【正文】 雙緩 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 40 頁 共 49 頁 沖方式的優(yōu)點是數(shù)據(jù)接收和啟動轉(zhuǎn)換可以異步進行，單緩沖的優(yōu)點是可以減少一條輸出指令，由于本設(shè)計不要求多個模擬通道。 （ 2）用 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來控制變頻器 本設(shè)計選用 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來進行模擬量的輸出，該芯片是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 8 位集成電路芯 片，采用 20 引腳封裝， 515V 電源供電。由于不同品牌的變頻器通訊接口和通訊協(xié)議各不相同，目前尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能針對一種變頻器進行開發(fā)，縮小了變頻器品種的選擇范圍，適用性受到限制。 使用單片機控制變頻器可以選擇后二種方式，采用通訊口方式控制，其優(yōu)點是控制功能全面，通過相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換電路適合變頻器的通訊口形式 (RS484/RS232/CAN 等 )，就可與變頻器進行通訊，硬件簡單，二者間的連線數(shù)量少 連接方便。 0～ 10V或 4～ 20mA信號 ,通過改變輸入模擬量的大小控制變頻器的輸出頻率 。 具體電路如圖 64（縱向）、圖 65（橫向）所示。 LM629 則根據(jù)單片機發(fā)來的數(shù)據(jù)生成速度梯形圖，進行位置跟蹤、 PID 控制和生成 PWM 信號輸出。LM629 的 PS端口為 1時，單片機可以向其寫數(shù)據(jù)，為 0 時，單片機可以向 LM629寫指令或讀其狀態(tài)。 LM629 芯片 采用 28 引腳封裝，使用 5V 電源工作，它 有 如下功能： 1． 內(nèi)置 32位位置、速度和加速度寄存器； 2． 16 位可編程數(shù) 字 PID 控制器； 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 38 頁 共 49 頁 3． 可編程微分項采樣時間間隔； 4． 8 位分辨率的 PWM 輸出； 5． 內(nèi)部梯形速度發(fā)生圖； 6． 可以進行位置和速度控制； 7． 速度、位置和數(shù)字 PID控制器參數(shù)可以在控制過程中改變； 8． 實時可編程中斷； 9． 可對增量式光電編碼器的輸出進行 4倍頻處理和信號處理。通過一片單片機、一片 LM62一個功率驅(qū)動裝置、一只直流電動機、一個光電編碼器 就可以構(gòu)成一個半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。本設(shè)計將采用一款電機專用運動控制處理器 LM629 來進行橫向及縱向的位置控制。 已知 七段 數(shù)碼管中 的 LED 正常工作時的電流 mAi 10? ，壓 降 0U =V2 ， 則上拉電阻 ?????? 255 0 AVVi UVR 具體電路如圖 63 所示。 具體電路如圖 62所示。 8279 芯片的掃描線 SL0SL2 與 74LS138（ 38 譯碼器）相連接用來掃描鍵盤 行線 ，鍵盤的列線與 5V 電源連接并接入 歐限流電阻 ，另一端與回復(fù)線 RL0RL7連接 ；同時SL0SL3 與 74HC154（ 416 譯碼器）相連接用來掃描 16 位 LED 數(shù)碼管 各 陰極。 8259 的 A0 用來區(qū)分 信息 區(qū)分信息特征，當(dāng) A0 為 0 時， CPU從 8279 讀出的是狀態(tài)，寫入的是命令；當(dāng) A0=1 時讀出和寫入的都是數(shù)據(jù)。 鍵盤采用 5? 6鍵，在普通數(shù)控系統(tǒng)中已足用。8 位顯示 RAM，其內(nèi)容通過自動掃描，可由 8或 16位 LED 數(shù)碼管顯示。5V 電源供電， 40 腳封裝 ， 能自動完成對顯示的刷新，同時還可以對 鍵盤自動掃描，識別閉合鍵的鍵號， 能自動消除開關(guān)抖動并能對多鍵同時按下提供保護 。 圖 61 MSP430單片機的復(fù)位電路及晶振電路 6． 1． 4 鍵盤與顯示接口電 路設(shè)計 （ 1） 鍵盤、顯示器接口電路芯片 8279 單片機系統(tǒng)中有兩種 LED 顯示方式，即靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示的優(yōu)點是顯示效果好，編程簡單，但由于輸出的每一位都需要鎖存，使用的硬件較多；動態(tài)顯示方式中，每一時刻只有一位數(shù)碼管被點亮，各位依次輪流被點亮，硬件電路簡單，但由于需要不停地進行刷新顯示，降低了 CPU 的效率，而且編程的工作量很大。在存儲器方面，其內(nèi)置 FLASH（閃存，具有 ROM 的非易失性和 EPROM 的可擦除性）多達 60KB， ， RAM 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 35 頁 共 49 頁 多達 2KB 并支持 JTAG 仿真，真正實現(xiàn)了在線仿真調(diào)試 ，對于一般數(shù)控系統(tǒng)而言已經(jīng)足夠，所以也無需擴展外部存儲器。 MSP430 的這種高集成度使應(yīng)用人員不必在接口、外接 I/O 及存儲器上花太多的精力，而可以方便的設(shè)計真正意義上的單片系統(tǒng) ； 在運算性能上， MSP430 系列單片機采用目前流行的精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)， 1 個時鐘周期可以執(zhí)行 1 條指令 (傳統(tǒng)的 MCS51 系列單片機要 12個時鐘周期才可以執(zhí)行一 條指令 )。 MSP430 系列種類繁多，針對不同的場合需要選用相應(yīng)合適的芯片，本次設(shè)計選用 MSP430F149 型，該型號為 64引腳封裝，工作電壓為 。 6． 1． 3 主控芯片 簡介 （ 1） MSP430 簡介 本 設(shè)計 采用的核心芯片為 TI 公司推出 16 位系列單片機 MSP430。 數(shù)控機床單微處理器硬件結(jié)構(gòu)電路概括起來有 以下 幾個 部分組成： （ 1） 中央處理單元 CPU； （ 2） 總線， 包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線； （ 3） 存儲器， 包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器 ； （ 4） 輸入輸出接口電路 ； （ 5） 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電編碼器等。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足當(dāng)今數(shù)控機床高速度、高精度和許多復(fù)雜功能的要求，代表當(dāng)今數(shù)控發(fā)展的水平。 6． 1 硬件電路設(shè)計 6． 1． 1 數(shù)控系統(tǒng) 的 硬件 結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng) 根據(jù)其 使用微機結(jié)構(gòu) 的 劃分，一般可分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類。 數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運算是插補運算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補償。任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，在處理信息方面，軟件和硬件對要完成的任務(wù)是等價的，硬件處理速度快，線路復(fù)雜，軟件設(shè)計靈活，適應(yīng)性強，但速度較慢。 縱向驅(qū)動 電路如圖 51所示，橫向驅(qū)動電路如圖 52所示。 根據(jù)以上參數(shù)， 選用 MOS 管型號為： 縱軸： IRFP250 （ 200V 33A ） ； 橫軸： IRFP240 （ 200V 19A ） 。 使用續(xù)流二級管， 用來保護元 器 件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞 ，以及提供電機制動回路。一般對中大功率的直流電機驅(qū)動電路可以 用相應(yīng)的MOS 管和續(xù)流二級管 （ 肖特基管 ） 搭建 H橋驅(qū)動電路。由于本設(shè)計選用的直流電機功率較大，尤其是在啟動加速時刻，故選擇后者。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 31 頁 共 49 頁 1R = 3 ????? ?輸入驅(qū)動電流 壓降電源電壓 （ Ω ），取整，得 1R =200（ Ω ） 輸出電流電源電壓?2R=最低轉(zhuǎn)換率輸入電流 電源電壓 ?= 53 ?? ?=625（ Ω ）， 為了使輸入端深度飽和 以及歸一化處理 ，可取 2R =1000（ Ω ）。 （ 2） 相關(guān)設(shè)計與選用 本設(shè)計選用 6N135 高速光耦 與 PWM 信號連接 ，其最 高轉(zhuǎn)換 頻率可達 1M 赫茲，工作電壓 015V，典型的驅(qū)動電流為 16mA，工作時 LED 壓降為 ，電流最低轉(zhuǎn)換率為 50%。 光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦 。 表 51 縱 向電動機最大負載轉(zhuǎn)矩計算 1．快速空載啟動狀態(tài) yjfa TTTT ???1m ax aT 為折合到電機軸上的慣性力矩， fT 、 yjT 分別為折合到電機軸上的摩擦力矩和預(yù)緊力矩 2?i ， st ? smV / ? ， mPh ? sra dww /1 5 72 2m a x1m a x ?? （即 m in/15001m ax rn ? ） 能量守恒： hPFiT ???? ?2 或 pFT ?? ?1 在 ： NFNF yjf ,270 ?? mPh ? mNT ???? a x （考慮到總傳動效率約為 90%） ?JTa? ； 由01maxtw?? ， 2max1max iww ? 和 tVPtwm anh ?????2 2m a x 得： )/( )8/100(22 2sr ad??? ?? )( 8 51060 4 mNT a ????? ? 由能量守恒： hff PFiT ??? ?2 得： )( mNi PFT hff ??? ?? ? 同理， )( mNTyj ?? )( 0 7 a x mNT ????? 2．最大負載狀態(tài) yjm TTT ??2max mT 為最大工作載荷 mF 根據(jù)能量守恒 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 28 頁 共 49 頁 由能量守恒： pmm FT ?? ?1 得： )( 6 mNTm ????? ?? )( 0 a x mNT ???? 等效到電機軸上的力矩 mNT ???? a x 3．最快空載移動狀態(tài) )(2 7 7 0 a x mNTTT fyj ?????? mNT ???? a x 表 52 NT4P10120E型直流有刷伺服電機相關(guān)參數(shù) 額定功率 614W 超載功率 連續(xù)轉(zhuǎn)矩 mN? 超載峰值轉(zhuǎn)矩 mN? 額定電壓 90V 超載峰值電流 額定電流 轉(zhuǎn)動慣量 2cmkg? 最高空載轉(zhuǎn)速 2163 min/r 重量 最高超載轉(zhuǎn)速 1746 min/r 長度 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 29 頁 共 49 頁 表 53 橫 向電動機最大負載轉(zhuǎn)矩計算 1． 快速空載啟動狀態(tài) yjfa TTTT ??????? 1m ax aT? 為折合到電機軸上的慣性力矩， fT? 、 yjT? 分別為折合到電機軸上的摩擦力矩和預(yù)緊力矩 35??i， st ? smV /121max ?? ， mPh ?? sr adww / 2m a x1m a x ???? （即 m in/ ax rn ?? ） 能量守恒： hPFiT ???? ?2 或 pFT ?? ???1 在 ： NFNF yjf 123,170 ???? mPh ?? mNT ????? a x （考慮到總傳動效率約為 90%） ????? JTa ； 由01maxtw????? ， 2max1max wiw ???? 和 tVPtwh ??????? m a x2m a x2? 得： )/( 2srad???? )( 4 mNT a ?????? ? ? 由能量守恒： hff PFTi ??????? ?2 得： )( mNi PFT hff ???? ????? ? 同理， )( mNTyj ??? )( a x mNT ?????? 2． 最大負載狀態(tài) yjm TTT ????? 2max mT? 為最大工作載荷 mF? 根據(jù)能量守恒等效到電機軸上的力矩 mNT ????? a x 由能量守恒： pmm FT ?? ????? 1 得： )( 6 mNTm ??????? ?? )(2 3 5 7 a x mNT ????? 3． 最快空載移動狀態(tài) )( a x mNTTT fyj ???????? mNT ????? a x 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 30 頁 共 49 頁 表 54 NT4P10116E型直流有刷伺服電機相關(guān)參數(shù) 額定功率 491W 超載功率 連續(xù)轉(zhuǎn)矩 mN? 超載峰值轉(zhuǎn)矩 mN? 額定電壓 90V 超載峰值電流 額定電流 轉(zhuǎn)動慣量 2cmkg? 最高空載轉(zhuǎn)速 1843 min/r 重量 最高超載轉(zhuǎn)速 1677 min/r 長度 5． 3 直流電 動 機驅(qū)動電路設(shè)計 5． 3． 1 光電隔離電路 （ 1）光電耦合器 (光電隔離器 )簡介 光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下 ,以光為煤介傳送信號 ,對輸入和輸出電路可以進行隔離 .因而具有良好的電絕緣能力 并 能 夠 有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾， 具 有響應(yīng)速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等 特點。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 27 頁 共 49 頁 計算得出： )()( 2cmkgJ ???????? 5． 2． 2 電動機的計算和選型 橫向電動機的相關(guān)計算如表 53 所示。 根據(jù)計算結(jié)果： m in/15001m ax rn ? ， mNT ?? ax ， 即 WP ? ,選用深圳市泰科智能伺服技術(shù)有限公司推出的 NT4P10120E 型直流有刷伺服電機，該電機采用高強度永磁材料，體積小轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，編碼器選定1000P/R，具