【文章內(nèi)容簡介】 與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系：式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以：式中：為移動部件負(fù)載（N），G為移動部件質(zhì)量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負(fù)載力（N），為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，為步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad）,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（）。取=（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），＝，==?？紤]到重力影響，Ｙ向電機(jī)負(fù)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(zhuǎn)矩：，則： 對于工作方式為三相６拍的步進(jìn)電機(jī)： (２） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率為使電機(jī)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(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī).電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下:型號主要技術(shù)參數(shù)相數(shù)步距角電壓(V)相電流(A)最大靜轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(shè)計第一節(jié) 設(shè)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(jié)構(gòu)框圖；；；／Ｏ接口電路，檢測電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等；；，圖中要標(biāo)明各器件的型號，管腳號及參數(shù)；。第二節(jié) 設(shè)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(jī)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(shè)：鍵盤，顯示器，打印機(jī)，磁盤機(jī)，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(jī)是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計選用８０３１芯片作為主控芯片。(１）程序存儲器的擴(kuò)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)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(shè)計的程序存儲器擴(kuò)展用芯片。單片機(jī)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(kuò)展電路框圖如下所示： A12↓ A8 2764A7↓A0 D7↓ D0 ↓ ↓ ALE ↓ 譯碼電路G74LS372擴(kuò)展2764電路框圖(２）數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展由于８０３１內(nèi)部ＲＡＭ只有１２８字節(jié)，遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲器。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展電路一般采用6116,6262靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲器。本次設(shè)計選用６２６４芯片作為數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展用芯片。其擴(kuò)展電路如下所示： ↓ ALE ↓ A12↓ A8A7↓ 6264A0D7↓D0 ↓ D0譯碼電路G74LS372擴(kuò)展6264電路框圖(３）譯碼電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有外圍芯片都通過總線與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時的與各個外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)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(jī)的硬件設(shè)計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)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(jié)構(gòu)簡單，但它所用片選線都是高位地址線，它們的權(quán)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(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)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(jìn)行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線用作片選線。本設(shè)計采用全地址譯碼法的電路分別如下圖所示：（4）存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計8031單片機(jī)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(shè)計選用程序存儲器2764和數(shù)據(jù)存儲器6264組成8031單片機(jī)的外存儲器擴(kuò)展電路，單片機(jī)外存儲器擴(kuò)展電路如下：（5）Ｉ／Ｏ擴(kuò)展電路設(shè)計(a).通用可編程接口芯片８１５５８０３１單片機(jī)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(jìn)行Ｉ／Ｏ口的擴(kuò)展。８１５５與微機(jī)接口較簡單，是微機(jī)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(jī)交互的外部設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機(jī)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(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)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(jìn)行控制，鍵盤的行線由８１５５Ｃ口擔(dān)任，顯示器的字形控制由8155的PB口擔(dān)任。鍵盤顯示器接口電路如下所示：4．步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(1）脈沖分配器步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)的各相繞組，實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。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(shè)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(jìn)電機(jī)接口線路圖如下：（2）光電隔離電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)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(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)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(qū)動步進(jìn)電機(jī)正常運轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。本設(shè)計選用功率放大器。5．其它輔助電路設(shè)計（１）８０３１的時鐘電路　　　單片機(jī)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。～１２之間任意選擇，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(fù)位電路　　　單片機(jī)的復(fù)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(jī)就實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)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(fù)位電平與８０３１復(fù)位要求一致時，可以直接相連。當(dāng)晶振頻率選用６ＭＨz時，復(fù)位電路中Ｃ?。玻玻?，Ｒ?。玻埃?，取１０００。實用復(fù)位電路圖如下所示：（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(guān)。利用光電耦合電路，將行程開關(guān)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(dāng)任何一個行程開關(guān)被壓下的時候，發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通，由低電平變成高電平。８０３１可利用軟件設(shè)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