接線圖見附錄 B，變頻器的外部接線說明如表 41 所示?！≈鞒绦蚰K圖 51　主程序流程圖主程序流程圖如圖 51 所示?！ED 顯示模塊圖 52　顯示程序流程圖磨刀進(jìn)給的總行程、磨刀進(jìn)給低速時(shí)每次進(jìn)刀量、磨刀進(jìn)給低速時(shí)進(jìn)刀次數(shù)通過 LED 數(shù)碼管顯示。采用延時(shí)的方法，進(jìn)行數(shù)碼管的選通和關(guān)閉。設(shè)定顯示的數(shù)據(jù)依次從左到右為磨刀進(jìn)給的總行程、磨刀進(jìn)給低速時(shí)進(jìn)刀次數(shù)、磨刀進(jìn)給低速時(shí)每次進(jìn)刀量。0x0f 運(yùn)算，即屏蔽高四位，保留低四位，temp 中P1口 低 四 位 輸入 ， 讀 P1口開 始屏 蔽 高 四 位 ，讀 入 低 四 位進(jìn) 行 行 值 判 斷P1口 高 四 位 輸入 ， 讀 P1口屏 蔽 低 四 位 ，讀 入 高 四 位進(jìn) 行 列 值 判 斷 N N調(diào) 用 鍵 盤 掃 描Y返 回開 始讀 P1口判 斷 是 否 有 鍵 按 下判 斷 按 鍵 是 否 釋 放Y返 回圖 53　鍵盤掃描流程圖 圖 54　按鍵查詢流程圖石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文17保存了按鍵碼，再‘或’上 0x0f ，最后取反，則低四位中是 1 的位表示該行有鍵按下，這樣就找到了按下鍵所在的行。低四位中是 1 的位表示該列有鍵按下，這樣就可以找到了按鍵所在的列。按鍵查詢采用程序掃描的方法，首先查詢是否有鍵按下，然后查詢按鍵所在的行列位置，得到相應(yīng)的鍵碼值，最后按鍵的去抖。通過按鍵掃描程序，如果按鍵變量 key 等于 1，說明按下清零鍵。最后 key 置初值 16，退出按鍵判斷程序。如果變量 zhu 等于 0，則主軸正轉(zhuǎn)停止，如果 zhu 等于 1 則主軸正轉(zhuǎn)。每次進(jìn)入設(shè)定時(shí)，變量zhuf 加 1，當(dāng)變量 zhuf 等于 2，變量 zhuf 清 0。如果滿足各個(gè)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并且磨刀進(jìn)給小車的位移不大于設(shè)定的高速進(jìn)給位移時(shí)，則自動(dòng)標(biāo)志變量 aut 置 1。每次進(jìn)入設(shè)定時(shí)，快進(jìn)變量 kjin 加 1，當(dāng)變量 kjin 等于2 時(shí)，變量 kjin 清 0。如果按鍵變量 key 等于 8，說明按下磨刀進(jìn)給小車快退的啟動(dòng)/停止按鍵。如果變量 ktui 等于 1，則磨刀進(jìn)給小車快退，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0。每次進(jìn)入設(shè)定時(shí)，慢進(jìn)變量 mjin 加 1，當(dāng)變量 mjin 等于2 時(shí)，變量 mjin 清 0。如果按鍵變量 key 等于 12，說明按下磨刀進(jìn)給小車慢退的啟動(dòng)停止/按鍵。如果變量 mtui 等于 1，則磨刀進(jìn)給小車慢退。設(shè)定變量 succes 作為設(shè)定成功的標(biāo)志，當(dāng)變量 succes 等于 1 時(shí)，表示設(shè)定成功；等于 0 時(shí)，表示進(jìn)入設(shè)定程序。按鍵設(shè)定流程圖如圖 55 所示。如果在設(shè)定的范圍，即設(shè)定成功，變量 succes 置 1，并且保存設(shè)定的數(shù)值，退出按鍵設(shè)定程序。每次退出手動(dòng)方式時(shí)，設(shè)定標(biāo)志 set 清 0。如果位移不在范圍內(nèi)，則磨刀進(jìn)開 始磨 刀 進(jìn) 給 小 車是 前 進(jìn) 嗎 ?磨 刀 進(jìn) 給 小 車 位 移等 于 高 速 進(jìn) 給 位 移 嗎 ?前 進(jìn) 停 止標(biāo) 志 清 0計(jì) 數(shù) 器 停 止 計(jì) 數(shù)磨 刀 進(jìn) 給 小 車 位 移等 于 相 對(duì) 位 移 嗎 ?后 退 停 止計(jì) 數(shù) 器 停 止 計(jì) 數(shù)標(biāo) 志 清 0YYYYNNNN磨 刀 進(jìn) 給 小 車是 后 退 嗎 ?返 回石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文22給小車停止前進(jìn)，并且定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 停止計(jì)數(shù)，變量 t 清 0，變量 kjin 和變量mjin 清 0，當(dāng)前位移保存到變量 m 中。如果在范圍內(nèi)，則退出自動(dòng)停止程序。如果在各個(gè)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，磨刀進(jìn)給小車的位移不大于高速進(jìn)給的位移時(shí)，按下自動(dòng)按鍵就可以退出手動(dòng)方式，進(jìn)入到自動(dòng)方式。開 始位 移 在 高 速 進(jìn) 給 的 范 圍 嗎 ?進(jìn) 入 高 速 進(jìn) 給位 移 在 低 速 進(jìn) 給 的 范 圍 嗎 ?進(jìn) 入 低 速 進(jìn) 給位 移 在 后 退 的 范 圍 嗎 ?進(jìn) 入 后 退 過 程磨 削 完 成啟 動(dòng) 鍵 按 下 嗎 ?返 回NYY NN YNY石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文24首先判斷進(jìn)給位移是否在高速進(jìn)給的范圍內(nèi)，如果在范圍內(nèi)，則執(zhí)行高速進(jìn)給過程?！⊥獠恐袛嗄K程序中總共有 4 個(gè)外部中斷：外部中斷 0 用于數(shù)值的左移設(shè)定鍵，外部中斷 2用于數(shù)值下調(diào)設(shè)定鍵，外部中斷 1 用于檢測(cè)磨刀進(jìn)給脈沖并且檢測(cè)磨刀進(jìn)給小車的位移，外部中斷 3 用于檢測(cè)主軸圈數(shù)。下調(diào)設(shè)定鍵采用外部中斷 2 的邊沿觸發(fā)的方式，當(dāng)檢測(cè)到下調(diào)設(shè)定鍵的按鍵脈沖時(shí)，變量 xiatiao 加 1，每次中斷讀取數(shù)值后，變量 xiatiao 清 0，因此在中斷處不需要清 0。當(dāng)檢測(cè)到主軸脈沖時(shí)，計(jì)滿預(yù)設(shè)值后進(jìn)入中斷，變量 quanshu 加 1。而 C 語言以其結(jié)構(gòu)化和能產(chǎn)生高效代碼滿足了這樣的需求，成為 C51 系列單片機(jī)的主流設(shè)計(jì)語言 [11]。當(dāng)前較好的 C 語言編譯系統(tǒng)的編譯效率已基本達(dá)到中高級(jí)程序開發(fā)人員的水平，尤其是用于開發(fā)較為復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)更具優(yōu)勢(shì)；（3）完全模塊化。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文28第 6 章　系統(tǒng)仿真　仿真軟件 Proteus Proteus 軟件是由英國 Labcenter Electronic 公司開發(fā)的 EDA 工具軟件，已有 20年的歷史，在全球得到了廣泛的應(yīng)用。ISIS 是智能原理圖輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本平臺(tái)。單片機(jī)系統(tǒng)的仿真是 Proteus VSM 的主要特色。電機(jī)的啟動(dòng)和停止通過綠色的 LED 表示， LED 亮表示電機(jī)啟動(dòng)， LED 滅表示電機(jī)停止。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文29第 7 章　結(jié)論與展望本課題是基于單片機(jī)的磨床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在 Keil μVision 4 軟件開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試，采用 Proteus 軟件進(jìn)行硬件的調(diào)試和仿真。（3）完成了在自動(dòng)加工時(shí)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和停止，從而實(shí)現(xiàn)了管道的自動(dòng)磨削。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)論文30參考文獻(xiàn)[1] , , and . 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