【導(dǎo)讀】由于我們所學(xué)的專業(yè)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，為了能夠體現(xiàn)該專業(yè)的優(yōu)越性，本次設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想是用電器控制機(jī)械加工，使機(jī)械和設(shè)計(jì)緊密地結(jié)合起來。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是：簡(jiǎn)易數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)。好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，一面又有計(jì)劃地復(fù)習(xí)前面所學(xué)過的基礎(chǔ)知識(shí)。知識(shí)掌握得更牢固，而且培養(yǎng)了我解決問題的能力。助下，完成了數(shù)控銑床的設(shè)計(jì)及相關(guān)的電器控制。但由于本人能力、水平有限，仍存在。著一些錯(cuò)誤，希望老師給予批評(píng)指正。最后，我在此向在本次設(shè)計(jì)中付出了辛勤勞動(dòng)的指導(dǎo)老師表示由衷的謝意。

　　

【正文】 4K 字節(jié)的監(jiān)控系統(tǒng)程序，用來管理該程控系統(tǒng)的自身工作，它的功能與 TP801 單板機(jī)基本相同。 X52K 簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) X52K 簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床程控系統(tǒng)的邏輯框圖如 左 圖所示，它是以 8031 單片機(jī)為 核心，通過 擴(kuò)充功能，把存儲(chǔ)器芯 片 2764EPROM（程序存儲(chǔ)器）、 6264RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）和接口芯片 8155 與 8031 單片機(jī)連接起來。它配有 36 個(gè)鍵，作為輸入設(shè)備。 8 位 LED 七段數(shù)字顯示管作為輸出設(shè)備，還有一些輔助電路，如譯碼器、時(shí)鐘電路，復(fù)位電路等。 圖 51 程控系統(tǒng)的邏輯框圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 6 8031單片機(jī)及應(yīng)用簡(jiǎn)介 8031 是 MCS51 系列單片機(jī)中最簡(jiǎn)單的型號(hào)，它不具有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM 或 EPROM。 在構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，必須擴(kuò)充程序存儲(chǔ)器及其他必要的電路。因此， 必須對(duì) 8031 的各引腳功能有詳細(xì)的了解。現(xiàn)將各引腳的功能連接方法和應(yīng)用介紹如下： (1) 0p 口 ： 0p 口作為擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器和 IO 接口的數(shù)據(jù)總線和低 8 位地址總線。由于 數(shù)據(jù)和地址是分時(shí)地復(fù)用 0p 口，所以在 0p 口接一片 74LS373 鎖存器，用來 鎖存 0p 口輸出的低 8 位地址信號(hào)，這樣把地址和數(shù)據(jù)分開了。 74LS373 鎖 存器輸出的就是低 8 位地址碼 0A7A。 (2) 2p 口： 2p 口作為擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器和 IO 接口的高 8 位地址線。其中低 5 位（ 2 . 0 2 . 4pp） 作為 2764EPROM 及 6264RAM 的高 5 位地址。而高 3 位（ ） 通過譯碼器 74LS138 輸出 8 個(gè)片選 號(hào)，分別接到 及 8155 的片輸入端。 (3) 1p 口：供給機(jī)床驅(qū)動(dòng) x 軸（ ）和 y 軸（ ） (4) 3p 口：（ 懸置不用） ， 是外部中斷請(qǐng)求輸入線（ 01INT INT和 ），用做緊急故障時(shí)使用。 ， 作為外部存儲(chǔ)器的讀寫選通 號(hào) 輸出端（ WR ）和（ RD ），即寫和讀。 (5)控制線 ① RESE復(fù)位信號(hào)輸入端，采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位方法相結(jié)合電路。 ② ALE地址鎖存允許信號(hào)輸出端。接至地址鎖 存器 74LS373 的選通端 G 及 IO 接口芯片 8155 的 ALE 端。 ③ PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。只有在讀指令時(shí)才產(chǎn)生。 ④ EA 內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器選擇線。由于 8031 沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以必須把 EA 端接地。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 7 數(shù)控銑床存儲(chǔ)器的擴(kuò)充 外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 一般來 說，單片機(jī)組成應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，總有兩部分存儲(chǔ)器：一部分是程序存儲(chǔ)器 （ EPROM），另一部分是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ RAM）。由于單片機(jī)的程序比較固定，所以常 用 ROM， EPROM 或 E2PROM，而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則常用 RAM。 X52K 型數(shù)控銑床的存儲(chǔ)器也 分為兩補(bǔ)分， 一部分用一片 2764EPROM（ 8K8bit），存放監(jiān)控程序，它用于管理單片 機(jī)的功能， 幫助調(diào)試加工程序。另一部分存儲(chǔ)器由 RAM 組成，采用 6264（ 8K8bit） 芯片，基本配置為一片（ 8K 容量），還備有一片插座，可再擴(kuò)充一片 6264 芯片或一片 E2PROM2864 芯 片。 RAM 既可做為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，也可以作為程序存儲(chǔ)器使用， RAM 的 高地址部分的幾個(gè)存儲(chǔ)單元，作為監(jiān)控程序?qū)Ｓ玫木彌_器。 存儲(chǔ)器的地址分配 2764EPROM 和 6264RAM 都是 8K8 位的存儲(chǔ)器芯片。所以，都有 13 條地址線 （ 0 12AA） ， 8 條數(shù)據(jù)總線 0 7 0 12,D D A A都接到 8031 的 07AA及 ，以便 對(duì)芯片內(nèi)的 8K 地址單元尋址。它們的片選端 CE 分別接到譯碼器 138 的輸出端上。 2764 接 138 的 0Y 輸出端，所以選址范圍是 0000H～ 1FFFH，而 6264 接 138 的 2Y 端輸出 ，所以選址范圍是 4000H～ 5FFFH。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 8 簡(jiǎn)易數(shù)控銑床的 IO 設(shè)備及其接口 簡(jiǎn)易數(shù)控銑床所用的輸 入設(shè)備 簡(jiǎn)易數(shù)控銑床所用的輸入設(shè)備是采用最簡(jiǎn)單實(shí)用的鍵盤，而其功能分有 16 個(gè) 16 進(jìn)制的數(shù)字鍵和 20 個(gè)命令鍵。輸出設(shè)備采用 8 個(gè) 7 段 LED 數(shù)字顯示管，可以顯示 16 進(jìn)制機(jī)器碼及各種符號(hào)。左面 4 個(gè)顯示管顯示這些地址中的內(nèi)容。 IO 接口 8031 單片機(jī)與鍵盤及顯示器連接是采用通用 IO 接口芯片 8155。 因?yàn)?8155 包含 256 字節(jié)的 RAM存儲(chǔ)器，還有可編程的兩個(gè) 8 位并行口 ,ABPP和一個(gè) 6 位并行口 CP ,而且 8155可直接與 MCS51 單片機(jī)接口相連，不需要增加任何硬件邏輯。 8155 的 RAM 和 IO 編址 8155 的片選端 CE 接在地址譯碼器 138 的 1Y 輸出端，而 8155 的 0IM 端接在 8031 的 端，按照 8155 的功能約定，當(dāng) 0 0I M? 時(shí)是對(duì) 8155 內(nèi)的 256 字節(jié) RAM 尋址。而0 1I M? 時(shí)，是對(duì) 8155 的 IO 口尋址。所以 256 個(gè) RAM 的地址范圍為 2E00H～ 2FFFH，其中 2F00H 是命令狀態(tài)口地址。 2F01H 是 AP 口地址， 2F02H 是 BP 口地址， 2F03H 是 CP口地址。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 簡(jiǎn)易數(shù)控銑床的選址邏輯 外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器芯片采用的是 2764EPROM 和 6264RAM，它們都是 8K 字節(jié)容量，片內(nèi)地址的選擇需要 13 條地址線，即占 0 12AA。因此，只剩下三條高位地址線（ 13 15AA）能作為外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器及 IO 接口的片選信號(hào)，若采用線選法 ，那么只有選三個(gè)芯片。顯然在本數(shù)控系統(tǒng)上是不夠的。所以采用譯碼器 138 來譯碼，使片選號(hào)達(dá)到 8 個(gè)。 X52K 型數(shù)控銑床的 EPROM， RAM 及 8155 的地址范圍如下表： 表 81 數(shù)控銑床的 EPROM， RAM 及 8155 的地址范圍 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 9 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用的斬波電路 圖 91 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用的斬波電路 PWM 式單波性斬波器的工作原理 斬波電路可彌補(bǔ)雙電壓電路的高、低壓電路波形連接處的凹形，改善輸 出轉(zhuǎn)矩下降，使勵(lì)磁繞組中的電流維持在額定值附近。所以在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源采用斬波式驅(qū)動(dòng)（電流型）。 上圖是 PWM 式單波性斬波器的原理圖。在 A 點(diǎn)輸入脈沖分配器工作頻率脈沖信號(hào)、工作電流調(diào)整信號(hào)和電流負(fù)反饋信號(hào)的電壓疊加 號(hào)。 B 點(diǎn)在由三角波發(fā)生器送一組高頻調(diào)制波，其頻率固定不變。 A 與 B 點(diǎn)的信號(hào)比較放大后，控制 1BG 的導(dǎo)通與關(guān)斷。當(dāng) ABUU?時(shí)， 1CI 輸出低電平； ABUU? 時(shí)， 1CI 輸出高電平。 1BG 導(dǎo)通，電機(jī)繞組中有電流 Li 產(chǎn)生，若 AU 為零電平時(shí)， 1CI 輸出一組占空比相等的方波脈沖列。低電平 1BG 截止期間，電機(jī)繞組中電流不能立即消失，這事 1D 受正向電壓而導(dǎo)通，電流 Li 首先通過 1D 。 2C 續(xù)流，同時(shí)電容 2C 快速充電至電源電壓。 D 點(diǎn)電位在兩倍的電源電壓時(shí)，運(yùn)放 2CI 的正輸入端 負(fù)輸入端的電位，使 2CI 翻轉(zhuǎn)， 2BG 導(dǎo)通， Li 向電感 2L 貶能。 當(dāng) Li 衷減到不能繼續(xù)向 2C充電時(shí)， 2C 便通過 2BG 向 2L 放電，使 2Li 的電流繼續(xù)上升， 2L 貯備了較大的能量，這時(shí)同步三角振蕩波的 正 半波到來，迫使了 1BG 再次導(dǎo)通， 2BG 截止，這時(shí) 2L 的能量由于2BG 截止，瞬間產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)勢(shì)（ 22 diLeLdt?? ）作用域電源，使電源補(bǔ)充了一個(gè)瞬間畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 功 率，減小了因負(fù)載電流急劇增加而引起的電壓波動(dòng)， 2L 貯備的能量得到釋放。 PWM 式單波性斬波器的電路工作波形 由于 1IC 的正輸入端和 2IC 的負(fù)輸入端同時(shí)受三角波的控制，保證了同一時(shí)刻只能是一個(gè)輸出高電平。調(diào)整 1W 電位器可以使 A 點(diǎn)的工作點(diǎn)上下偏移。從而改變輸出 CU 的占空比，相應(yīng)地獲得不同的平均電流。 RF 是電流反饋電阻。隨電流增大，反饋電壓提高，使 AV 電平上移，使 1CI 輸出的脈沖變窄，這一反饋過程又迫使電機(jī)繞組電流下降，保證了電流自動(dòng)地穩(wěn)定在某一定值上。要使 22,CL的固有振蕩頻率 2W 遠(yuǎn)小于三角波的振蕩頻率 0W 才能使 2BG 工作正常，否則 22,CL將會(huì)產(chǎn)生充放電振蕩， 2L 就不能 達(dá)到向的電源提供瞬間能量的目的，也破壞了 2BG 的工作狀態(tài)。途中選32 2 0 21 6 0 0 , 1 , 1 1 3 1 0 , 2 5r a d r a dC m F L m H W Wss? ? ? ? ?。這種 PWM 電路的特點(diǎn)是：在電機(jī)繞組回路中沒有用大的功率電阻來減小電磁時(shí)間常數(shù) Ti，續(xù)流貯能電路濾波電感1L ，可以幾相繞組共用，可使驅(qū)動(dòng)器小型化，便于調(diào)整。本電路電源電壓高于電機(jī)的20 倍，工作脈沖頻率可做得很高，電機(jī)仍能穩(wěn)定工作。 PWM 式單波性斬波器的電路工作波形如下圖所示： 圖 92 斬波器的電路工作波形圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 10 簡(jiǎn)易數(shù)控銑床的自動(dòng)控制軟件系統(tǒng) 設(shè)計(jì)約定： ① 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)（工作臺(tái)最小移動(dòng)距離的個(gè)數(shù)）→ 34H 及 35H 單元，共255255=65025 步（最大） ② 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速：即每兩步之間的延時(shí)時(shí)間常數(shù)→ 36H 單元 ③ 步進(jìn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)標(biāo)志→ 33H 單元，其中（ 33H） =FFH 為反轉(zhuǎn)，（ 33H）=00H 為反轉(zhuǎn) ④ 棧頂指針地址為 6000H 簡(jiǎn)易數(shù)控銑床工作臺(tái)（ x 或 y 方向）前進(jìn)、后退程序 程序框圖 圖 101 工作臺(tái)前進(jìn)后退程序框圖 程序清單 MOV SP ， 6000H； 確定棧頂指針 MOV 30H， 5H； 步進(jìn)電機(jī)三相六拍代碼指針，送 30H 單元（ 0～ 6） 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 MOV 5R ， 34H； 高位步數(shù) → 5R LOOP 10： MOV R6， 35H 低位步數(shù) → 6R LOOP 9： MOV 32H， 36H；正、反轉(zhuǎn)標(biāo)志 → A MOV A， 33H JNZ A， LOOP 6； A≠ 0 調(diào)反轉(zhuǎn)一步子程序 LCALL LOOP 5； A=0 調(diào)正轉(zhuǎn)一步子程序 SJMP LOOP 8 無條件 跳 轉(zhuǎn) LOOP 8 LOOP 6： LCALL LOOP 7 LOOP 8: JNZ 6R ， LOOP 9 JNZ R5， LOOP 10 SJMP 0000H 返回監(jiān)控程序 三相六拍方式工作輸出代碼表 圖 102 三相六拍方式工作輸出代碼 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)一 步子程序 程序框圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 圖 103 電機(jī)正傳一步子程序框圖 程序清單 LOOP 5： DPTR， 1000H；代碼表首地址 MOV A， 30H； （ 30H） → A CJNE A， 05H， LOOP 1； A≠ 05H 轉(zhuǎn) LOOP 1 MOV 30H， 00H； 對(duì)（ 30H）清 0 SJMP LOOP 2 轉(zhuǎn)向 LOOP 2 LOOP 1： INC 30H；（ 30H） +1 → 30H LOOP 2： MOV A，（ 30H）；（ 30H） → A