【導讀】答辯小組不應少于3人。、工作站自行復制。代化”的歷史發(fā)展階段，從而給國民經濟的結構帶來了巨大的變化。數(shù)控裝置，大多采用MCS-51系列單片機。本系統(tǒng)是一個典型的經濟型數(shù)控裝置。系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)控機床的位置控制。使用變頻調速系統(tǒng)控制主軸電機的運行。領域應用地越來越多。數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)。我國是一個機床大國，數(shù)控技術和產業(yè)經過40多年的。有四百多萬臺普通機床。到目前為止，已有很多廠家生產經

　　

【正文】 為 40 引腳雙列直插式封裝芯片，其引腳見圖 所示。 38 PC3 PC4 TIMERIN RESET PC5 TIMEROUT IO/M CE RD WR ALE AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 GND VCC PC2 PC1 PC0 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 1 40 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 33 9 32 10 8155 31 11 30 12 29 13 28 14 27 15 26 16 25 17 24 18 23 19 22 20 21 8155 接口芯片引腳 8155 芯片內含 256 個字節(jié)的靜態(tài) RAM，兩個 8 位并行口 PA 和 PB，一個 6 位并行口 PC， 工作方式可由程序設置。另外還有一個 14 位的計數(shù)器，可以對輸入脈沖進行減法記數(shù)。引腳 TIMIN 位定時計數(shù)器時鐘輸入端，由外部輸入時鐘脈沖； TIMOUT 為定時器輸出端。定時器啟動時后，能對輸入端的脈沖進行記數(shù)，當減法計數(shù)器減至零時，在 TIMOUT端輸出一個脈沖信號。 CE 是片選信號線（輸入），當 CE 為低電平時，表示此芯片被選中，允許它與 CPU 通信； IO/M 是 I/O 口及存儲器選擇線（輸入） ，當 CE 為低電平且 IO/M 為低電平時，選擇片內 RAM；當 CE 為低電平且 IO/M 為高電平時，選擇 I/O 口； ALE 是地址鎖存信號線（輸入）當ALE 信號有效時把 CPU 輸出至 8155 的地址信號 、片選信號 CE 及 IO/M 信號都鎖存到內部鎖存器。 D0～ D7 是地址、數(shù)據(jù) 線，因為芯片內含有地址鎖存器，因此，既能傳遞地址信息，又能傳送數(shù)據(jù)信息。 39 8155 與 8031 的接口。 8155 與單片機的接口如圖 所示 P 0 . 0 ～ P 0 . 7 R E S E T P 2 .0 P 2 .7 A L E R D W R A D 0 ～ A D 7 R E S E T IO/M CE ALE RD WR T I M E R O U T T I M E I N 8031 8155 24 分頻輸出 P C 口 P B 口 PA 口 輸入脈沖 圖 8155 與 8031 的接口。 由上圖可以看出，由于 8155 內部有地址鎖存器并且有 ALE 引腳，因此它和 MCS51 系列單片機的接口很簡單，只要將 8155 的輸入控制端與8031單片機各同名端相連，將 AD7～ AD0與 8031的 ～ 接， CE 、IO/M 可分別與 、 相連，如圖 所示，此時 8155 地址可分配如下： 內部 256 字節(jié) ROM 的地址： 7E00H～ 7EFFH； 命令 /狀態(tài)口地址 : 7F00H； PA 口地址 : 7F01H； PB 口地址 : 7F02H； PC 口地址 : 7F03H； 40 定時低 8 位寄存器地址 : 7F04H； 定時器高 6 位及 2 位定時輸出方式寄存器地址 : 7F05H。 鍵盤 /顯示接口電路的設計 為了使操作人員 能夠隨時掌握 X 軸 Y 軸的位置變換情況，系統(tǒng)設計了 6 位 LED 顯示器。采用 CS5137T 共陰極數(shù)碼管。如下圖 所示。 41 圖 鍵盤/顯示接口電路的設計 42 圖中， DS0～ DS2 為 X 軸的位置顯示，最大顯示 999 的數(shù)值； DS3～DS5 為 Y 軸的位置顯示 ,最大顯示 999?？偣灿袃煞N顯示方式：分別為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。根據(jù)系統(tǒng)的要求，這里我們采用動態(tài)顯示方式。 8155的 PA0～ PA7 作為段選線， PC0～ PC5 為六條位選線。 由圖可知，我們設計了一個鍵盤，因為系統(tǒng) X 軸， Y 軸的給定值的輸入只能通過鍵盤來完成。設計中 考慮到所用的鍵比較多，所以系統(tǒng)采用了非編碼鍵盤的形式。鍵盤排成 8 行 6 列矩陣，共 48 個鍵。 PB0～ PB7是 8 根行線， PC0～ PC5 是 8 根列線，在列線與行線的交叉點上安裝按鍵。由圖可以看出 8155 的 PC 口既充當了鍵盤掃描的 8 根列線，又充當了顯示電路的六條位選線。 PB口的 8 根列線按一定時間間隔輪流輸出低電平。當掃描到某一列線上時，若無鍵按下，則行線都是高電平；若有一鍵按下時，交叉點上對應的行線變?yōu)榈碗娖?。這個低電平信號被計算機捕獲后，根據(jù)此鍵對應的行線和列線的位置，計算機可以判斷出鍵值，完成一次鍵輸入掃描工作。 顯示相應的 X、 Y 軸的坐標值。 電源模塊的設計 在電子設計與制作中，直流電源的設計是很重要的內容。在本系統(tǒng)中，所需的電源主要有給集成芯片供電的 +5V 電壓和給集成運放供電的177。 12V 電壓，以及驅動步進電機的 80V 高壓電源， 43 +12V、 12V、 +5V 電源的設計 電源在進行電源設計時功率交流輸入端加一級電源濾波器，以降低工頻頻率的干擾，本方案的直流穩(wěn)壓電源采用通用的橋式全波整流大電容濾波和三端固定輸出的集成穩(wěn)壓器，輸出電路由 +12V 穩(wěn)壓供給從而大大降低了電壓調整率和負載調整率等指標，為了保證 電路的有效性和可靠性。 所有的集成穩(wěn)壓器根據(jù)功耗均安裝有充足余量的散熱片。其中正電源輸出的穩(wěn)壓選用 W7800 系列的三端穩(wěn)壓器，負電壓輸出的穩(wěn)壓選用W7900系列的三端穩(wěn)壓器，其電路圖如圖 所示。 220V ～ V in V out 7805 GND GND 7915 V in V out V in V out 7815 GND + 5V GND + 12 V GND 12V 3300 μ f 0. 01 μ f + + + + + + 3300 μ f 3300 μ f 0. 01 μ f 0. 01 μ f 0. 01 μ f 0. 01 μ f 0. 01 μ f 47 μ f 47 μ f 47 μ f 圖 電源電路 44 +80V 電源的設計 為步進電機的高壓驅動能正常的工作 , 系統(tǒng)設計了一個 +80V 的直流穩(wěn)壓電源， 提供高壓電源供電，設計中， 我們選用各方性能都比較好的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的設計思想來實現(xiàn)。電源電路如圖所示。 所示。 串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源 由圖可知，它主要由四部分組成，即：調整部分、放大部分、基準電壓部分和采樣部分四部分組成。利用電壓串聯(lián)負反饋，穩(wěn)定輸出電壓，其穩(wěn)定過程為： 調整 要使得 U0=80V，則， U0=80V，而 U0≈ UZ/F 所以我們必須得確定 取樣 UF 放大 U0 控制 UCE U0 U0 45 UZ 和 F 這兩個參數(shù)才能確定 U0 的值。 （ 1） UZ 的確定： UZ 是穩(wěn)壓管兩端的電壓，我們可以根據(jù)對穩(wěn)壓管的選型來確定穩(wěn)壓管兩段端的電壓，由于要求是 80V 的電壓，所以這里我們選擇穩(wěn)壓管的型號為 IN6023（最大耗散功率 、最大工作電流 ）它可以穩(wěn)定 91V 的電壓，再根據(jù)對取樣比的調節(jié)，我們就可以得到穩(wěn)定的 +80V 電壓。 （ 2）取樣比 F 的確定：由于取樣比是由取樣電阻 R1 和 R2 決定的。所以要確定 F 就得確定 R1和 R2。 所以只要滿足 F= 就可得到我們 的要求。 系統(tǒng)的改進 本課題設計的是一個半閉環(huán)的進給系統(tǒng) .它不是直接檢測工作臺的位移量 ,而是采用轉角的位移檢測元件 ,如光電編碼器 ,測出伺服電動機或絲杠的轉角 ,推算出工作臺的實際位移量 ,反饋到計算機中進行位置的比較 ,用比較的差值進行控制 .由于反饋環(huán)節(jié)內沒有包括工作臺 ,所以 ,為半閉環(huán)控制。半閉環(huán)雖然較開環(huán)控制，其控制精度高，但較閉環(huán)系統(tǒng)控制精度較差，所以本系統(tǒng)有待于改進成為反饋環(huán)節(jié)內包括工作臺的閉環(huán)控制系統(tǒng)。使系統(tǒng)的加工精度更進一步的提高。 46 第 4 章 系統(tǒng)軟件的設計 對于本系統(tǒng)，它主要包括主程序、鍵盤 子程序、顯示子程序，中斷子程序、 PID 控制算法子程序和 D/A 轉換子程序。轉速檢測子程序流程圖 主程序流程圖 主程序流程圖如圖 所示 開 始 初始化 調用鍵盤掃描子程序 調用顯示子程序 采樣周期到否？ 調用 D / A 子程序 清標志位 計算偏差 e ( k ) 調用 P I D 子程序 調用步進電機控制子程序 清 D / A 標志位 N Y 47 圖 主程序流程圖 鍵盤子程序流程圖 鍵盤子程序流程圖如圖 所示。 入口 調判鍵按下子程序 返回 鍵號 A 計算閉合鍵號 調消抖延時子程序 有鍵閉合否？ 有鍵閉合否？ N Y N Y 圖 鍵盤子程序流程圖 顯示子程序流程圖 設片內 ROM 的 30H～ 35H 單元為顯示緩沖區(qū)，依次（從低位到高 48 位）存放六個要顯示的數(shù)據(jù)（以分離的 BCD 碼形式存放） 。運行中，將要顯示的數(shù)據(jù)經軟件譯碼形成段選碼后，通過 P0 口輸出給 8155 的 PA口；將要顯示的數(shù)的位置（位選碼），也通過 P0 口輸出給 8155 的 PB口，這樣被選中的位就被電亮。各顯示位的點亮時間間隔為 1ms。顯示子程序流程圖如圖 所示。 49 入 口 動態(tài)顯示 8155 初始化 顯示緩沖區(qū)首址送 R0 8155 口地址送 D P T R 顯示啟始位送 R2 取顯示數(shù)據(jù) 查表求段碼 延時 1m s 段碼送 8155 的 PA 口 位碼送 8155 的 PC 口 修正位碼 修正顯示緩沖指針 六位數(shù)顯 示完否 返 回 N Y 圖 顯示子程序流程圖 50 中斷子程序流程圖 當有鍵盤操作時通過 INT0 引發(fā) AT89C51 的外部中斷 0 的中斷服務程序，中斷采樣定時由定時器 0 的操作完成，定時器 0 的益出時間受采樣周期的控制。由 T0 溢出引發(fā)的中 斷服務程序用于設置定時標志，程序流程圖如圖 所示 。 保護現(xiàn)場 賦 20m s 定時初值 04H = 1? V b = 0? V a= 0? Vb 重新賦值 置 04H 標志位 恢復現(xiàn)場 返回 Vb － 1 輸出 輸出 Va － 1 Va 重新賦值 清 04H 標志位 Y N N N Y Y 圖 中斷子程序流程圖 51 PID 控制算法子程序 PID 控制算法子程序流程圖如圖 所示。 u( k ) u( k 1) u( k ) u ( k 1) u( k ) e ( k ) 輸出 u( k ) N N Y 入口 取 e ( k ) 取 α 0 *e ( k ) 取 α 1 *e ( k 1) u( k 1 ) u ( k ) e ( k 1 ) e ( k ) 返 回 e ( k ) 是否大于 ε e ( k ) 0? Y 圖 PID 控制算法子程序流程圖 52 轉速檢測子程序流程圖 轉速檢測子程序流程圖如圖 所示。 圖 轉速檢測子程序流程圖INT1 中斷 讀