【正文】 控制回路，或者集成電路，不僅調試安裝復雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設計電路，不利于系統(tǒng)的改進升級。為了得到良好的控制性能，對步進電機的控制的研究就一直沒有停止過，許多重大的技術得以實現(xiàn)。優(yōu)點明顯的步進電機被廣泛應用在電子計算機的許多外圍設備中，例如打印機，紙帶輸送機構，卡片閱讀機，主動輪驅動機構和存儲器存取機構等，步進電機也在軍用儀器，通信和雷達設備，攝影系統(tǒng)，光電組合裝置，閥門控制，數(shù)控機床，電子鐘，醫(yī)療設備及自動繪圖儀，數(shù)字控制系統(tǒng)，工具機控制，程序控制系統(tǒng)以及許多航天工業(yè)的系統(tǒng)中得到應用。雖然與發(fā)達國家相比，我們我國的數(shù)控技術方面整體發(fā)展水平還比較低，但已經(jīng)在我國占有非常重要的地位，并起了很大的作用。目前世界各國都在大力發(fā)展數(shù)控技術，我國的數(shù)控系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，我國己經(jīng)能夠自行研制開發(fā)適合我國數(shù)控機床發(fā)展需要的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領域都有應用。步進電機可以在寬廣的頻率范圍內通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調速、快速起停、正反轉控制等，這是步進電動機最突出的優(yōu)點。這些關系在負載能力范圍內不隨電源電壓、負載大小、環(huán)境條件等的變化而變化?？梢哉f步進電動機天生就是一種離散運動的裝置，是純粹的數(shù)字控制電動機，步進電機驅動器通過外加控制脈沖，控制步進電動機各相繞組的導通或截止，從而使電動機產生步進運動。而在這些技術環(huán)節(jié)中，具有很多優(yōu)點的步進電機就是一個重要角色，比如在數(shù)控技術中。這個時期，國內的數(shù)控技術獲得了飛速發(fā)展，奠定了中國數(shù)控機床產業(yè)和現(xiàn)代數(shù)控技術的堅實基礎。90年代以后，中國在數(shù)控技術發(fā)展上制定并貫徹了“集中優(yōu)勢，突破關鍵，以我為主，發(fā)展產業(yè)”的方針，逐步形成了航天數(shù)控集團、華中數(shù)控和藍天數(shù)控等生產普及型數(shù)控系統(tǒng)，建成了批量生產各種數(shù)控機床的若干產業(yè)化基地。在此期間，我國在引進、消化吸收的基礎上，跟蹤國外先進技術的發(fā)展，開發(fā)出了一些高檔的數(shù)控系統(tǒng)，如多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字仿形系統(tǒng)、為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)等，結束了國內數(shù)控技術徘徊不前的局面。但在這一時期數(shù)控線切割機床是個例外，由于其結構簡單、使用方便、價格低廉，在模具加工中得到了推廣。但由于電子元器件的質量和制造工藝水平低，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性問題沒有得到解決，因此未能廣泛推廣。60年代末至70年代初研制成功X53K1G數(shù)控銑床、CJK18數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控非圓齒輪插齒機。 數(shù)控技術在國內的發(fā)展我國從1958年開始研究數(shù)控技術，一直到60年代中期處于研制、開發(fā)階段。鑒于此，發(fā)達國家把提高數(shù)控技術水平作為提高制造業(yè)水平的重要基礎，競相發(fā)展本國的數(shù)控產業(yè)。數(shù)控技術是關系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力水平重要基礎產業(yè)，其水平高低是衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標志，實現(xiàn)加工機床及生產過程數(shù)控化，是當今制造業(yè)的發(fā)展方向?，F(xiàn)代CAD/CAM、FMS、CIMS和FA（自動化工廠）等都是建立在數(shù)控技術之上的。數(shù)控技術的廣泛應用使機械制造業(yè)的生產方式、產業(yè)結構和管理方式發(fā)生了深刻的變化，它的關聯(lián)效益、輻射能力更是難以估計。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)也主要是基于微型計算機的數(shù)控系統(tǒng)。由于微型計算機性價比不斷提高，使其迅速滲透到各行各業(yè)，很快取代了小型計算機系統(tǒng)，成為計算機數(shù)控系統(tǒng)的核心。以1970年在美國芝加哥國際機床展覽會上首次展出的小型計算機數(shù)控系統(tǒng)為代表。1965年以后，集成電路開始廣泛應用于數(shù)控系統(tǒng)中，大大緩解了分立式元器件數(shù)控系統(tǒng)布線復雜、可靠性差、維修困難等問題。誕生于20世紀50年代末，主要由固定布線的晶體管元器件電路取代了昂貴的、易損壞及難以推廣的電子管控制電路。以麻省理工學院研制的基于電子管和繼電器的機床數(shù)控裝置為標志。隨著微電子技術和計算機技術的快速進步和發(fā)展，在短短幾十年的時間內，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了五代發(fā)展歷程。1952年，美國麻省理工學院(MIT)與帕森公司進行合作，制造出世界第一臺三坐標數(shù)控銑床。另外，本文就研制數(shù)控系統(tǒng)過程中的幾個關鍵問題展開了深入的研究，即：插補原理與方法、液晶顯示的實現(xiàn)、刀補原理與實現(xiàn)方法。系統(tǒng)硬件設計時，選用AT89S52芯片為控制核心，設計一套硬件系統(tǒng)較簡單、經(jīng)濟，但功能較為齊全，適應性強，操作方便，可靠性高的，能夠有機地把電子技術、單片機技術、電機的控制技術結合起來數(shù)字控制系統(tǒng)。 畢業(yè)設計(論 文)基于單片機的儀表車床簡易數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)系 別自動化工程系專 業(yè)測控技術與儀器班級學號5061015姓 名李城劍指導教師宋愛娟2010年 6 月 15 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第I頁基于單片機的儀表車床簡易數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)摘 要隨著時代的發(fā)展，數(shù)控技術獲得了廣泛的應用，以單片機為控制核心，以步進電機為執(zhí)行元件的數(shù)控系統(tǒng)，由于其結構簡單，價格便宜，經(jīng)濟型數(shù)控機床，很適合我國小型企業(yè)使用。文中首先總結了國內外數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，討論了經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的工作原理和功能，在此基礎上，系統(tǒng)地分析了所研制數(shù)控系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。而且還分析了步進電機的工作原理，然后以單片機為主控制器提出了整個系統(tǒng)的硬件設計方案，在此基礎上對各個模塊的電路進行詳細的設計。關鍵詞： 數(shù)控系統(tǒng),插補,單片機,步進電機,顯示 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 IV 頁Simple microcontrollerbased instrument lathe CNC SystemAuthor: LichengjianTutor: SongaijuanAbstractWith development of technologies，NC technology has been used widely，displaying the NC by the numbers based on SCM from the simplest NC to the Advantest CNC to realize the NC plotting function.At first, this paper summarized the current status and development tendency of the domestic and foreign NC technology, Discussed the work and function of the economical NC system principle, in the foundation, systematically analyzed the hardware and software functional design of the numerical control system is developed .When the system hardware is designed, chose the. AT89S52 chip as the control core .The system software functional design mainly includes edition, automatic processing, simulation and parameter hypothesis.Moreover, this paper discussed the solution of the four key problems in detail .namely: the principle and method of interpolation, the realization of liquid crystal display, tool pensation and its realization method, semiclosed control research .Finally, the paper has forecast the tendency of reaching experimental NC.Key words: Numerical controller, Interpolation, single chip microprocessor, step electric motor, Liquid crystal display 目 錄1 緒論 1 數(shù)控技術發(fā)展簡史 1 數(shù)控技術在國民經(jīng)濟中的作用 1 數(shù)控技術在國內的發(fā)展 2 課題研究的背景及意義 3 背景 3 意義 4 課題研究的主要內容 52 系統(tǒng)總體方案設計 6 總體方案 6 設計參數(shù) 6 系統(tǒng)組成 7 系統(tǒng)的坐標系 7 系統(tǒng)的功能分析 83 系統(tǒng)硬件電路設計 10 CPU及存儲器的擴展設計 10 CPU的選擇 10 程序存儲器擴展 12 數(shù)據(jù)存儲擴展 13 鍵盤電路和LCD顯示電路設計 14 鍵盤電路 14 LCD電路設計 16 I/O口擴展及其外圍電路設計 17 可編程外圍并行接口設計 18 步進電機控制設計 19 步進電機的工作原理 19 步進電機的選擇 21 步進電機驅動與隔離選擇 22 開關量輸入、輸出通道設計 24 開關量輸入通道 24 有觸點開關量 24 系統(tǒng)抗干擾措施 24 硬件抗干擾技術 25 軟件抗干擾技術 254 系統(tǒng)軟件設計 27 系統(tǒng)軟件的總體框架簡介 27 鍵盤的功能設置 29 零件程序的編輯 30 加工程序模塊設計 30 加工程序的譯碼 32 對刀程序模塊設計 325 若干關鍵技術的研究 33 斜線插補 33 圓弧插補 35總 結 38致 謝 39參考文獻 40附 錄 41附錄A 英文附錄文獻 41附錄B 英文文獻譯文 45附錄C 系統(tǒng)硬件電路 49 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第9頁1 緒論 數(shù)控技術發(fā)展簡史1949年，美國帕森公司在美國空軍合作研制一種用于滿足日益復雜的飛機葉片自動加工的計算裝置時率先提出了機床數(shù)控的概念。這臺機床的研制成功標志著NC技術的開創(chuàng)和機械制造新時代(數(shù)控時代)的開始。（1）第一代數(shù)控系統(tǒng)電子管數(shù)控系統(tǒng)。（2）第二代數(shù)控系統(tǒng)晶體管數(shù)控系統(tǒng)。（3）第三代數(shù)控系統(tǒng)中、小集成電路數(shù)控系統(tǒng)。（4）第四代數(shù)控系統(tǒng)小型計算機數(shù)控系統(tǒng)。（5）第五代數(shù)控系統(tǒng)微型計算機數(shù)控系統(tǒng)(MNC)。目前，計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)均指由一個或多個微型計算機作為數(shù)控系統(tǒng)核心組件的數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控技術在國民經(jīng)濟中的作用 數(shù)控技術經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展己經(jīng)成為現(xiàn)代制造技術的基礎，它的發(fā)展和應用標志著生產和控制領域一個嶄新時代的到來，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大變化。數(shù)控技術是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產的基礎。數(shù)控技術是國際商業(yè)貿易的重要組成部分，發(fā)達國家都把數(shù)控設備視為具有高技術附加值、高利潤的重要出口產品，貿易額逐年增加。專家們曾預言:機械制造業(yè)的競爭，其實質是數(shù)控技術的競爭。當前，以數(shù)控技術為主要標志的現(xiàn)代制造業(yè)成了美國、日本、歐洲等工業(yè)國家競爭的焦點之一。1965年，國內開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從70年代開始，數(shù)控技術在車、銑、鉆、鍵、磨、齒輪加工、電加工等領域全面展開，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。70年代至80年代初，國內的數(shù)控技術的發(fā)展總體步入徘徊期。80年代我國先后從日本、美國等國家引進了部分數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)技術，并于1981年在我國開始批量生產。到1985年，中國的數(shù)控機床新品種累計達80多種，包括加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等，使得數(shù)控技術的發(fā)展總體進入實用階段。同時，國內數(shù)控系統(tǒng)在技術上也趨于成熟，在高速主軸、快速進給、快速換刀、柔性制造、快速成型等技術上都取得了突破，一些重大關鍵技術已達到國際先進水平。 課題研究的背景及意義 背景一個國家的制造業(yè)水平在很大程度上可以體現(xiàn)國家的實力，國家的發(fā)展也在很大程度上依賴于先進的制造業(yè)，所以大多數(shù)國家都非常重視大力發(fā)展制造業(yè)，二戰(zhàn)后，計算機控制技術、微電子技術、信息和自動化技術有了迅速的發(fā)展，并在制造業(yè)中得到了愈來愈廣泛的應用，先后出現(xiàn)了數(shù)控(NC)、計算機數(shù)控(CNC)、柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)等多項先進制造技術與制造模式，推動著世界制造業(yè)進入一個嶄新的階段川。步進電動機又稱脈沖電動機或階躍電動機，國外一般稱為Stepping motor、Pu1Semotor或 stepper Servo，其應用發(fā)展己有約80年的歷史。就是說給一個電脈沖信號，電動機就轉過一個角度或者前進一步，其輸出轉角、轉速與輸入脈沖的個數(shù)、頻率有著嚴格的比例關系。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，同時步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差，精度高。正是由于步進電機具有突出的優(yōu)點，所以成了機電一體化的關鍵產品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。比如在數(shù)控系統(tǒng)中就得到廣泛的應用。其中華中數(shù)控系統(tǒng)解決了“五軸聯(lián)動”，為“神州”系列飛船順列升空立下了汗馬功勞。除了在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應用，近年來由于微型計算機方面的快速發(fā)展，使步進電機的控制發(fā)生了革命性變革。因而，對于步進電機控