【正文】 接線圖如 圖 55 所示 圖 55 8031 程序存儲器擴(kuò)展圖 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 常用的數(shù)據(jù)存儲器 62。 表 53 74LS373 的工作方式 Dn LE OE Qn 1 1 0 1 0 1 0 0 X 0 0 Q0 X X 1 高阻 0——低電平 1——高電平 X—— 不穩(wěn)定 Q0 —— 建立穩(wěn)定前 Q 的電平 LE—— 輸入端，與 8031ALE 連高電平：關(guān)門鎖存 OE —— 允許控制端 ，接地 當(dāng) LE=“ 1”時， 74LS373 輸出端 1Q~8Q 與輸入端 1D~8D 相同 當(dāng) LE 為下降 沿 時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 32 圖 54 74LS373 的引腳圖 D0～ D7 數(shù)據(jù)輸入端 ； Q0～ Q7 輸出端 OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效） 當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時， Q0～ Q7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。 地址鎖存器 由于單片機(jī) 8031 芯片的 P0口是分時傳送低 8 位地址線和數(shù)據(jù)線，故 8031 擴(kuò)展系統(tǒng)中一定要用到鎖存器。在編程時，從數(shù)據(jù)端輸入要存儲的信息，數(shù)據(jù)引腳處于數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)。 下表 53 是 EPROM 的工作方式的選擇，用 1 表示輸入高電平， 0 表示輸入低電平，芯片的數(shù)據(jù)引腳是三態(tài)的，當(dāng)芯片未選中，它們處于高阻狀態(tài)，不會影響其他芯片輸出狀態(tài)。上圖為所用的芯片： A0~A12 是地址線； D0~D7 是數(shù)據(jù)線； PPV 是編程電壓端 ； PGM 是編程控制端 ； OE 是輸出使能端 ； CE 是片選端，它們均為低電平有效。 由于本設(shè)計(jì)程序容量不大，因而選用 2764 作為外部 程序存儲器。擦除器利用紫外線光照射 EPROM 的窗口，一般經(jīng)過 15— 20min 即可擦除干凈。一片新的或擦除干凈 EPROM 芯片，其每一個存儲單元的內(nèi)容都是 FFH。 在選擇外部程序存儲器電路時，應(yīng)注意電路的讀取時間能否與 MCS51 的 PESN 信號匹配。半導(dǎo)體存儲器 EPROM、 EEPROM、 ROM 等在原理上都可用作單片機(jī)的外部程序存儲器。 程序 存儲器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) 2764 芯片介紹 MCS51 的程序存儲器空間為 64K 字節(jié)。在振蕩器運(yùn)行時，使 RST 行腳至少保持兩個機(jī)器周期位高電平，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位 后程序計(jì)數(shù)器清零，即程序從 0000H 單元開始執(zhí)行。 ALE 主要是提供一個定時信號，在從外部程序存儲器取令時，把 p0 口的低位地址字節(jié)鎖存到外接的地址鎖存器中。故訪問外部存儲器時， ALE 信號鎖存低 8 位地址。作為地址鎖存允許時高電平有效。Vpp 是在 EPROM 編程時 需要 +21V 的編程電源輸入端。 EA 為低電平時， CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器的指令。從外部程序存儲器取數(shù)時，在每個機(jī)器周期內(nèi)二次有效。端口 3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義第一 I/O 口功能或第二 I/O 口功 能。 ～ （ A8～ A15） 端口 2 的引腳。在存取外部存儲器時，該端口分時地用作低 8位的地址線和 8 位雙向的數(shù)據(jù)端口。當(dāng)使用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩信號。使用外部震蕩器是必須接地。 Vss：地 電平。 這種芯片集成度高，功能強(qiáng)，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個完整的微機(jī)系統(tǒng)。 （ 9） 具有一個全雙工串行接口。 （ 7） 具有 2 個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器。 （ 5） 可擴(kuò)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。 （ 3） 片內(nèi)具有 128 字節(jié) RAM。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 28 8031 單片機(jī)的基本特征 8031 單片機(jī)具有以下特點(diǎn)： （ 1） 具有功能很強(qiáng)的 8 位中央處理單元（ CPU）。而 8031 片內(nèi)無 ROM，適用于需擴(kuò)展 ROM，可在現(xiàn)場修改和更新程序存儲器的應(yīng)用場合，其價格低，使用靈活，非常適合在我國使用。 8751 具有片內(nèi) EPROM,但價格是 8051的 10～ 15 倍，所以適合于開發(fā)樣機(jī)，小批量生產(chǎn)和需要在現(xiàn)場進(jìn)一步完善的場合。 MCS51 系列單片機(jī)主要有三種型號的產(chǎn)品： 803 8051 和 8751。 此外，不同的數(shù)控系統(tǒng)還要求配備不同的外設(shè)，這些部分的電路設(shè)計(jì)也應(yīng)包括在其中。 在選擇程序存儲器芯片時，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲器的容量等問題。 目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，推薦使用 MCS51 系列單片微機(jī)作為主控 制器。 （ 4） 開發(fā) 性能 ，包括支持 被 開發(fā)的硬件和 軟 件。 （ 2） 可 以 擴(kuò)展 的 存儲器（包括 RAM 和 ROM）的容量。 （ 5） 外圍 設(shè)備， 工作臺上有 鍵盤，顯示器 。 （ 3） 存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 （ 1） 主控制器，即中央處理單元 CPU。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。 控制系統(tǒng)是 要 硬件 電路 和軟件組成的。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器信號電壓支持 +5VDC，所以當(dāng)信號電壓是 +5VDC 時可直接與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器相連，如果信號電壓高于 +5VDC 時，需另接限流電阻。 MEA2230R 采用高速運(yùn)動控制 CPU 芯片實(shí)現(xiàn)快速自適應(yīng)控制算法和高頻載波雙極性恒流斬波正弦波 細(xì)分驅(qū)動控制，具備高精度、大力矩、低噪聲、寬調(diào)速等控制特性。 圖 42 步進(jìn)電機(jī)的安裝尺寸圖 步進(jìn)電機(jī)的繞組采用五邊形接法，其 接線圖如下 ： 圖 43 步進(jìn)電機(jī)接線圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的選擇 圖 44 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 根據(jù)所選步進(jìn)電動機(jī) 86HE12728V1432 五 相混合式步進(jìn)電機(jī)，有 MEA2230R五相數(shù)字式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 由曲線可知，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩為 0 時，電動機(jī)的空載運(yùn)行頻率為 30000Hz 左右，可見沒有超出上限。 最快空載移動時電動機(jī)的運(yùn)行頻率。 （ 2）工進(jìn)時最大移動速度電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 工作臺最大負(fù)載時最快的移動速度為 1000mm/min， 故 其對應(yīng) 的工作 頻率 為? ? Hzf 6 6 ??? 。 所有在最大負(fù)載時的轉(zhuǎn)矩大于空載時的電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩，故以最大負(fù)載時時的轉(zhuǎn)矩來進(jìn)行最大靜轉(zhuǎn)矩的選定。 所以步進(jìn)電機(jī)空載時的力矩為： a x ?????? NTTT fa 工作臺空載 計(jì)算最大負(fù)載時在步進(jìn)電機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 最大負(fù)載工作情況下在電動機(jī)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： 滾珠絲杠工作臺最大負(fù)載 22t m a x ff TTTT ??? 其中 maxtT —— 快速空載啟動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大轉(zhuǎn)矩； fT —— 分別為最大負(fù)載工作狀態(tài)時移動部件、滾珠絲杠運(yùn)動時折算到電動機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)初步選定工作臺空載時的最快速度為 2021r/min， 電動機(jī)步距角為 度；脈沖當(dāng)量為 ，可計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)對應(yīng)空載時最快移動步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。從表查得該型號的電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 mJ =3 2cmkg?總的轉(zhuǎn)動慣量： 2m )( i JJJJ ST ???總 ? ?14?? ?24?西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 式中 ： mJ —— 電機(jī)的自身的轉(zhuǎn)動慣量，為 3 2cmkg? ； TJ —— 工作臺折算到電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，為 2cmkg? SJ —— 為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量，為 2cmkg? i —— 為傳動比，因?yàn)榇颂帥]有減速器，故取為 1 2m2m ) ()( cmkgJi JJJJ ST ????????總 慣量匹配的驗(yàn)算，電動機(jī)的軸向比例要控制在一定的范圍以來，為使系統(tǒng)達(dá)到合理的配合，一般控制比值在 之間至 141 ， 3J ??總 mJ，故 1J41 ?? 總 mJ，滿足慣量匹配的原則。 凸緣聯(lián)軸器樣式如圖 39 所示： 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 圖 39 凸緣聯(lián)軸器 表 313 凸緣聯(lián)軸器的尺寸 型號 公 稱扭矩 許用轉(zhuǎn)速 [n]r/min 軸 孔 直徑 d （ H7） 軸孔長度 L D D1 L0 轉(zhuǎn)動慣量 （ 2） 重量 kg YL1 10 鐵 鋼 鐵 鋼 Y 型 J1 型 71 53 Y J1 8100 13000 14 14 32 27 68 58 )( mNTn ?西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 第 4 章 電機(jī)的計(jì)算和選型 步進(jìn)電機(jī)的選擇和計(jì)算 計(jì)算轉(zhuǎn)動慣量 已知：滾珠絲杠的公稱直徑 0d =20mm，總長 L=450mm，導(dǎo)程 hP =5mm，移動部件總重力 W=600N； 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量： LDJ s ???? ? 式中 D —— 為絲杠的公稱直徑，為 20mm； L —— 為絲杠的長度； 絲杠的有效長度 =行程 +螺母長度 +設(shè)計(jì)余量 +兩端支承長度 +聯(lián)軸器的長度（ 一半） ； 絲杠的長度： L=320+90+30+60=110=600mm。根據(jù)選出的步進(jìn)電機(jī)和絲杠輸出軸頭的參數(shù)，選用 YL1 型凸緣聯(lián)軸器。兩軸承型號分別為深溝球軸承 6302 和推力球軸承 51204。雙推力球軸承可承受雙向軸向負(fù)載，中間有緊圈，另外兩圈為松圈，但是此軸承不能承受徑向載荷，故一般和向心軸承配合，組合? ?173?西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 成組合軸承一起使用。 故選擇的絲杠 HGJS20215 的滾珠絲杠副完全滿足設(shè)計(jì)要求，螺母安裝，可根據(jù)安裝尺寸進(jìn)行配合安裝。 滾珠絲杠副臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算 絲杠可能會存在共振的現(xiàn)象，需要驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速。 mmESFa 51 ??? ????? 式中 F —— 絲桿所受的最大載荷，為 ； S —— 絲桿最小的橫截面積，為 2mm ； E —— 剛的彈性模量，為 ? ； a —— 中心距，為 2mm ； （ 2）根據(jù) 公式： 30 ??????????WDdZ ? 得單圈滾珠數(shù)為 Z=17，改型號為絲杠為單螺母，滾珠圈數(shù)為 ? 2， 代入公 式 ????總Z 顆 。 滾珠絲杠副剛度的計(jì)算 （ 1） XY 工作臺采用單推的形 式，左右支承的中心距約為 430mm，剛的彈性模量 E= ? Mpa，滾珠直徑 mmdb ? ，絲杠的最小直徑為 d=。334? 表 310 絲杠螺母安裝尺寸 循環(huán)圈數(shù) 螺母安裝尺寸 Dg6 D1 D2 B M d2 d3 dM h ? 36 60 48 11 4 10 M6 6 表 311 絲杠螺母計(jì)算尺寸 名稱 計(jì)算公式 結(jié)果 接觸角 ? ―― 045 鋼球直徑 bd ―― 螺紋滾道法向半徑 R bRd? 偏心距 e ( 2 ) sinbe R d ?? ? ? 螺紋升角 ? 0tarctg d? ?? ，334? 絲杠外徑 d 0 (0 .2 ~ 0 .2 5 ) bd d d?? 絲杠內(nèi)徑 1d 1022d d e R? ? ? 循環(huán)圈數(shù) ??? 額定載荷 動載荷 15789N 靜載荷 36580N 接觸剛度 1185( mN?/ ) 傳動效率的計(jì)算 絲杠螺母副的傳動效率為： 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 58 )10334t g ( 334)( ?????? ， ，? ?tgtg tg ?? ?? 其中 ? —— 為絲杠螺旋升角，為 ，442? ； ? —— 為摩擦角，為 ，10 ； 穩(wěn)定性的計(jì)算 絲桿直徑 d = 計(jì)算得截面慣性矩 mmdI 44 ???? ? Nka EIfF kk 25222 ?? ?????? ? 式中 kf —— 為支承系數(shù)，取為 1； E—— 為鋼的彈性模量 E= ? Mpa； K—— 為壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，取為 3； a —— 滾動螺母至軸向固定處的距離，最大值為 430mm； 臨界載荷 ?kF 。其公稱直徑為 20mm， 導(dǎo)程 為 5mm。 給定絲杠使用壽命為 15000h， 絲杠壽命系數(shù)由式 計(jì)算得出 )( WFFKFFm yZx ???? ? ? ?73?NWFFKFFm yZx 6 2 9)( ????? ?西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 12 61060 hnLL? 式中： hL —— 導(dǎo)軌按小時的額定工作壽命； n —— 工進(jìn)時的轉(zhuǎn)速； 代入上式，可得 )10(1801000 001500 0202101060 66 rnLL h ????? 最大動載荷的計(jì)算： 由式 mhw Ff