【正文】 .............................................................................................................4 課題分析及系統(tǒng)特點分析 .......................................................................................................................................4 系統(tǒng)總體方案的確定 ...............................................................................................................................................4 3 模 塊電路分析與設(shè)計 ............................................................................................................... 5 電源模塊電路分析與設(shè)計 .......................................................................................................................................5 電源模塊電路的分析 .......................................................................................................................................5 電源模塊電路的設(shè)計 .........................................................................................................................................6 控制模塊電路分析與設(shè)計 .................................................................................................................................... 12 控制模塊電路分析 ....................................................................................................................................... 12 部分硬件簡介 ............................................................................................................................................... 12 驅(qū)動模塊分析及其設(shè)計 ....................................................................................................................................... 32 步進電動機的原理 .......................................................................................................................................... 32 步進電機的驅(qū)動 ............................................................................................................................................. 35 4 數(shù)控機床軟件控制 ................................................................................................................. 37 步進電機的運動控制 ............................................................................................................................................ 37 步進電機插補程序設(shè)計 ......................................................................................................................................... 38 總結(jié) ............................................................................................................................................... 44 致謝 ............................................................................................................................................... 45 參考文獻 ....................................................................................................................................... 46 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 1 1 緒論 在工業(yè)控制系統(tǒng)中 , 通常要控制機械部件的平移和轉(zhuǎn)動 , 對位移和角度的控 制要求較高 , 一般電機很難實現(xiàn)對位置和角度的精確控制 , 而步進電機可精確實現(xiàn)所設(shè)定的角度和轉(zhuǎn)數(shù) , 具有良好的步進特性 , 最適合于數(shù)字控制 , 因此它在數(shù)控機床等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。它是一種綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機床設(shè)計等先進技術(shù)的典型機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。 3．?dāng)?shù)徑裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控設(shè)備的核心，它接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進行編譯、運算和邏輯處理，然后將各種信息指令輸出給伺服系統(tǒng)，使設(shè)備各部分進行規(guī)范而有序的動作。 伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要有功率步進電動機、電液脈沖馬達、直流伺服電動機和交流伺服電動機等，其作用是將電控信號的變化轉(zhuǎn)換成電動機輸出鈾的角速度和角位移的變化，從而帶動執(zhí)行部 件作進給運動。對于數(shù)控系統(tǒng)，高速度首先是要求計算機數(shù)控系統(tǒng)在讀入加工指令數(shù)據(jù)后，能高速度處理并計算出伺服電動機的位移量，并要求伺服電動機高速度地作出反應(yīng)。數(shù)控系統(tǒng)還具有自動返回功能 (即斷點保護功 能 )。此數(shù)控機床自身坐標(biāo) x、 y 方向上各采用一個步進電機，以實現(xiàn)該方向的運動。 圖 3－ 1 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源的原理框圖 1．電源變壓器 電網(wǎng)上單相交流電壓的有效值為 220V，而通常需要的直流電壓要比此值低。需要指出的是，此時的電壓值還要受到電網(wǎng)電壓波動以及負載變化的影響，即經(jīng)濾波后輸出的電壓由于各種因素的影響往往是不穩(wěn)定的。 圖 3－ 2 單相橋式整流電路 （ a）單相橋式整流電路； (b)單相橋式整流電路的簡化畫法 單相橋式整流電路的工作情況如下 設(shè)整流變壓器副邊 電壓為： )sin(2 22 tUu ?? 當(dāng) 2u 為正半周時，其極性為上正下負，即 a 點電位高于 b 點電位，二極管 D D3因承愛正向電壓而導(dǎo)通， D D4 因承受反向電壓而截止。因為橋式整流電路中，每兩個二極管串聯(lián)導(dǎo)通半個周期，所以流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負載電流的一半，即： LOD RUII ?? 每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為 2u 的最大值，即： 22 2UUU MDR M ?? （ 3）整流變壓器副邊電壓有效值和電流有效值，其中： 整流變壓器副邊電壓有效值為： OO UUU ?? 整流變壓器副邊電流有效值為： OLL URURUI 222 ??? 由以上計算，可以選擇整流二極管和整流變壓器。 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 9 表 3－ 1 橋式整流電路性能表 類型 整流電路 整流電壓波形 整流電壓平均值 二極管電流平均值 二極管承受的最高反電壓 單相橋式 OI21 22U 2. 濾波 整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動較大，在某些應(yīng)用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動直流電源。當(dāng)輸出端接負載電阻 LR 時，設(shè)電容兩端初始電壓力零，在 t＝ 0 時刻接通電源。由于電感量大時體積也大，在小型電子設(shè)備中很少采用電感濾波方式。在負載電流不大的情況下，為降低成本小體積，減輕重量，選用電阻器 R 來代替電感器 L。 圖 312 集成穩(wěn)壓器 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 12 控制模塊電路分析與設(shè)計 控制模塊電路分析 一 、 二軸數(shù)控機床的控制要求 ① 步進電機選用三四相單極，單相最大驅(qū)動電流為 2A，最大相電壓為 12V，其脈沖當(dāng)量為 ，插補周期不超過 1ms； ② 主要用單片機控制步進電機實現(xiàn)工作臺的 x 向、 y 向運動，直線插補和圓弧插補及實現(xiàn)其它功能，同時可以用鍵盤輸入作為輔助控制； ③ 能適時顯示工作臺的當(dāng)前運動情況； ④ 采用軟硬件進行環(huán)形分配及鍵盤掃描。三級程序存儲器鎖定 GND：接地。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時， 將跳過一個 ALE 脈沖。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 二 、 8155 芯片 8155 芯片內(nèi)包含有 256 字節(jié) RAM， 2 個 8 位、 1 個 6 位的可編程并行 I/O 口，和 1個 14 位定時器 /計數(shù)器。 IO/M： IO 接口與存儲器選擇信號線，高電平選擇 I/O，低電平選擇存儲器。 8155 工作方式控制字只能寫入，不能讀出，格式如圖 316 8155 的狀態(tài)標(biāo)志寄存器用來存放 A 口和 B 口的狀態(tài)標(biāo)志。 當(dāng) 8155 接收到寫入控制端口的控制字時，首先測試控制字的最高位，如為 1，則是方式選擇控制字；如為 0，則不是方式選擇控制字，而是對端口 C 置 1／置 0 控制字，這是由于端口 C 的每一位可作為控制位來使用。 51 單片機的 ALE 信號可以直接與 74LS373 的 C 連接。 其引腳功能如下： D0～ D7：數(shù)據(jù)總線，雙向三態(tài)總線。 IRQ：中斷請求輸出端，高電平有效。在鍵盤工作方式時，它是鍵盤數(shù)據(jù)的最高位，通 常用作控制鍵。當(dāng)數(shù)據(jù)選擇端 A0 置 “1”時， CPU對 8279 寫入的數(shù)據(jù)為命令字，讀出的數(shù)據(jù)為狀態(tài)字。左端送入為依次填入方式，右端送入為移位方式。 CPU 再也不必像實訓(xùn) 7 那樣不斷調(diào)用動態(tài)顯示子程序，不斷查詢是否有按鍵按下，大大提高了 CPU的工作效率。由變換器產(chǎn)生四個輸出信號送給后面的邏輯部分，輸出邏輯提供邏輯禁止和斬波功能所需的相序。 L297 引腳功能： 腳 1（ SYNC）：斬波器輸出端。 加到此引腳的電壓決定繞組電流的峰值 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 23 腳 16（ OSC）：斬波頻率輸入端 腳 17（ CW/CCW）：方向控制端。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示； LED 十六段顯示器用 于字符顯示。 共陰極數(shù)碼管的 8 個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起，通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端，當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點 亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。 3. 動態(tài)顯示 動態(tài)顯示是一位一位地輪流點 亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃