【正文】 的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有下圖兩種方式： REF1ST53N76GD4V8UL0A/u沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 417 AT89S52 的兩種時(shí)鐘電路1．內(nèi)部時(shí)鐘方式 利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2 兩端接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路，如圖 3—2 外接晶振時(shí)，C1 和 C2 的值通常選擇約 30pF 左右；外接陶瓷諧振器時(shí) C1 和 C2 的經(jīng)典值為 47pF。CC2 對(duì)頻率有微調(diào)作用，晶體或陶瓷諧振器的頻率范圍可在 之間選擇。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。2．外部時(shí)鐘方式此時(shí)鐘方式是利用外部振蕩脈沖信號(hào)從 XTAL1 或 XTAL2 引腳接入。CHMOS(互補(bǔ)金屬氧化物 HMOS)是 CMOS 和 HMOS(高密度溝道 MOS 工藝)的結(jié)合，除了保持 HMOS 高速度和高密度之外，還有 CMOS 的功能是完全兼容的，區(qū)別在 CHMOS 器件具有低功耗的特點(diǎn)。它所消耗的電流比 HMOS 器件少很多，主要在于其采用了兩種降低功耗的方式:空閑方式和掉電方式。CHMOS 器件在掉電方式(CPU 停止工作,片內(nèi) RAM 的數(shù)據(jù)繼續(xù)保持)下時(shí),消耗的電流可低于 CHMOS 的器件在編號(hào)中用一個(gè) C 來(lái)加以區(qū)別：如 80C51,80C31 等。外部時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)一個(gè)二分頻的觸發(fā)器而成為內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)，要求高、低電平的持續(xù)時(shí)間都大于 20ns，一般為頻率低于 12Hz 的方波。這種方式適用于多塊芯片同時(shí)工作，便于同步。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器就是上述的二分頻觸發(fā)器，它向芯片提供了一個(gè) 2 節(jié)拍的時(shí)鐘信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中綜合多方面因素的考慮，采用內(nèi)部時(shí)鐘的方式，在 XTAL1 和 XTAL2 之間接 6MHz 的晶體構(gòu)成時(shí)鐘電路 [5]。 串行下載接口電路AT89S52 單片機(jī)支持在線編程下載，為了視系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具有擴(kuò)展性和靈活性，本次設(shè)計(jì)采用了串行下載接口，其電路連接如下圖：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 418 串行下載接口電路 繼電器連接電路本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是典型的由弱電控制強(qiáng)電，在控制部分，只要單片機(jī)發(fā)出指令型號(hào)，通過(guò)設(shè)計(jì)的繼電器電路就可以實(shí)現(xiàn)繼電器吸合控制沖頭動(dòng)作的過(guò)程。二極管，三極管，電阻等器件組成的放大電路來(lái)配合繼電器使用，達(dá)到電流放大，控制繼電器吸合的作用?？刂平涌谠O(shè)為 ,詳細(xì)電路圖如下圖：圖 419 繼電器連接電路圖+vcthomgnsJ沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 傳感器接口電路本次設(shè)計(jì)為了協(xié)調(diào)沖頭與步進(jìn)電機(jī)的互相動(dòng)作，在單片機(jī) 接口預(yù)留了傳感器接口如圖 3－10。檢測(cè)頭在數(shù)控系統(tǒng)的控制中起著關(guān)鍵性的作用, 其原理圖如圖 3－11 所示。檢測(cè)頭的目的就是要檢測(cè)出沖模運(yùn)動(dòng)的上半周期和下半周期的分界點(diǎn), 把這一信號(hào)送給單片機(jī), 進(jìn)而完成進(jìn)給動(dòng)作。檢測(cè)頭采用紅外敏感元件槽隙式光斷續(xù)器制作, 靈敏度高, 沒(méi)有延遲?；顒?dòng)桿是機(jī)床本身的部件, 它與沖床的上沖模作同步運(yùn)動(dòng), 所以檢測(cè)模具的運(yùn)動(dòng)位置可以通過(guò)檢測(cè)活動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)間接獲得。系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用了窄帶擋光板, 擋光板的運(yùn)動(dòng)通過(guò)光斷續(xù)器的槽隙。所以,只要合理確定光斷續(xù)器的位置和擋光板的長(zhǎng)度, 就可以檢測(cè)到?jīng)_模上半周期和下半周期的分界點(diǎn), 在下半周期,擋光板擋住二極管發(fā)出的紅外光, 所以光斷續(xù)器輸出高電平。 在上半周期, 擋當(dāng)光板離開(kāi)光斷續(xù)器的槽隙, 因而光敏三極管輸出低電平。 圖 4－20 傳感器與單片機(jī)接口 圖 4－21 檢測(cè)頭原理圖 步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路1．步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)方案的選用本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)中受控電機(jī)為兩相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 28513YGH450801（電阻 歐，電感 12MH，步進(jìn) 度，重量，最大靜轉(zhuǎn)矩 ，電流 2A） 方案一：使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī) 通過(guò)使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，P2/7VC0infraedtupch沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對(duì)四路信號(hào)分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來(lái)會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。 方案二：當(dāng)對(duì)沖床控制精度要求比較高時(shí)，為了保證數(shù)控系統(tǒng)高速送料，采用雙 CPU 構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)硬件的主模塊，此雙 CPU 結(jié)構(gòu)屬于主從式結(jié)構(gòu)。主CPU 為 8031，從 CPU 為 8751。由于兩個(gè)方向的負(fù)載相差可達(dá)十倍左右，兩方向進(jìn)給送料的頻率差別也在十倍以上，因此必然采用特性不同的兩個(gè)電機(jī)，為充分發(fā)揮其特性，其升、降頻規(guī)律也不同，當(dāng) X、Y 軸同時(shí)送料時(shí)，要實(shí)現(xiàn)這樣的頻率，須采用一個(gè) CPU管理一臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)要保證用戶程序的預(yù)處理不占用電機(jī)運(yùn)行時(shí)間，可靠的方法也是用兩個(gè) CPU 分別處理 X、Y 軸的數(shù)據(jù)。這樣才能保證數(shù)控系統(tǒng)的高速送料。不運(yùn)行用戶程序的情況下，整個(gè)系統(tǒng)由主 CPU 來(lái)管理，主 CPU 負(fù)責(zé)鍵盤(pán)管理、用戶程序輸入、修改、增刪和顯示模塊的通訊。 在工作臺(tái)進(jìn)給送料時(shí)或手動(dòng)調(diào)整時(shí)，主 CPU 控制 X 軸運(yùn)動(dòng)，從 CPU 控制 Y軸運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主 CPU 搜索到 X、Y 軸的運(yùn)行數(shù)據(jù)后，它將 Y 軸數(shù)據(jù)經(jīng) 8255 送給從CPU，主、從 CPU 分別使工作臺(tái)作兩個(gè)方向的進(jìn)給送料運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)調(diào)整有單步、中速、高速調(diào)整。但是此種方法對(duì)電機(jī)工作要求較高，且設(shè)計(jì)起來(lái)難度較大。方案三：使用 L297,L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī) L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)如圖 3－12，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 圖 4－22 L298 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖通過(guò)比較，使用 L298 芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，且價(jià)格不高，故選用 L298 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。而使用 L298 時(shí)，可以用 L297 來(lái)提供時(shí)序信號(hào)，可以節(jié)省單片機(jī) IO 口的使用；也可以直接用單片機(jī)模擬出時(shí)序信號(hào)，由于控制并不復(fù)雜，故選用后者。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的精密執(zhí)行元件, 由于步進(jìn)電機(jī)具有控制方便、體積小等特點(diǎn), 所以在數(shù)控系統(tǒng)、自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)化儀表、繪圖機(jī)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。微電子學(xué)的迅速發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的普及與應(yīng)用, 為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊前景, 使得以往用硬件電路構(gòu)成的龐大復(fù)雜的控制器得以用軟件實(shí)現(xiàn), 既降低了硬件成本又提高了控制的靈活性, 可靠性及多功能性。市場(chǎng)上有很多現(xiàn)成的步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)構(gòu), 但價(jià)格都偏高。應(yīng)用 SGS 公司推出的 L297 和 L298 兩芯片可方便的組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器, 并結(jié)合 AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行控制, 即可以實(shí)現(xiàn)用相對(duì)便宜的價(jià)格組成一個(gè)性能不錯(cuò)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件, 它不能直接接到交直流電源上, 而必須使用專(zhuān)用設(shè)備一步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器。典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng): 控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號(hào), 它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。環(huán)形分配器的主要功能是把來(lái)自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后, 經(jīng)過(guò)功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)輸人端, 以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。環(huán)形分配器主要有兩大類(lèi): 一類(lèi)是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)分器要求的功能, 通常稱(chēng)軟環(huán)形分配器。另一類(lèi)是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器, 通常稱(chēng)為硬環(huán)形分配器。功率放大器主要對(duì)環(huán)形分配器的較小輸出信號(hào)進(jìn)行放大, 以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)目的。文中所控制的步進(jìn)電機(jī)是四相單極式 28513YGH450801 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。本文所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器的框圖如圖 3－13 所示。它由光電耦和器、集成芯片 L297 和 L298 組成。L297 是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器(包括環(huán)形分配器),L298 是雙 H 橋式驅(qū)動(dòng)器。它們所組成的微處理器至雙橋式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的接口如圖 3 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 所示。這種方式結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)是, , 可靠性高和占空間少。并且通過(guò)軟件開(kāi)發(fā), 可以簡(jiǎn)化和減輕微型計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。另外, L297 和 L298 都是獨(dú)立的芯片, 所以應(yīng)用是十分靈活的。L297 芯片是一種硬件環(huán)分集成芯片, 它可產(chǎn)生四相驅(qū)動(dòng)信號(hào), 用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極或四相單極步進(jìn)電機(jī)。它的心臟部分是一組譯碼器它能產(chǎn)生各種所需的相序, 這一部分是由兩種輸入模式控制, 方向控制(CW/CCW) 和HALF/FULL 以及步進(jìn)式時(shí)鐘 CLOCK, 它將譯碼器從一階梯推進(jìn)至另一階梯。譯碼器有四個(gè)輸出點(diǎn)連接到輸出邏輯部分, 提供抑制和斬波功能所需的相序。因此 L297 能產(chǎn)生三種相序信號(hào), 對(duì)應(yīng)于三種不同的工作方式: 即半步方式(HALF STEP)。基本步距(FULL STEP, 整步)一相激勵(lì)方式。 基本步距兩相激勵(lì)方式。脈沖分配器內(nèi)部是一個(gè) 3bit 可逆計(jì)數(shù)器, 加上一些組合邏輯, 產(chǎn)生每周期 8 步格雷碼時(shí)序信號(hào), 這也就是半步工作方式的時(shí)序信號(hào)。此時(shí) HALF/FULL 信號(hào)為高電。若 HALF/FULL 取低電平, 得到基本步距工作方式, 即雙四拍全階梯工作方式。 L297 另一個(gè)重要組成是由兩個(gè) PWM 斬波器來(lái)控制相繞組電流, 實(shí)現(xiàn)恒流斬波控制以獲得良好的矩頻特性。每個(gè)斬波器由一個(gè)比較器、一個(gè) RS 觸發(fā)器和外接采樣電阻組成, 并設(shè)有一個(gè)公用振蕩器, 向兩個(gè)斬波器提供觸發(fā)脈沖信號(hào)。圖 3 中, 頻率 f 是由外接 16 腳的 RC 網(wǎng)絡(luò)決定的, 當(dāng) R10kΩ 時(shí), f=1/。當(dāng)時(shí)鐘振蕩器脈沖使觸發(fā)器置 1, 電機(jī)繞組相電流上升 , 采樣電阻的 Rs 上電壓上升到基準(zhǔn)電壓 Uref 時(shí), 比較器翻轉(zhuǎn) , 使觸發(fā)器復(fù)位, 功率晶體管關(guān)斷, 電流下降, 等待下一個(gè)振蕩脈沖的到來(lái)。這樣, 觸發(fā)器輸出的是恒頻 PWM 信號(hào), 調(diào)制 L297 的輸出信號(hào), 繞組相電流峰值由 Uref 確定。L297 的 CONTROL 端的輸入決定斬波器對(duì)相位線 A、B、C、D 或抑制線 INH1 和 INH2起作用。CONTROL 為高電平時(shí) , 對(duì) A、B、C、D 有控制作用。 而為低電平時(shí), 則對(duì) INH1 和 INH2 起控制作用,從而可對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。由單片機(jī)向 L297 發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)、正反轉(zhuǎn)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)及使能控制等信號(hào)。由于 L297 內(nèi)部帶有斬波恒流電路, 繞組相電流峰值由 Uref 確定。當(dāng)采用兩片 L297 通過(guò) L298 分別驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩繞組 , 且通過(guò)兩個(gè) D/A 轉(zhuǎn)換器改變每相繞組的 Uref 時(shí), 即組成了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路。另外, 為了有效地抑制電磁干擾, 提高系統(tǒng)的可靠性, 在單片機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回路中利用兩個(gè) 16 引腳光電耦合器件 TLP521—4 組成如圖 3－13 所示的隔離電路。其作沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 用是切斷了單片機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回路之間電的直接聯(lián)系, 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)回路系統(tǒng)地線的分別聯(lián)接, 防止處于大電流感性負(fù)載下工作的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的干擾信號(hào)以及電網(wǎng)負(fù)載突變產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)線路串入單片機(jī), 影響單片機(jī)的正常工作。TLP5214光電耦合2 L2972 L2982 兩相步進(jìn)電機(jī) 圖 4－23 光電耦合與 L297,L298 組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 沖壓模具的選擇由于本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)側(cè)重于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制，所以沖壓成型過(guò)程就選用了當(dāng)前普遍使用的一次性沖壓成型模式，而不另行設(shè)計(jì)二次沖壓瓶蓋成型過(guò)程。沖床模具主要以下幾種類(lèi)型：多工位回轉(zhuǎn)頭 模具 ： 此模設(shè)計(jì)經(jīng)典，工藝考究，選料上等（Cr12MoV），結(jié)構(gòu)類(lèi)同數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖32 工位模庫(kù)，沖頭快速轉(zhuǎn)換，精確鎖緊定位，能無(wú)限接受單頭孔形模入庫(kù)，（沖裁時(shí)每次落料范圍≤52mm），特別適合在同一板面上多孔形加工。此模技術(shù)含量較高，加工精密，每種孔形模不但要保正自身的同心度及定位角度，更要確保多工位同軸，模庫(kù)內(nèi)模具不論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，重復(fù)精度≤0。01mm。 我廠已開(kāi)發(fā)了（6 工位、 8 工位、12 工位）回轉(zhuǎn)頭沖模供用戶選擇。多工位回轉(zhuǎn)頭沖模的研制出臺(tái)，高倍升級(jí)了普通沖床及數(shù)控沖床的功效，一二十萬(wàn)元一臺(tái)的數(shù)控沖床，配用多工位回轉(zhuǎn)頭沖模后， 竟能與上百萬(wàn)元一臺(tái)的‘?dāng)?shù)控轉(zhuǎn)塔沖床’相媲美，性價(jià)優(yōu)勢(shì)更顯凸出，市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)力不斷遞增，為那些有識(shí)之士的老板老總們節(jié)省了巨大的設(shè)備投資。 單工位無(wú)限接受模具：此模采用多功能無(wú)限接受型模架，(Φ100 型、Φ140 型、Φ200 型、Φ240 型）能無(wú)限接受沖孔下料范圍內(nèi)的任何孔形，操作簡(jiǎn)單，更換孔形模具時(shí)只需更換模芯即可，仿佛錄音機(jī)更換磁帶一樣簡(jiǎn)單。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 可調(diào)式 排孔模 ： 此模工藝考究，靈活簡(jiǎn)單， 隨意更換沖頭規(guī)格，孔形、孔徑、孔距均可調(diào)節(jié)，特別適合大板面篩網(wǎng)孔加工，省時(shí)高效。本次設(shè)計(jì)采用第二種單工位無(wú)限接受模具，可實(shí)現(xiàn)一次沖壓瓶蓋成型過(guò)程。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 第 5 章 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)軟件框圖主程序開(kāi)始系統(tǒng)初始化中斷T0 手動(dòng)調(diào)整同？編輯？ 自動(dòng)？進(jìn)入定時(shí)中斷程