【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 關(guān)系是： Mmq=步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩按下式計(jì)算： 式中：Mkq為空載啟動(dòng)力矩；Mka為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩；Mkf為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；為由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即： MkqMmq=λMjmax計(jì)算Mkq的各項(xiàng)力矩如下：（1）加速力矩 （2）空載摩擦力矩 （3）附加摩擦力矩 （二）啟動(dòng)矩頻特性校核 步進(jìn)電機(jī)有三種工況：?jiǎn)?dòng)，快速進(jìn)給運(yùn)行，工進(jìn)運(yùn)行。 前面提出的，僅僅是指初選惦記后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動(dòng)過程中只要升速時(shí)間足夠長(zhǎng)，啟動(dòng)過程緩慢，空載啟動(dòng)力矩中的加速力矩不會(huì)很大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。（四）進(jìn)給機(jī)構(gòu)支承設(shè)計(jì)滾珠絲杠的支承和支承方式將影響絲杠副的剛度，因此，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求高時(shí)應(yīng)審慎的加以選擇。常見的支承形式有以下幾種：①絲杠一端安裝兩個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為固定支承；螺母相當(dāng)于固定支承。②安裝一個(gè)深溝球軸承或者角接觸球軸承或者圓錐滾子軸承的稱為鉸支承；因此絲杠的支承方式有兩端固定，一端固定，一端鉸支，一端固定、一端自由，兩端鉸支，一端固定、一端鉸支幾種。本次采用的是兩端固定形式支承螺桿的支承方式有以下四種：（1）雙推自由支承：將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端自由特點(diǎn)：適用于短螺桿。（2）雙推支承 將兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承裝在一端，另一端裝一個(gè)或兩個(gè)深溝球軸承。特點(diǎn)：螺桿水平安裝時(shí)，可減少或避免因自重產(chǎn)生的彎曲或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，自由端的晃動(dòng)。適用于長(zhǎng)螺桿。（3）單推單推或雙推單推 兩端各裝一個(gè)方向相反的推力球軸承和一個(gè)深溝球軸承或一端裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承，另一端裝一個(gè)推力球軸承。 特點(diǎn)可預(yù)拉伸螺桿，以減少或消除螺桿水平安裝時(shí)，因自重產(chǎn)生的彎曲，當(dāng)軸承預(yù)緊力大于螺桿載荷的1/3時(shí)，螺桿拉壓剛度可提高4倍，且不會(huì)承受壓力，無(wú)失穩(wěn)現(xiàn)象。（4）雙推雙推 兩端各裝兩個(gè)方向相反的推力球軸承和兩個(gè)深溝球軸承 特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)與單推單推式相同，當(dāng)超過預(yù)計(jì)溫度時(shí)，不會(huì)因螺桿伸長(zhǎng)使軸承產(chǎn)生間隙，缺點(diǎn)是調(diào)整較復(fù)雜。四、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一） 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定,如車床、銑床、:通信接口軟件微機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)機(jī)床開關(guān)量控制電路主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路主軸電動(dòng)機(jī) 控制系統(tǒng)框圖(二)數(shù)控系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)設(shè)計(jì)單片機(jī)通常是指芯片本身，它是由芯片制造商生產(chǎn)的，在它上面集成的是一些作為基本組成部分的運(yùn)算器電路、控制器電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出口電路等。但一個(gè)單片機(jī)芯片并不并能把計(jì)算機(jī)的全部電路都集成到其中，有些元件如復(fù)位電路的石英晶體、電阻、電容等只能以散件的形式出現(xiàn)。此外，在實(shí)際的控制應(yīng)用中，常常需要擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片。通常所說(shuō)的單片機(jī)系統(tǒng)都是為實(shí)現(xiàn)某一控制應(yīng)用需要由用戶設(shè)計(jì)的，是一個(gè)圍繞單片機(jī)芯片而組建的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)處于核心地位，是構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件基礎(chǔ)。(1)MCS51系列單片機(jī)的設(shè)計(jì)MCS51系列單片機(jī)的所有產(chǎn)品都含有8051除程序存貯器外的基本硬件，都是在8051的基本上改變部分資源（程序存貯器、數(shù)據(jù)存貯器、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一些其他特殊部件）。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用的是8031，8031可尋址64KB字節(jié)程序存貯器和64KB字節(jié)數(shù)據(jù)存貯器。內(nèi)部沒有程序存貯器，必須外接EPROM程序存貯器。8031采用40條引腳的雙列直插式封裝（DIP），引腳和功能分為三部分。此部分引腳包括電源引腳Vcc、Vss及時(shí)鐘引腳XTALXTAL2。 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc（40腳）：接+5V電源。Vss（20腳）：接地。時(shí)鐘引腳（119腳）：外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接受振蕩器的信號(hào)，即把信號(hào)直接接至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。它包括RST、ALE、等。此類引腳提供控制信號(hào)，有些引腳具有復(fù)用功能。RST/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（RST）。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為≤，以保證單片機(jī)正常工作。掉電期間，此引腳可接備用電源（VPD），以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定值，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)（（5177。）V）時(shí)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/（30腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問外部存貯器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存16位地址的低8位。即使不訪問外部存貯器，ALE端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中ALE只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。（29腳）：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存貯器指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。/Vpp（31腳）：當(dāng)端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問的是內(nèi)部程序存貯器，但當(dāng)PC值超過某值時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問外部程序存貯器。對(duì)8031來(lái)說(shuō)，因其無(wú)內(nèi)部程序存貯器。所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問外部程序存貯器。輸入/輸出（I/O）口引腳包括P0口、P1口、P2口和P3口。P0口（）：為雙向8為三態(tài)I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入口時(shí)，鎖存器必須置1），可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。P2口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為I/O口使用時(shí)，可直接連接外部I/O設(shè)備。它是與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位使用。P3口（）：為8位準(zhǔn)雙向I/O口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。(2)MCS51單片機(jī)的時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟,XTALXTAL2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端,該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器,大多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式.最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式采用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路,不論是HMOS還是CHMOS型單片機(jī),: 內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路,、C2的取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、C2可在20pF100pF之間選擇,一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30pF,外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47pF,取60pF70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性.在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí),晶體或陶瓷諧振器和電容應(yīng)盡量靠近單片機(jī)XTALXTAL2引腳安裝,以減少寄生電容,應(yīng)采用NPO電容.(3)MCS51單片機(jī)的復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位,使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開始工作.單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的,MCS51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST,當(dāng)振蕩器起振后,該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平,使器件復(fù)位,只要RST保持高電平, ,P0,P1,P2,退出復(fù)位狀態(tài),.,常常需要人工按鈕復(fù)位,如圖 所示: 上電按鈕復(fù)位電路對(duì)于CMOS型單片機(jī)因RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻,RC電路充電,RST引腳端出現(xiàn)正脈沖,只要RST端保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平(因?yàn)檎袷幤鲝钠鹫竦椒€(wěn)定大約要10ms),RC的典型值為C=10μF,R=,干擾信號(hào)易串入復(fù)位端,可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存錯(cuò)誤復(fù)位,這時(shí)可在RST引腳上接一去耦電容.上圖那上電按鈕復(fù)位電路只需將一個(gè)常開按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電復(fù)位電路,按下開關(guān)一定時(shí)間就能使RST引腳端為高電平,從而使單片機(jī)復(fù)位在以8031單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中必須擴(kuò)展程序存貯器，用以存放控制程序。同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的存貯器容量較小，不能滿足實(shí)際需要，還要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存貯器。這種擴(kuò)展就是配置外部存貯器（包括程序存貯器和數(shù)據(jù)存貯器）。另外，在單片機(jī)內(nèi)部雖然設(shè)置了若干并行I/O接口電路，用來(lái)與外圍設(shè)備連接。但當(dāng)外圍設(shè)備較多時(shí)，僅有幾個(gè)內(nèi)部I/O接口是不夠的，因此，單片機(jī)還需要擴(kuò)展輸入輸出接口芯片。（1） 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展MCS—51系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是相互獨(dú)立的。程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB（0000H～0FFFFH），其中8058751片內(nèi)有4kB的ROM或EPROM，8031片內(nèi)不帶ROM。當(dāng)片沒ROM不夠采用8031芯片時(shí)，需擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。用作程序存儲(chǔ)器的器件是EPROM和EEPROM， MCS—51單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路如圖 MCS—51單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路由于MCS—51單片機(jī)的P0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須用地址鎖存器鎖存地址信號(hào)。通常地址鎖存器可使用帶三態(tài)緩沖輸出的74LS373。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí)，鎖存端G可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存。根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)程序存儲(chǔ)器容量要求的不同，常用的擴(kuò)展 芯片包括EPROM2716（2kB8）、2732A（4kB8）、2764A（8kB8）、27128A（16kB8）、27256（32kB8）和27512（64kB8）等。以上6種EPROM均為單一＋5V電源供電，維持電流為35mA～40Ma，工作電流為75 mA～100 mA，讀出時(shí)間最大為250ns，均有雙列直插式封裝形式，A0～A15是地址線，不同的芯片可擴(kuò)展的存儲(chǔ)容量的大小不同，因而提供高8位地址的P2端口線的數(shù)量各不相同，故2716為A0～A10，27152為A0～A15；D0～D7是數(shù)據(jù)線；CE是片選線，低電平有效；OE是數(shù)據(jù)輸出選通線；Vpp是編程電源；Vcc是工作電源；PGM是編程脈沖輸入端。根據(jù)圖 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的原理，以EPROM2764A和鎖存器74LS373為例對(duì)8031單片機(jī)進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展，其連接圖如圖所示。 8031擴(kuò)展2764的連接圖因?yàn)?764A是8kB容量的EPROM，故用到了13根地址線，A0～A12。由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器，所以可將片選端CE直接接地。同時(shí)，8031運(yùn)行所需程序指令來(lái)自2764A，要把其EA端接地，否則，8031將不會(huì)運(yùn)行。電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM是近年來(lái)推出的新產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行在線修改，并在斷電的情況下保持結(jié)果。因此，自從EEPROM問世以來(lái)，在智能化儀器儀表、控制裝置、開發(fā)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。（2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展8031單片機(jī)內(nèi)部有128字節(jié)RAM存儲(chǔ)器。CPU對(duì)內(nèi)部的RAM具有豐富的操作指令。但是在用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在這種情況下，可MCS—51的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。圖 是單片機(jī)擴(kuò)展外部RAM的電路原理圖。 單片機(jī)擴(kuò)展外部RAM的電路原理圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只使用WR、RD控制線而不用PSEN。正因?yàn)槿绱?，?shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器地址可完全重疊，均為0000H—FFFFH，但數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與I/O口及外圍設(shè)備是統(tǒng)一編址的，即任何擴(kuò)展的I/O口以及外圍設(shè)備均占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。圖 中，P0口為RAM的復(fù)用地址/數(shù)據(jù)線，P2口用于對(duì)RAM進(jìn)行頁(yè)面尋址（根據(jù)其容量不同，所占用的P2端口不同），在對(duì)外部RAM讀/寫期間，CPU產(chǎn)生RD/WR信號(hào)。在80314單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，靜態(tài)RAM是最常用的，由于這種存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)無(wú)須考慮刷新問題，因而它與微處理器的接口很簡(jiǎn)單。最常用的靜態(tài)RAM芯片有6116（2kB8）和6264（8kB8）。單一＋5V供電，額定功耗分別為160mW和200mV，典型存取時(shí)間均為200ns，均有雙列直插式封裝，管腳分別為24和28線。 8031擴(kuò)展6264的連接圖圖為6264與8031的硬件連接圖。從 圖中可以知道：，第二片選線CS2接高電平，保持一直有效狀態(tài)，因6264是8kB容量的RAM，鼓用到了13根地址線。8031在訪問6264期間，可以用以下指令：movx @dptr, a。A中內(nèi)容傳至外部RAM或者 movx a, @dptr。 外部RAM內(nèi)容讀至A中對(duì)于圖（未畫）所顯示的線路，6264的地址范圍為6000H—7FFFH，共8 kB。I/O口的擴(kuò)展在MCS51應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)本身提供給用戶使用的輸入、輸出口線并不多，只有P1口和部分P3口線。因此，在大部分單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都不可避免的要在單片機(jī)外部擴(kuò)展I/O端口。由