【正文】 設(shè)計(jì)中采用了 半閉環(huán)的控制對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行控制，其中要對(duì)反饋的信號(hào)進(jìn)行一定得判斷與計(jì)算，而且要擴(kuò)展出外接的鍵盤與顯示等。因此 AT89C51 本身的資源無(wú)法滿足需要 , 因此要對(duì)存儲(chǔ)器及 I/O 口進(jìn)行擴(kuò)展。 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 存儲(chǔ)器配置的任務(wù)是確定片外存儲(chǔ)器的類型和容量，選定存儲(chǔ)器型號(hào)，設(shè)計(jì)擴(kuò)展電路。對(duì)于 ROM 和 RAM，需分別確定容量。選擇存儲(chǔ)器芯片的型號(hào)時(shí)，應(yīng) 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 28 選擇常用型號(hào)，盡量減小芯片的數(shù)量。 由于本系統(tǒng)要進(jìn)行一定量的數(shù)據(jù)對(duì)比，其中有數(shù)組 數(shù)據(jù) 結(jié)果，數(shù)組占用較大的空間，所以擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264RAM， 8K 字節(jié)的空 間 。 單片機(jī)規(guī)定 P0 口提供 8為位地址線，同時(shí)又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時(shí)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(lái)保存，以便為外接存儲(chǔ)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(hào) ALE 的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。 采用 6264 芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如下 圖（ ） 所示 ： 圖 擴(kuò)展 6264 電路圖 考慮到給控制軟件的調(diào)整留有余地及系統(tǒng)的擴(kuò)展需要等原因，擴(kuò)展 8K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)空間，選擇 2764ROM 芯片。 采用 2764 芯片的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路框圖如下 圖（ ） 所示 ： 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 圖 擴(kuò)展 2764 電路框圖 Ｉ／Ｏ 擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 1） 通用可編程接口芯片 8255 選用 8255A 并行接口芯片 ， 由于 8255A 提供三個(gè) 8 位口，所以很方便的進(jìn)行輸入輸出的擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn) 64 個(gè)鍵的鍵盤和 8 位的 LED 數(shù)碼顯示的擴(kuò)展。8255A 芯片的讀寫(xiě)信號(hào) RD 、 WR ，復(fù)位信號(hào) RESET，數(shù)據(jù)總線 D0~ D7 均與 CPU 相應(yīng)的管腳直接相連。片選信號(hào) CS 與高位地址 連接和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。 另外由于考慮停機(jī)時(shí)中斷的需要， 由 PC 端引出鍵盤的行掃描線通過(guò)“與”門接到單片機(jī)的外部中斷信號(hào)輸入端。 2） 鍵盤與顯示接口電路的設(shè)計(jì) 由于本次選用了步進(jìn)電機(jī)的并行控制，因此應(yīng)在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行之前 輸入步進(jìn)電機(jī)勻速的運(yùn)行速度和運(yùn)行的總步數(shù) 等 ，所以要進(jìn) 行按鍵輸入數(shù)值以傳入?yún)?shù)。 根據(jù)上面對(duì)鍵盤要求的分析，考慮到本系統(tǒng)還要求有顯示功能，所以選用 8255A 并行接口芯片作為鍵盤與顯示接口。 下圖（ ）為 8255A 芯片與單片機(jī)的接口 連線圖： 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 圖 8255A 芯片與單片機(jī)的接口連線圖 輔助電路的設(shè)計(jì) AT89C51的時(shí)鐘電路 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器， XTAL1 和 XTAL2 分別是它的輸入和輸出端，在這兩段之間接入晶體振蕩器，即可構(gòu)成一個(gè)高穩(wěn)定度的振 蕩器作為單片機(jī)的時(shí)鐘。 單片機(jī)的工作必須按照一定時(shí)序進(jìn)行，時(shí)鐘電路 就是用來(lái)給單片機(jī)提供所需時(shí)間的同步信號(hào)。 如下圖 （ ） 所示 ： 圖 AT89C51 的時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘工作后，只要在 RESET 引腳上 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 出現(xiàn)１０ ms 以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，之后 cpu 便從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在實(shí)際運(yùn)用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與 AT89C51 復(fù)位要求一致時(shí)，可以直接相連。 此次中是 AT89C51 與 8255A 的復(fù)位一起連接。 計(jì)數(shù)電路 因?yàn)榇?次設(shè)計(jì)為一維工作臺(tái)，需輸出兩路脈沖信號(hào) （ X 正反方向） ，由于經(jīng)過(guò)光電編碼器以及四倍頻電路后，信 號(hào)輸出為正反兩路脈沖，單片機(jī)的選擇選用了AT89C51，它的 內(nèi) 部 包括了 2 個(gè)計(jì)數(shù)器，因此將輸出的信號(hào)直接連接到 芯片AT98C51 上的 以及 ， 對(duì)步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，處理后 通過(guò) 主 芯片 接口與 8255 相連接， 將步數(shù)在顯示器上顯示輸出以供查詢 。 步進(jìn)電機(jī)脈沖的分配 步進(jìn)電機(jī)的 速度控制是通過(guò)改變脈沖的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 由于本次設(shè)計(jì)采用的是并行控制 ，因此 是靠 軟件分配法來(lái)進(jìn)行脈沖的分配，即利用查表或計(jì)算的方法來(lái)進(jìn)行脈沖的環(huán)行分配 。 硬件系統(tǒng)的合成及其原理圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線為 D0～ D7，地址總線低 8 位由數(shù)據(jù)線經(jīng) 74LS373 鎖存器提供，高 5 位地址由 P2 口提供。 選通外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 和 8255A 芯片， 2764 芯片片選接地。對(duì)輸出部分的控制信號(hào)由 ~ 口產(chǎn)生。 AT89C51 的四個(gè)并行口功能分配如下： P0 口：外接程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地 址低位字節(jié)，并分時(shí)對(duì)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀、寫(xiě)操作，對(duì)擴(kuò)展的外設(shè)進(jìn)行讀、寫(xiě)。 、 分別接 8255A的 A0、 A1，以用來(lái)選定 8255A 的 PA、 PB、 PC 及控制口。 P1 口： 、 、 作為控制輸出口，外接驅(qū)動(dòng)器。 P2 口： ～ 是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的部分高位地址線； 用來(lái)選通外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 6264 和 8255A 接口芯片。 在各個(gè)電路的設(shè)計(jì)完成之后，就可以進(jìn)行硬件合成，就是將各單元的電路按照總 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 體設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)框圖組合在一起，形成一個(gè) 完整的硬件系統(tǒng)原理圖。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 結(jié) 論 在本設(shè)計(jì)中 通過(guò) 采用 單片機(jī)對(duì) 步進(jìn)電機(jī) 的控制，進(jìn)而達(dá)到對(duì) 工作臺(tái)的水平移動(dòng)的控制 ， 并且 因 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等優(yōu)缺點(diǎn)，以及減少工作臺(tái)等部件折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，決定采用了一級(jí)減速器，和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)控制 ， 使工作系統(tǒng)的精度得到有效地提高。 本此畢業(yè)設(shè)計(jì)按照預(yù)定的計(jì)劃完成了以下工作： 1．根據(jù)一維工作臺(tái)機(jī)械部分的相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇適合的減速器以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。并根據(jù)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)來(lái)選擇適合的驅(qū)動(dòng)電源以及檢測(cè)裝置光電編碼器。 2．根據(jù)系統(tǒng)的 總體要求進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。以 AT89C51 單片機(jī)為核心，擴(kuò)展外圍部件構(gòu)成了單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)。分別進(jìn)行了鍵盤輸入、 LED顯示等 的設(shè)計(jì)。 3．用 光電編碼器、單片機(jī)、 設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)的檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和步數(shù)，并在 LED 顯示器上顯示出來(lái)。 在此次設(shè)計(jì)中， 我們兼顧經(jīng)濟(jì)性，考 慮滿足精度的要求，因此對(duì)于設(shè)備及元件的選擇都要求具有高精度， 設(shè)計(jì)的成本較高。 但是也由于自身的知識(shí)有限以及時(shí)間倉(cāng)促，所以在有關(guān)硬件設(shè)計(jì)上存在一定得缺陷，包括對(duì)輔助電路的設(shè)計(jì)，以及硬件原理圖上都有一定的不足。 綜上所 述 ，雖然設(shè)計(jì)中存在一些缺點(diǎn)，但是這些都不會(huì)影響控制的精度，并且都可以達(dá) 到設(shè)計(jì)任務(wù)中的要求，所以上述設(shè)計(jì)是滿足設(shè)計(jì)要求的，完全可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)控制 。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 致 謝 《 畢業(yè)設(shè)計(jì)》是 我在西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院里的 最后一門課程。通過(guò) 這次 畢業(yè)設(shè)計(jì)， 我學(xué)會(huì)了如何查閱現(xiàn)有的技術(shù)資料、如何舉一反三、如何通過(guò)改進(jìn)并加入自己的想法與觀點(diǎn)，使之成為自己的東西。并且 結(jié)合生產(chǎn)知 識(shí)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際以及分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的才能，并使大學(xué)四 年所學(xué)的知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展。 在本論文的寫(xiě)作過(guò)程中，我的導(dǎo)師劉篤喜老師傾注 了大量的心血，從選 題到開(kāi)題報(bào)告，從寫(xiě)作提綱，到一遍又一遍地指出設(shè)計(jì) 中的具體問(wèn)題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。其次我要感謝這四年里給我授課的所有老師，感謝你們傳給我知識(shí)，讓我的大學(xué)生活如此豐富多彩。在此 向各位 老師 表示誠(chéng)摯的敬意和 感謝。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 參考文獻(xiàn) [1] 尹志強(qiáng) .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) .合肥工業(yè)大學(xué)， 2020 [2] 李廣弟 ,朱月秀，王秀山 .單片機(jī)基礎(chǔ) .北京航空航天大學(xué)出版社 ， 2020 [3] 房小翠 .單片微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電接口技術(shù) .國(guó)防工業(yè)出版社 ， 2020 [4] 王小明 . 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制 . 北京航空航天大學(xué)出版社 ， 2020 [5] 李建勇 .機(jī)電一體化技術(shù) .科學(xué)出版社 ， 2020 [6] 王愛(ài)玲，白恩遠(yuǎn)，趙學(xué)良 .現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 .國(guó)防工業(yè)出版社 ,， 2020 [7] 徐灝 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（ 5） .機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020 [8] 張建民 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以及電氣原理的知識(shí)。 還有很 重要的 一點(diǎn) 是讓我體會(huì)到了一個(gè)設(shè)計(jì)者的精神。在設(shè)計(jì)過(guò)程中既要自己不斷思考 、 創(chuàng)造，又要注意借用現(xiàn)有的資料，掌握了查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。 通過(guò)對(duì)通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動(dòng)以及常用的單片機(jī)芯片的了解 ，掌握了一般 機(jī)電 設(shè)計(jì)的程序 和方法，這也有助于我樹(shù)立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的機(jī)械 設(shè)計(jì)能力。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 37 附 錄 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 38 驅(qū)動(dòng)器編碼器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作臺(tái)滾珠絲杠主動(dòng)齒輪從動(dòng)齒輪