【正文】 3~PA5為 Y 向輸出口。B 口為為位控方式，其中 PB4~PB7為Y、+Y、X、+X 的行程越位信號輸入。顯示由 8 位 LED構(gòu)成，具有 24 鍵的鍵盤。 存貯器空間分配單板機可尋址范圍是 64K 字節(jié)，板上提供的插座占 16K，已插入的芯片占 10K，其余以備擴展使用。其存貯空間分配如下。0000H~07FFH 2KB EPROM 放監(jiān)控程序0800H~0FFFH 2KB EPROM 放零件加工程序1000H~17FFH 2KB RAM 調(diào)試程序2022H~27FFH 2KB RAM 測試程序等 I/O 口地址分配單板機設(shè)置 I/O 口地址為 80~9FH 共 32 個口地址，分配如下。80H~83H MCS—51 803184H~87H 字形鎖存88H~8BH 字位鎖存8CH~8FH 讀鍵值90H~9FH 用戶使用在步進電機驅(qū)動電路中，脈沖信號經(jīng)功率放大器后控制步進電機勵磁繞組。由于步進電機需要的驅(qū)動電壓較高，電流較大，如果將輸出信號與功率放大器直接相聯(lián)，將會引起強電干擾。輕則影響計算機程序的正常工作，重則導(dǎo)致計算機和接口電路損壞。所以一般在接口電路功率放大器之間都要接上隔離電路。 8031 單片機簡介32 / 428031 單片機具有以下特點：（1） 具有功能很強的 8 位中央處理單元（CPU） ；（2） 片內(nèi)有時鐘發(fā)生電路，每執(zhí)行一條指令時間為 2 微秒或 1 微秒；（3） 片內(nèi)具有 128 字節(jié) RAM；（4） 具有 21 個特殊寄存器；（5） 可擴展 64K 字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和 64K 字節(jié)的外部程序存儲器。（6） 具有 4 個 I/O 口，32 根 I/O 線；（7） 具有 2 個 16 位定時/器計數(shù)器；（8） 具有 5 個中斷源，配備 2 個中斷優(yōu)先級；（9） 具有一個全雙功串行接口；（10） 具有位尋址能力，適合邏輯功能。從上述特性可知，一塊 8031 的功能幾乎相當(dāng)于一塊 Z80CPU、一塊 RAM。一塊Z80CTC、兩塊 Z80PIO 和一塊 Z80SIO 所組成的微機系統(tǒng)。可以看出這種芯片集成度高、功能強，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個完整的微機系統(tǒng)。8031 芯片引腳見下圖： 存儲器擴展電路設(shè)計 程序存儲器的擴展(1)MCS51 系列單片機的特點之一是硬件電路設(shè)計簡單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。對于33 / 42簡單的應(yīng)用場合，MCS51 系列的最小系統(tǒng)用一片 8031 外擴一片 EPROM 就能滿足功能的要求，對于復(fù)雜的應(yīng)用場合，可利用 MCS51 的擴展功能，構(gòu)成功能強、規(guī)模較大的系統(tǒng)。MCS51 的程序存儲器的尋址空間為 64K 字節(jié)，8031 片內(nèi)不帶 ROM，用作程序存儲器的器件是 EPROM。常用的半導(dǎo)體 ROM 芯片有：2712732762721272527512 等。2762721272527512 芯片均為 8 腳雙列直插式扁平封裝芯片，本設(shè)計中采用兩片 2764，其引腳如下圖：(2)ROM 芯片及引腳的選擇選擇 2764（8K8）半導(dǎo)體芯片。晶體頻率選用 6MHz，其所能提供的讀取時間t 小于 480ms，故其芯片在時序上滿足要求。2764 芯片的引腳排列與兼容特性如下圖：34 / 42(3)地址鎖存器的設(shè)計與選擇由于單片機 8031 芯片的 口是分時傳送低 8 位地址線和數(shù)據(jù)線，故 8031 擴展0P系統(tǒng)中一定要有地址鎖存器。選擇 74LS373 芯片。74LS373 芯片是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器。其引腳及與 8031 芯片連接見下圖：其真值表見下表：E G D QL H H HL H L LL L X 0注釋： L—低電平；H—高電平；X—不定態(tài)；—建立穩(wěn)態(tài)前 Q 的電平；0G—輸入端，與 8031ALE 連高電平：暢通無阻；低電平：關(guān)門所存—使能端，接地OE 當(dāng) G=“1”時，74LS373 輸出端 1Q~8Q 與輸入端 1D~8D 相同 當(dāng) G 為下降沿 時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。（4）8031 與 EPROM2764 芯片連接。 數(shù)據(jù)存儲器的擴展35 / 42由于 8031 芯片內(nèi)部 RAM 芯片只有 128 字節(jié)，遠遠不能滿足系統(tǒng)的需要，需擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器 RAM。常用的靜態(tài) RAM 芯片有 61162662256 等。62662256 均采用 CMOS 工藝，由單一 5V 供電，典型存取時間為 150200ns。它們均采用 28 腳雙列直插式片平封裝。 并行 I/O 接口電路的擴展8031 單片機共有四個 8 位并行 I/O 口，但可供用戶使用的只有 口和部分 口，1P3因此，在大部分應(yīng)用系統(tǒng)中都需要擴展 I/O 口芯片。Intel 公司常用的外圍接口芯片有：8155：可編程的 RAM/IO 擴展接口電路（256 個 RAM 單元、2 個 8 位口、1 個 6 位口、一個 14 位的定時/計數(shù)器） 。8255：可編程的通用并行接口電路（3 個 8 位口） 。8253：3 個 16 位的可編程的定時/計數(shù)器。8279：可編程的鍵盤、顯示電路。8243：4 個 4 位口 I/O 擴展接口電路。此外，74LS 系列的 LSTTS 電路或 MOS 電路也可作 MCS51 單片機的擴展 I/O 口，如 74LS3774LS377 等。本設(shè)計中使用兩片 8155 可編程接口芯片。下面簡單介紹 8155 通用可編程接口芯片。8155 通用可編程接口芯片：1）8155 的結(jié)構(gòu)及其引腳8155 有 3 個可編程并行 I/O 端口：A 口、B 口、C 口，其中，A 口和 B 口是八位，36 / 42C 口是 6 位。1 個 14 位可編程定時/計數(shù)器和 256B 的靜態(tài) RAM，能方便的進行 I/O 擴展和 RAM 擴展，其引腳下圖：8155 共有 40 個引腳，按其功能特點分類說明如下：（1）地址數(shù)據(jù)線： 是低八位地址和數(shù)據(jù)共用輸入口，當(dāng)07AD:時，輸入的是地址信息，否則是數(shù)據(jù)信息。所以 應(yīng)與 MCS51 的ALE? 07AD:P0 口相連。（2）端口線： 、 用于 8155 與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)，~PO~BP既可用于 8155 與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)，也可作為 A 口、B 口的控制信號線。~5PCO（3）地址鎖存線：在 下降沿將單片機 P0 口輸出的低８位地址信息及 、ALE CE的狀態(tài)都所存到 內(nèi)部寄存器，因此，單片機 P0 口輸出的。IM815（4） 或 口選擇線:當(dāng) =0 時，選中 8155 的片內(nèi) RAM，RIIOM為 RAM 地址；若 時，選中 8155 片內(nèi) 3 個 I/O 端口及命令/狀態(tài)0~7AD1?寄存器和定時/計數(shù)器。（5）片選線： 為低電平時選中 8155。CE（6）度、寫線： 、 控制對 8155 的讀/寫操作。RDW（7）定時/計數(shù)器的脈沖輸入、輸出線：TIMER IN 是外界向 8155 輸入計數(shù)脈沖的輸入端， 是 8155 向外界輸出脈沖或方波的輸出端。TIMOU2)8155 的工作方式37 / 42（1）作為 256B RAM 使用時，將 引腳置低電平，這時 8155 只能作片外IOMRAM 使用，其尋址范圍由片選線 和 決定，與應(yīng)用系統(tǒng)中其他數(shù)據(jù)存儲CE0~7AD器統(tǒng)一編址。（2）作為擴展 I/O 口使用時， 引腳必須為高電平，這時 PA、PB、PC 的I口地址低八位 分別為 01H、02H、03H。（3）作為定時/計數(shù)器用。8155 的可編程定時計數(shù)器實際上是一個 14 位減法器，在 TIMER IN 端輸入計數(shù)脈沖，計數(shù)溢出時，由 TIMER OUT 輸出脈沖或方波。當(dāng)TIMER IN 接外部脈沖時為計數(shù)方式，連接系統(tǒng)脈沖時，可作為定時方式，但需要注意芯片允許的最高計數(shù)頻率。 譯碼電路設(shè)計 8031 單片機允許擴展 64K 程序存儲器和 64K 數(shù)據(jù)存儲器（包括 I/O 口芯片） ，這就需要擴展多個外圍芯片，因而需要把外部地址空間分配給這些芯片，并且使程序存儲器各芯片之間、數(shù)據(jù)存儲器各芯片之間地址互相不重疊，以使單片機訪問外部存儲器時，避免發(fā)生沖突。當(dāng) 8031 數(shù)據(jù)總線分時地與各個外圍芯片進行數(shù)據(jù)傳送時，首先要進行片選,而當(dāng)片內(nèi)有許多單元時，還要進行片內(nèi)地址選擇。由于系統(tǒng)容量較大，擴展的外圍芯片較多，芯片所需的片選信號多于可利用的地址線，所以用全地址譯碼的方法。采用 74LS138 譯碼器，其引腳圖如下： 其他輔助電路設(shè)計 8031 的時鐘電路單片機的時鐘的產(chǎn)生方式 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。內(nèi)38 / 42部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 XTALXTAL2 引腳上外接定時元件，如下圖所示。晶體可在 之間任選，耦合電容在 530PF 之間，對時鐘有微調(diào)作用。采用外部時鐘方式，可把 直接接地， 接外部時鐘源。1XTA2XTA 復(fù)位電路單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)，在時鐘電路工作后，只要 RESET 引腳上出現(xiàn) 10ms 以上高電平單片機便實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，以后單片機便從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。下圖所示為上電與按鈕復(fù)位組合。在上電瞬間，RC 電路充電，RESET 引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要 RESET 端保持 10ms以上高電平，就能使單片機有效的復(fù)位。 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)。如果是兩坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)，則有 4 個方向可能越界，即+X、X、+Y、Y。一旦某一方向越界，應(yīng)立即停止工作臺移動。下圖為報警信號的產(chǎn)生，圖為報警指示。這里采用中斷方式，利用 8031 的外部中斷，只要有任一個行程開關(guān)閉合，即工作臺在某一個方向越界，均能產(chǎn)生中斷信號。為了報警，設(shè)置紅綠燈指示，正常工作時綠燈指示，當(dāng)越界報警時紅燈亮。兩燈均由一個 I/O 口輸出。39 / 42 掉電保護電路半導(dǎo)體存儲器 RAM 最怕掉電，一掉電里面存儲的信息就全部丟失。在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，掉電時難免的，能不能在掉電的情況下，保持 RAM 中的信息呢？掉電保護電路就是為了解決此目的而設(shè)計的。數(shù)控機床加工過程中，一些重要的現(xiàn)場參數(shù)，如幾何尺寸，工藝參數(shù)等都是存儲在 RAM 中，一旦掉電，數(shù)據(jù)能妥善保存，恢復(fù)供電后又能馬上運行。下圖所示為一簡單掉電保護電路的工作原理，圖中 為電源電BV壓， 為備用電池電壓，并且 ， 為存儲器 RAM 的電源端，正常通電時，BVBV??c二極管 導(dǎo)通， 截止， RAM 的工作電壓由 提供，同時， 還通過電阻 R 對電1D2 ??池充電。斷電后， 截止， 導(dǎo)通，此時 RAM 的工作電壓由電池電壓由電池 經(jīng)12DB二極管 和電阻 R 供給， 值一般取3V 時，存儲器就能可靠的保持信息。2B第七章 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題 滾珠絲杠螺母副的選擇滾珠絲杠螺母副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜。都是由專業(yè)工廠按系列化進行生產(chǎn)。因此在進行設(shè)備改造時，要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準進行選擇。選擇合適以后再決定被改造設(shè)備的 其他相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。40 / 42 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整利用螺母的 間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的 預(yù)緊力為絲杠副最大負載的 1 / 3 為宜。在 實際調(diào)整中，可以把車床處于最大工作負載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙或者間隙量小于 ，而且運轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整裝置預(yù)緊的判斷標(biāo)準。 聯(lián)軸器的安裝傳動絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔座按十字分布方式進行配做。這是因為同一聯(lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時，往往會引起軸線的直線度誤差增大，從而使安裝在絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動附加載荷，影響絲杠副的傳動性能。 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 主軸脈沖發(fā)生器的的引出軸按比例 1：1 無間隙柔性連接傳動，連接后應(yīng)保證兩者都有很好的同步性，安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃件，不能隨意敲打碰撞，使用中車床主軸轉(zhuǎn)速不能超過脈沖發(fā)生器的最高許用轉(zhuǎn)速。第八章 結(jié)束語隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，我國的機床數(shù)控化在近十年來有了很大的發(fā)展，而普通機床的數(shù)控化改造后在滿足完成同樣的加工任務(wù)的前提下，可大大降低技術(shù)改造的投資經(jīng)費，在實際中得到廣泛應(yīng)用?；趯?CA6140 普通車床進行經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計過程中，我認為普通機床的數(shù)控改造具有很多的優(yōu)點、必要性及其良好的發(fā)展趨勢。全功能的數(shù)控系統(tǒng)雖然功能豐富，但成本高，我國的一般中小企業(yè)購置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，希望對原有機床進行改造，進行數(shù)控化、自動化、以提高生產(chǎn)效率。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實的生產(chǎn)實際，我國的國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。目前我國經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，研制了幾十種簡易 NC 系統(tǒng)，有力地促進了我國數(shù)控事業(yè)的發(fā)展。改造后的車床，可手動、機動操作，操作簡單，使用方便，價格低廉，其性能價格比適中；而且還能解決復(fù)雜零件的加工精度控制問題，節(jié)約大量工裝費用，減輕工人的勞動強度，提高工人素質(zhì)。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù)控對設(shè)備進行改造后，增強了企業(yè)應(yīng)變能力，為提高企業(yè)競爭能力創(chuàng)造了