【正文】 等。國內的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產業(yè)化、水平質量一般。 隨著計算機技術日新月異的發(fā)展，基于微機的數(shù)控是數(shù)控技術發(fā)展的必然趨勢。我這次設計的基于單片機的沖床系統(tǒng)就是對老式沖床改造的一種嘗試。數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術；是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產的基礎；是提高產品質量、提高勞動生產率必不可少的物質手段；是國防現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略物質；是關系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要基礎性產業(yè)。大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 根據(jù)國民經濟發(fā)展和國家重點建設工程的具體需求，設計制造“高、精、尖”重大數(shù)控裝備，打破國外封鎖，掌握數(shù)控裝備關鍵技術，創(chuàng)出中國數(shù)控機床品牌，提高市場占有率是全面提升我國基礎制造裝備的核心競爭力的關鍵所在。數(shù)控沖床更具人性化，更能提高工業(yè)的生產品質，更受生產廠家的歡迎[1][2]。作為新時代的我們，更應該提高自身能力，適應新時代的發(fā)展。對于上述所提到的研究課題，我們應盡量考慮到人的因素，增強數(shù)控系統(tǒng)的實用性和操作性，為使用者提供切實的方便。沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 3 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)的設計 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)設計目的瓶蓋數(shù)控沖床是實現(xiàn)生產和工作中最常見的一種數(shù)字機械裝備，其控制核心可以采用模擬電路和數(shù)字電路設計實現(xiàn)，但是成本較高且電路會非常復雜。這里我是用單片機來設計一個瓶蓋沖床數(shù)空系統(tǒng)，并通過該系統(tǒng)的設計使自己掌握單片機應用系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計、系統(tǒng)綜合調試等知識。盡可能做到硬件電路設計美觀大方，操作簡便又不失實用性。軟件設計盡可能模塊化、組件化，使應用系統(tǒng)可靈活配置，適應不同的情況。（3）安全可靠性原則：軟件的設計要做到安全可靠，防止系統(tǒng)的性能不穩(wěn)定。 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)的總體設計本文則主要從單片機 AT89S52 入手來設計一種瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)。如果對系統(tǒng)再稍加修飾還可作為一種通用多功能的高精度控制沖床，配合多功能模具可以實現(xiàn)多樣化生產，提高設備的通用性。系統(tǒng)由 AT89S5LED 數(shù)碼管(共陰極)、按鈕按鍵、發(fā)光二極管,步進電機及其專用驅動芯片等部分構成。也具有人工輸入控制，比對校正工件位置，實現(xiàn)自動控制和人為干涉等功能。（1）瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)總框圖。（3）相關的硬件電路設計與實現(xiàn)。 瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)設計任務及要求（1）了解瓶蓋沖床的工作過程；（2）實現(xiàn)功能：控制二軸步進電機，按要求控制沖床，沖壓瓶蓋。沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 第 2 章 步進電機的應用及沖床數(shù)控系統(tǒng)設計概述 步進電機簡介及其應用 步進電機的發(fā)展步進電機 又稱為脈沖電動機或階越電動機，國外一般稱為 STEP MOTOR 或者 STEPPING MOTOR，PULSE MOTOR，STEPPER SERBO，SPEPPER。這是機電一體化的必然趨勢。從廣義上講，步進電機是一種受電脈沖信號控制的無刷式直流電機，也可以看作是在一定頻率范圍轉速與控制脈沖頻率相同的同步電機 [7]。1870 年前后開始以控制為目的嘗試，應用于氬弧燈的電機輸送機構。此后，在電話自動交換機中廣泛使用了步進電機。20 世紀 60 年代后期，在步進電機本體方面隨著永磁材料的發(fā)展，各種實用性步進電機應運而生，而半導體技術的發(fā)展則推動了步進電機在眾多領域的應用。從發(fā)展的趨勢來講，步進電機已經能夠于直流電機，異步電機，以及同步電機并列 [6][8]。步進電機可分為反應式步進電機（簡稱 VR）、永磁式步進電機（簡稱 PM）和混合式步進電機（簡稱 HB）。 步進電機的驅動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產生。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為 ABC－ D,通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制 A,B,C，D 相的通斷。 （3）控制步進電機的速度 ：如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步。調整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調速。 沖床數(shù)控系統(tǒng)設計概述數(shù)控沖床作為一種高精度的自動化機床,綜合應用了電子、計算機、自動控制和機床制造等領域的先進技術,在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用,它很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結構復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題,且能穩(wěn)定產品的加工質量,大幅度地提高生產率。所有這些都是為了提高機床的價格性能比,即用較少的錢得到較高的機械性能和加工能力。一般來說,對現(xiàn)有普通沖床進行數(shù)控改造的具體做法是,主傳動系統(tǒng)一般不作變動,進給傳動系統(tǒng)中采用高精度的滾珠絲杠替換進給軸原有的普通絲杠。設計方案中應主要考慮系統(tǒng)控制部分的設計如：控制核心的選用，步進電沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 7 機的驅動和控制方法，人機接口的設計，以及相關電路和器件的選用等等。 本章小結本章對步進電機的應用及沖床數(shù)控系統(tǒng)設計進行了介紹，進一步明確了本畢業(yè)設計的主要目的，即完成沖床數(shù)控系統(tǒng)設計的設計、開發(fā)，以解決現(xiàn)有沖床可靠性較差，工作質量低、占用人力資源大、不能智能化工作、工作方式單一的不足。如何驅動和控制步進電機、進行沖壓瓶蓋、人工如何于數(shù)控系統(tǒng)通信是本論文的研究重點。且產品加工質量穩(wěn)定,生產效率大幅度提高。經濟型數(shù)控系統(tǒng)采用了適合于現(xiàn)場實時控制和數(shù)據(jù)采集的單片機作為控制器,以控制靈活、可靠性高的步進電機進行驅動。特別是在對現(xiàn)有普通機床進行數(shù)控改造方面,MCS —51 系列單片機體現(xiàn)了無窮的魅力。（2）伺服控制機構：采用開環(huán)控制，用單片機來實現(xiàn)對步進電機的 X－Y軸向運動控制，（3）傳感器檢測機構：為了協(xié)調沖頭沖壓動作和步進電機的進給動作，防止動作失調。（4）強電控制機構：由于伺服控制機構為弱點控制，而沖壓執(zhí)行機構為強電動作機構，所以需要用繼電器來實現(xiàn)弱點控制強電動作。（5）人機對話機構：一般采用典型的鍵盤顯示電路，根據(jù)工作要求和系沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 9 統(tǒng)功能的不同其具體配置也不盡相同。 系統(tǒng)硬件結構根據(jù)上述功能要求，本次設計系統(tǒng)的硬件部分主要包沖壓執(zhí)行機構、單片機、鍵盤及顯示器件、伺服控制機構，繼電器，光電傳感器等。本次設計瓶蓋沖床數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構如圖 31 所示 [3]。定時中斷程序框圖如圖 34，按操作流程或系統(tǒng)職能，步進電機的驅動和控制軟件主要由以下幾部分構成：（1）電機的驅動。（3）X－Y 軸，軸向運動控制。根據(jù)他們之間的協(xié)議，設計編寫他們之間的通訊程序。單片機與 IC 卡的通訊程序：主要模擬確認信號、起始位、停止位，寫操作，讀操作等通訊規(guī)程。開始加速判斷勻速運動置不加速標志減速判斷？置減速標志脈沖頻率控制程序返回加速運動減速運動圖 33 加減速子程序沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 13 沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 開始關中斷保護現(xiàn)場回位X 步進Y 步進Y 回位X 回位Y 向運動模塊定時器賦值向運動模塊恢復現(xiàn)場 開中斷 返回X 回位子程序Y 回位子程序X 向運動模塊圖 34 定是中斷程序流程圖 本章小結本章根據(jù)具體的實際應用，設計系統(tǒng)主要功能，并作了描述。在硬件設計的基礎上，對軟件進行了設計，設計了系統(tǒng)職能模塊。 單片機的選擇AT89S52 是一種低功耗，高效能帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易丟失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳兼容。AT89S52 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下個硬件復位。本文用的 AT89S52 的封裝形式是 PDIP。1．主要功能特性?與 MCS51 兼容?8K 字節(jié)可編程閃爍存儲器沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 ?壽命：1000 寫/擦循環(huán)?數(shù)據(jù)保留時間：10 年?全靜態(tài)工作：0Hz24Hz?三級程序存儲器鎖定?128*8 位內部 RAM?32 個可編程雙向 I/O 口?3 個 16 位可編程定時器/計數(shù)器 圖 41 AT89S52 引腳分布圖?低功耗的閑置和掉電模式?片內振蕩器和時鐘電路 ? 1 個可編程 UARL 通道? 1 個串行中斷? 兩個外部中斷源? 8 個中斷源?全靜態(tài)操作：0HZ－24MHZ? 可直接驅動 LED （AT89C2051 ）? 軟件設置睡眠和喚醒功能 2．管腳說明沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 VCC：供電電壓。P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路的雙向 I/O 口，可以驅動 8 個 TTL 電路。P0 口能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。當 FIASH 進行校驗時，P0 口輸出為原碼，而此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入“1”后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。與 AT89C51 不同之處是， 和 還可以分別作為定時、計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（）和輸入（） ，參見表 41。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當 P3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 18 P3 口也可作為 AT89S52 的一些特殊功能口，P3 口管腳的備選功能如下： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。/EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管是否有內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 19 3．振蕩器特性XTAL1 口和 XTAL2 口分別為反向放大器的輸入和輸出。采用石晶振蕩和陶瓷振蕩均可。當有信號輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器。4．芯片擦除整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。此外，AT89S52 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 鍵盤顯示接口芯片的選擇HD7279A 芯片的實物如圖 42 所示，HD7279ABCD 八位 LED 數(shù)碼管 /64 鍵鍵盤控制芯片外部管腳分布情況如圖 43 所示。HD7279A 內部還有譯碼器，可以直接接受 BCD 碼或者 16 進制碼，并同時具有 2 種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。其串行接口無須外圍元件可以直接驅動 LED，各位獨力控制譯碼及消隱和閃爍屬性，內嵌（循環(huán)）左移/（循環(huán)）右移指令，具有段尋址指令，方便控制獨立 LED，64 鍵鍵盤控制器，內含去抖動電路，有 DIP 和 SOIC 兩種封裝形式供選擇。BCD 碼鎖存/7 段譯碼/驅動器，利用該器件的 7 段碼a、b、c、d、e、f、g 可直接驅動數(shù)碼管 LED（共陰）。當需要數(shù)據(jù)傳輸時，片選端 CS 為低電平，CLK 和 DATA 為輸入端接受數(shù)據(jù)，進行譯碼操作或直接送顯示位顯示；當鍵盤有鍵按下時，KEY 為低電平同沈陽工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 21 時 DATA 在鍵盤讀指令最后一個周期的下降沿變?yōu)檩敵龆?。電路中的二極管為數(shù)碼管中七段碼 ag所對應的發(fā)光二極管。AT24C01 有一個 8 字節(jié)頁寫緩沖器。其主要特性如下與 400KHz I2 C 總線兼容 到 伏工作電壓范圍 低功耗 CMOS 技術 寫保護功能 當 WP 為高電平時進入寫保護狀態(tài) 頁寫緩沖器 自定時擦寫周期 1,000,000 編程/擦除周期 可保存數(shù)據(jù) 100 年 8 腳 DIP SOIC 或 TSSOP 封裝 其管腳圖如圖 24 圖 44 AT24C01 存儲器其管腳功能如下A0 A1 A2 器件地址選