【文章內(nèi)容簡介】 與負載力所做的功有如下的關系：式中為電機轉角，Ｓ為移動部件的相應位移，為機械傳動的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以：式中：為移動部件負載（N），G為移動部件質量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負載力（N），為導軌摩擦系數(shù)，為步進電機的步距角（rad）,T為電機軸負載力矩（）。取=（淬火鋼滾珠導軌的摩擦系數(shù)），＝，==?？紤]到重力影響，Ｙ向電機負載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有：考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉矩：，則： 對于工作方式為三相６拍的步進電機： (２） 步進電機的最高工作頻率為使電機不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率,同時電機最大靜轉矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001型三相反應式步進電機.電機有關參數(shù)如下:型號主要技術參數(shù)相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉矩()空載啟動頻率空載運行頻率分配方式90BF0014807200080004相8拍外形尺寸(mm)重量kg轉子轉動慣量外直徑長度軸直徑9014591764第六章 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計第一節(jié) 設計內(nèi)容，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結構框圖；；；／Ｏ接口電路，檢測電路，轉換電路以及驅動電路等；；，圖中要標明各器件的型號，管腳號及參數(shù)；。第二節(jié) 設計步驟。數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成：1． 主控制器。即中央處理單元CPU2． 總線。包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線。3． 存儲器。包括只讀可編程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。4． 接口。即I/O輸入輸出接口。數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示：中央處理單元CPU存儲器RAMROM外設：鍵盤，顯示器，打印機，磁盤機，通訊接口等輸入/輸出I/O接口信號變換控制對象ＭＣＳ－５１系列單片機是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構成一個完整的微機控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設計選用８０３１芯片作為主控芯片。(１）程序存儲器的擴展單片機應用系統(tǒng)中擴展用的程序存儲器芯片大多采用ＥＰＲＯＭ芯片。其型號有：2716，2732，2764，27128，27258，其容量分別為２k,4k,8k,16k32k。在選擇芯片時要考慮ＣＰＵ與ＥＰＲＯＭ時序的匹配。８０３１所能讀取的時間必須大于ＥＰＲＯＭ所要求的讀取時間。此外，還需要考慮最大讀出速度，工作溫度以及存儲器容量等因素。在滿足容量要求時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數(shù)量以簡化系統(tǒng)。綜合以上因素，選擇２７６４芯片作為本次設計的程序存儲器擴展用芯片。單片機規(guī)定Ｐ0口提供８為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低８位的地址信息，一般采用７４ＬＳ３７３芯片作為地址鎖存器，并由ＣＰＵ發(fā)出允許鎖存信號ALE的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。由以上分析，采用２７６４EPROM 芯片的程序存儲器擴展電路框圖如下所示： A12↓ A8 2764A7↓A0 D7↓ D0 ↓ ↓ ALE ↓ 譯碼電路G74LS372擴展2764電路框圖(２）數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于８０３１內(nèi)部ＲＡＭ只有１２８字節(jié)，遠不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器。本次設計選用６２６４芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴展用芯片。其擴展電路如下所示： ↓ ALE ↓ A12↓ A8A7↓ 6264A0D7↓D0 ↓ D0譯碼電路G74LS372擴展6264電路框圖(３）譯碼電路在單片機應用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機相連。單片機數(shù)據(jù)總線分時的與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送。故要進行片選控制。由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器采用統(tǒng)一編址，因此單片機的硬件設計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼法。線選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的硬件結構簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權值較大，地址空間沒有充分利用，芯片之間的地址不連續(xù)。對于ＲＡＭ和Ｉ／Ｏ容量較大的應用系統(tǒng)，當芯片所需的片選信號多于可利用的地址線的時候，多采用全地址譯碼法。它將低位地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址線進行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設計采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：（4）存儲器擴展電路設計8031單片機所支持的存儲系統(tǒng)起程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器為獨立編址。該設計選用程序存儲器2764和數(shù)據(jù)存儲器6264組成8031單片機的外存儲器擴展電路，單片機外存儲器擴展電路如下：（5）Ｉ／Ｏ擴展電路設計(a).通用可編程接口芯片８１５５８０３１單片機共有４個８位并行Ｉ／Ｏ接口，但供用戶使用的只有Ｐ1口及部分Ｐ3 口線。因此要進行Ｉ／Ｏ口的擴展。８１５５與微機接口較簡單，是微機系統(tǒng)廣泛使用的接口芯片。8155Y與8031的連接方式如下圖所示(b).鍵盤，顯示器接口電路鍵盤，顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都采用行列式鍵盤，即用Ｉ／Ｏ口線組成行，列結構，按鍵設置在行列的交點上。數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有ＬＥＤ和ＬＣＤ。下圖所示為采用８１５５接口管理的鍵盤，顯示器電路。它有４Ｘ８鍵和６位ＬＥＤ顯示器組成。為了簡化秒電路，鍵盤的列線及ＬＥＤ顯示器的字位控制共用一個口，即共用８１５５的PＡ口進行控制，鍵盤的行線由８１５５Ｃ口擔任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔任。鍵盤顯示器接口電路如下所示：4．步進電機驅動電路設計(1）脈沖分配器步進電機的控制方式由脈沖分配器實現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各相繞組，實現(xiàn)電機正反轉。數(shù)控系統(tǒng)中通常使用集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。本設計采用集成脈沖分配器YB013。采用YB013硬件環(huán)行分配器的步進電機接口線路圖如下：（2）光電隔離電路在步進電機驅動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進電機的勵磁繞組。如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。光電耦合器接線圖如下：（3）功率放大器脈沖分配器的輸出功率很小，遠不能滿足步進電機的需要，必須將其輸出信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅動步進電機正常運轉。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進電機容量選擇功率放大器。本設計選用功率放大器。5．其它輔助電路設計（１）８０３１的時鐘電路　　　單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式?！　　?nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時元件，如下圖所示?！保仓g任意選擇，耦合電容在５～３０pF之間，對時鐘有微調(diào)作用。采用外部時鐘方式時，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時鐘源。8031XTAL1XTAL2時鐘電路（２）復位電路　　　單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘工作后，只要在ＲＥＳＥＴ引腳上出現(xiàn)１０ms以上的高電平，單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復位，之后ＣＰＵ便從００００Ｈ單元開始執(zhí)行程序。在實際運用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復位電平與８０３１復位要求一致時，可以直接相連。當晶振頻率選用６ＭＨz時，復位電路中Ｃ?。玻玻疲胰。玻埃埃。保埃埃啊嵱脧臀浑娐穲D如下所示：（３）越界報警電路　　　為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關。利用光電耦合電路，將行程開關接至發(fā)光二極管的陰極，光敏三極管的輸出接至８０３１的Ｉ／。當任何一個行程開關被壓下的時候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導通，由低電平變成高電平。８０３１可利用軟件設計成查詢的方法隨時檢查有無越界信號。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接至８０３１的外部中斷引腳（ＩＮＴ０或ＩＮＴ１），采用中斷方式檢查越界信號。越界報警電路如下圖所示