綜合課程設(shè)計(jì)---x-y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)說明書

1、<p>　　設(shè)計(jì)組號： 1 </p><p>　　機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)</p><p>　　X-Y數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　學(xué)校名稱： ****科技大學(xué)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)組長： **</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)隊(duì)員

2、： ***</b></p><p>　　指導(dǎo)老師： ***

3、 </p><p><b>　　一、總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控X-Y工作臺(tái)及其控制系統(tǒng)。該工

4、作臺(tái)可用于銑床上坐標(biāo)孔的加工和臘摸、塑料、鋁合金零件的二維曲線加工，重復(fù)定位精度為±0.01mm，定位精度為0.025mm。</p><p>　　設(shè)計(jì)參數(shù)如下：負(fù)載重量G=150N；臺(tái)面尺寸C×B×H＝145mm×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大長度L=388mm；

5、工作臺(tái)加工范圍X=55mm，Y=50mm；工作臺(tái)最大快移速度為1m/min。</p><p>　　1.2 總體方案確定</p><p>　?。?）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)</p><p>　　由于工件在移動(dòng)的過程中沒有進(jìn)行切削，故應(yīng)用點(diǎn)位控制系統(tǒng)。定位方式采用增量坐標(biāo)控制。為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)X-Y工作臺(tái)。</p>&l

6、t;p><b>　?。?）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用了與MCS-51系列兼容的AT89S51單片機(jī)控制系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，有較高的性價(jià)比。</p><p>　　控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、LED、I/O接口、光電偶合電路、步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵功率放大器電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。LE

7、D顯示數(shù)控工作臺(tái)的狀態(tài)。</p><p>　?。?）X-Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式</p><p>　　為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，又要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以選用絲杠螺母傳動(dòng)副。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)載荷不大，因此采用有預(yù)加載荷的雙V形滾珠導(dǎo)軌。采用滾珠導(dǎo)軌可減少兩個(gè)相對運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性

8、，減小振動(dòng)。</p><p>　　考慮電機(jī)步距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率的要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。</p><p>　　圖1-1 系統(tǒng)總體框圖</p><p><b>　　二、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1、工作臺(tái)外形尺寸及重量估算</p><p>　　X向拖

9、板（上拖板）尺寸：</p><p>　　長寬高 145×160×50</p><p>　　重量：按重量=體積×材料比重估算</p><p><b>　　N</b></p><p>　　Y向拖板（下拖板）尺寸： </p><p><

10、b>　　重量：約90N。</b></p><p>　　上導(dǎo)軌座（連電機(jī)）重量：</p><p>　　夾具及工件重量：約150N 。</p><p>　　X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量：約287N。</p><p>　　2.2、滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定</p><p>　　⑴、導(dǎo)軌型式：圓形截面滾珠導(dǎo)軌<

11、;/p><p><b>　?、?、導(dǎo)軌長度</b></p><p><b>　?、偕蠈?dǎo)軌（X向）</b></p><p>　　取動(dòng)導(dǎo)軌長度 </p><p>　　動(dòng)導(dǎo)軌行程 </p><p>　　支承導(dǎo)軌長度 </p&

12、gt;<p><b>　?、谙聦?dǎo)軌（Y向）</b></p><p>　　選擇導(dǎo)軌的型號：GTA16 </p><p>　?、?、直線滾動(dòng)軸承的選型</p><p><b>　?、偕蠈?dǎo)軌</b></p><p><b>　?、谙聦?dǎo)軌</b></p>&l

13、t;p>　　由于本系統(tǒng)負(fù)載相對較小，查表后得出LM10UUOP型直線滾動(dòng)軸承的額定動(dòng)載荷為370N，大于實(shí)際動(dòng)負(fù)載；但考慮到經(jīng)濟(jì)性等因素最后選擇LM16UUOP型直線滾動(dòng)軸承。并采用雙排兩列4個(gè)直線滾動(dòng)軸承來實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平臺(tái)的支撐。</p><p>　　⑷、滾動(dòng)導(dǎo)軌剛度及預(yù)緊方法 </p><p>　　當(dāng)工作臺(tái)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)壓在兩端滾動(dòng)體上的壓力會(huì)發(fā)生變化，受力大的滾動(dòng)體變形大，受力

14、小的滾動(dòng)體變形小。當(dāng)導(dǎo)軌在位置Ⅰ時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力相等，工作臺(tái)保持水平；當(dāng)導(dǎo)軌移動(dòng)到位置Ⅱ或Ⅲ時(shí)，兩端滾動(dòng)體受力不相等，變形不一致，使工作臺(tái)傾斜α角，由此造成誤差。此外，滾動(dòng)體支承工作臺(tái)，若工作臺(tái)剛度差，則在自重和載荷作用下產(chǎn)生彈性變形，會(huì)使工作臺(tái)下凹（有時(shí)還可能出現(xiàn)波浪形），影響導(dǎo)軌的精度。</p><p>　　2.3、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　滾珠絲杠的負(fù)荷包括銑削力及運(yùn)

15、動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按銑削時(shí)的情況計(jì)算。</p><p>　?、拧⒆畲髣?dòng)負(fù)載Q的計(jì)算</p><p>　　查表得系數(shù)，，壽命值</p><p>　　查表得使用壽命時(shí)間T=15000h，初選絲杠螺距t=4mm，得絲杠轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　所以 </b></p><p&g

16、t;<b>　　X向絲杠牽引力</b></p><p><b>　　Y向絲杠牽引力</b></p><p><b>　　所以最大動(dòng)負(fù)荷</b></p><p>　　X向 </p><p>　　Y向 </p>&l

17、t;p>　　查表，取滾珠絲杠公稱直徑 ，選用滾珠絲杠螺母副 的型號為 SFK1004，其額定動(dòng)載荷為390N，足夠用。</p><p>　?、?、滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)計(jì)算</p><p>　　表2-1 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)</p><p><b>　　見表2-1。</b></p>

18、<p><b>　?、?、傳動(dòng)效率計(jì)算</b></p><p>　　式中：——摩擦角；——絲杠螺紋升角。</p><p><b>　?、取偠闰?yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量</p><p>　　Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計(jì)算</p&g

19、t;<p><b>　　所以 </b></p><p>　　絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。</p><p><b>　　所以導(dǎo)程總誤差</b></p><p>　　查表知E級精度的絲杠允許誤差，故剛度足夠。</p><p><b>　?、伞⒎€(wěn)定性驗(yàn)算&

20、lt;/b></p><p>　　由于絲杠兩端采用止推軸承，故不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p>　　2.4、步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　⑴、步進(jìn)電機(jī)的步距角</p><p>　　取系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)步距角。</p><p>　　⑵、步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算</p><p>

21、　　設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為T，負(fù)載力為P，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力做功有如下關(guān)系</p><p>　　式中： ——電機(jī)轉(zhuǎn)角； ——移動(dòng)部件的相應(yīng)位移； ——機(jī)械傳動(dòng)效率。</p><p>　　若取 ，則，且，所以</p><p>　　式中： ——移動(dòng)部件負(fù)載（N）；G——移動(dòng)部件重量（N）； ——與重量方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力（N）； ——

22、導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；——步進(jìn)電機(jī)步距角，（rad）；T——電機(jī)軸負(fù)載力矩（）</p><p>　　本例中，?。ù慊痄摑L珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），，為絲杠牽引力，?？紤]到重力影響，Y向電機(jī)負(fù)載較大，因此取，所以</p><p>　　若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩</p><p>　　取安全系數(shù)為0.3，則 </p><p>　　對于

23、工作方式為三相六拍的三相步進(jìn)電機(jī)</p><p>　?、?、步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率</p><p>　　查表選用兩個(gè)45BF005-Ⅱ型步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的有關(guān)參數(shù)見表2-2。</p><p>　　表2-2 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)</p><p>　　2.5、確定齒輪傳動(dòng)比</p><p>　　因步進(jìn)電機(jī)步距角，滾珠絲杠螺距 ，要

24、實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量，在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對齒輪降速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)比</p><p>　　選 ， 。</p><p>　　2.6、確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸</p><p>　　因傳遞的扭距較小，取模數(shù)，齒輪有關(guān)尺寸見表3-3。</p><p>　　2.7、步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算</p><p>　　表2-3 齒輪尺

25、寸</p><p>　　根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式，得</p><p>　　式中： ——折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（）； ——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；——齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；——齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；M——移動(dòng)部件質(zhì)量（）。</p><p>　　對材料為鋼的圓柱零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算</p><p>　

26、　式中：D——圓柱零件直徑（cm）；L——零件長度（cm）。</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略，則</p><p>　　因?yàn)?，所以慣性匹配比較符合要求。</p><p>　　三、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　X-Y數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)

27、硬件主要包括CPU、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)、傳感器、人機(jī)交互界面。</p><p>　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意幾點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、響應(yīng)性能好、造價(jià)低、可維護(hù)性、人機(jī)交互界面可操作性比較好。</p><p><b>　　3.1 CPU板</b></p><p>　　3.1.1 CPU的選擇</p><p>　　隨著微電子技術(shù)水平的不

28、斷提高，單片微型計(jì)算機(jī)有了飛躍的發(fā)展。單片機(jī)的型號很多，而目前市場上應(yīng)用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)89C51，價(jià)格低廉，而性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大。</p><p>　　在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機(jī)，MCS-96系列單片機(jī)廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實(shí)時(shí)處理的控制系統(tǒng)，它具有較強(qiáng)的運(yùn)算和擴(kuò)展能力。但是定位合理的單片機(jī)可以節(jié)約資源，獲得較高的性價(jià)比。&

29、lt;/p><p>　　從要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)來看，選用較老的8051單片機(jī)需要拓展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，無疑提高了設(shè)計(jì)價(jià)格，而選用高性能的16位MCS-96又顯得過于浪費(fèi)。生產(chǎn)基于51為內(nèi)核的單片機(jī)的廠家有Intel、ATMEL、Simens，其中在CMOS器件生產(chǎn)領(lǐng)域ATMEL公司的工藝和封裝技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位。ATMEL公司的AT89系列單片機(jī)內(nèi)含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，在程序開發(fā)過程中可以十分容易的進(jìn)行程序修改，同時(shí)掉

30、電也不影響信息的保存；它和80C51插座兼容，并且采用靜態(tài)時(shí)鐘方式可以節(jié)省電能。</p><p>　　因此硬件CPU選用AT89S51，AT表示ATMEL公司的產(chǎn)品，9表示內(nèi)含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，S表示含有串行下載Flash存儲(chǔ)器。</p><p>　　AT89S51的性能參數(shù)為：Flash存儲(chǔ)器容量為4KB、16位定時(shí)器2個(gè)、中斷源6個(gè)（看門狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷0、外部中斷1、定

31、時(shí)器0和定時(shí)器1中斷）、RAM為128B、14位的計(jì)數(shù)器WDT、I/O口共有32個(gè)。</p><p>　　3.1.2 CPU接口設(shè)計(jì)</p><p>　　CPU接口部分包括傳感器部分、傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分、人機(jī)交互界面三部分。示意圖如下所示：</p><p>　　圖3-1 CPU外部接口示意圖</p><p>　　AT89S51要完成的任務(wù)：&l

32、t;/p><p>　?。?）將行程開關(guān)的狀態(tài)讀入CPU，通過中斷進(jìn)行處理，它的優(yōu)先級別最高。</p><p>　?。?）通過程序?qū)崟r(shí)控制電機(jī)和電磁鐵的運(yùn)行。</p><p>　?。?）接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應(yīng)到LED上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互作用。</p><p>　　由于AT89S51只有P1口和P3口是準(zhǔn)雙向口，但

33、P3口主要以第二功能為主，并且在系統(tǒng)中要用到第二功能的中斷口，因此要進(jìn)行I/O擴(kuò)展?？紤]到電路的簡便性和可實(shí)現(xiàn)性，實(shí)際中采用內(nèi)部自帶鎖存器的8155，所以AT89S51的I/O口線分配如下：</p><p>　　（1）P1.0-P1.5控制X-Y兩個(gè)方向步進(jìn)電機(jī)的A、B、C線圈通電，形成A-AB-B-BC-C-CA-A三相六拍正轉(zhuǎn)模式和A-AC-C-CB-B-BA-A的反轉(zhuǎn)模式。</p><p

34、>　?。?）P1.6口輸出控制電磁鐵的吸合。</p><p>　?。?）P3.2和P3.3兩個(gè)中斷源中INT0優(yōu)先級最高，它讀入行程開關(guān)的狀態(tài)并觸發(fā)中斷；INT1讀入點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位、圓弧插補(bǔ)開關(guān)的狀態(tài)而觸發(fā)中斷。</p><p>　?。?）P0.0-P0.7外部I/O擴(kuò)展的數(shù)據(jù)讀取。</p><p>　　（5）P2.7和P2.6決定8155的PA、PB、PC口的地

35、址。</p><p>　　圖3-2 AT89S51控制系統(tǒng)圖</p><p>　　PB口接LED反映當(dāng)前運(yùn)行的8個(gè)狀態(tài)：X+禁止、X-禁止、Y+禁止、Y-禁止、手動(dòng)X+運(yùn)行、手動(dòng)X-運(yùn)行、手動(dòng)Y+運(yùn)行、手動(dòng)Y-運(yùn)行。</p><p>　　PA口低四位反映觸發(fā)中斷1的4個(gè)行程開關(guān)的狀態(tài)。</p><p>　　PC口低6位反映了觸發(fā)中斷2的手

36、動(dòng)X+運(yùn)行、手動(dòng)X-運(yùn)行、手動(dòng)Y+運(yùn)行、手動(dòng)Y-運(yùn)行、復(fù)位（RST）、圓弧插補(bǔ)6個(gè)開關(guān)的狀態(tài)。</p><p><b>　　3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)須滿足快速急停、定位和退刀時(shí)能快速運(yùn)行、工作時(shí)能帶動(dòng)工作臺(tái)并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度運(yùn)行。在定位和退刀時(shí)電磁鐵吸合使繪筆抬起，

37、繪圖時(shí)能及時(shí)釋放磁力使筆尖壓下。</p><p>　　3.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和工作原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的速度控制比較容易實(shí)現(xiàn)，而且不需要反饋電路。設(shè)計(jì)時(shí)的脈沖當(dāng)量為0.01mm，步進(jìn)電機(jī)每走一步，工作臺(tái)直線行進(jìn)0.01mm。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中采用了光電偶合器，它具有較強(qiáng)的抗干擾性，而且具有保護(hù)CPU的作用，當(dāng)功放電路出現(xiàn)故

38、障時(shí)，不會(huì)將大的電壓加在CPU上使其燒壞。</p><p>　　圖3-4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p>　　該電路中的功放電路是一個(gè)單電壓功率放大電路，當(dāng)A相得電時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。電路中與繞組并聯(lián)的二極管D起到續(xù)流作用，即在功放管截止是，使儲(chǔ)存在繞組中的能量通過二極管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。與繞組W串聯(lián)的電阻為限流電阻，限制通過繞組的電流不至超過額定值，以免電動(dòng)機(jī)發(fā)熱

39、厲害被燒壞。</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)采用的是三相六拍的工作方式（三個(gè)線圈A、B、C），其正轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈-AB-B-BC-C-CA-A，其反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋篈-AC-C-CB-B-BA-A。</p><p><b>　　電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　該驅(qū)動(dòng)電路也采用了光電偶合器，但其功放電路相對簡單。其光電偶合部分采

40、用的是達(dá)林頓管，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電磁鐵的電流比較大。</p><p>　　3.2.3 電源設(shè)計(jì)</p><p>　　兩電機(jī)同時(shí)工作再加上控制系統(tǒng)用電，所需電源容量比較大，需要選擇大容量電源。此系統(tǒng)中用到的電源電壓為27V、12V、5V，為了便于管理和電源容量需求，就采用了標(biāo)準(zhǔn)的27V電源作為基準(zhǔn)，通過芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換得到所需的12V和5V電壓。</p><p>　　圖3-

41、7 電源轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　電路中在轉(zhuǎn)換芯片的前后有兩個(gè)電容，前面電容起防止自激作用，后面電容起濾波作用。此外，在具體應(yīng)用的過程中，LM7805必須加上散熱片。</p><p>　　3.3 傳感器和人機(jī)界面</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)不需要反饋電路，但是要注意工作臺(tái)不能超過最大行程。因此，必須在X、Y軸的方向各加上兩個(gè)行程開關(guān)。這里行程開關(guān)作用

42、有兩個(gè)：（1）防止工作臺(tái)超過最大行程，使電機(jī)損壞（2）可以用與定位。所以這4個(gè)行程開關(guān)就充當(dāng)了傳感器。</p><p>　　人機(jī)界面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則就是要有良好的人機(jī)交互能力，一般要求操作簡便，界面簡潔明了。此系統(tǒng)中共有9個(gè)LED，LED1燈亮表示X軸負(fù)方向禁止通行，LED2燈亮表示X軸正方向禁止通行，LED3燈亮表示Y軸負(fù)方向禁止通行，LED4燈亮表示Y軸正方向禁止通行，LED5燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向X軸負(fù)方向通行，

43、LED6燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向X軸正方向通行，LED7燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向Y軸負(fù)方向通行，LED8燈亮表示手動(dòng)使工作臺(tái)向Y軸正方向通行，LED9亮表示系統(tǒng)通電運(yùn)行。</p><p>　　界面上的7個(gè)按扭意義為：按扭1是通斷電開關(guān)，按扭2是向X軸負(fù)方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭3是向X軸正方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭4是向Y軸負(fù)方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭5是向Y軸正方向運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，按扭6是復(fù)位開關(guān)，按扭7是執(zhí)行繪制圓弧開

44、關(guān)。</p><p>　　圖3-8 人機(jī)界面圖</p><p><b>　　3.4 本章小節(jié)</b></p><p>　　本章著重介紹了數(shù)控工作臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。CPU板介紹了CPU的選擇及其外圍的接口設(shè)計(jì)和控制流程；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹了步進(jìn)電機(jī)和電磁鐵的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；此外還敘述了人機(jī)界面各個(gè)按扭和LED的意義。</p>&l

45、t;p>　　四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 總體方案</b></p><p>　　對于AT89S51的程序設(shè)計(jì)，由于所需實(shí)現(xiàn)的功能較簡單，采用匯編的形式。編譯器采用Keil 7.02b。該編譯器是51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的常用工具，既可用匯編，也支持C語言編譯。同時(shí)具有完善的調(diào)試功能。</p><p><b

46、>　　4.2 主流程圖</b></p><p>　　CTL EQU 3FF8H</p><p>　　PA EQU 3FF9H</p><p>　　PB EQU 3FFAH</p><p>　　PC EQU 3FFBH</p><p>　　CMD EQU 0

47、2H</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　ORG 0003H</p><p>　　AJMP INT0IS ；外部中斷0入口</p><p>　　ORG 000BH</p><p>　　AJMP TM0IS ；定時(shí)器

48、0中斷入口</p><p>　　ORG 0013H</p><p>　　AJMP INT1IS ；外部中斷1入口</p><p>　　ORG 001BH</p><p>　　AJMP TM1IS ；定時(shí)器1中斷入口</p><p>　　ORG 0100H</p><p>　　MAI

49、N：ANL P1，0EFH</p><p>　　SETB IT0 ；外中斷負(fù)跳沿觸發(fā)</p><p>　　圖4-1 SETB IT1</p><p>　　MOV A，CTL</p><p>　　MOV DPTR，A</p><p>　　MOVX @

50、DPTR，CMD</p><p>　??；A口輸入，B口輸出，C口輸入</p><p>　　SETB EX0 ；允許外中斷0</p><p>　　SETB EX1 ；允許外中斷1</p><p><b>　　SETB PX0</b></p><p>　　SETB PX1 ；設(shè)置優(yōu)先級&

51、lt;/p><p>　　SETB EA ；開總中斷</p><p>　　LOOP：AJMP LOOP ；等待中斷</p><p>　　在等待中斷的過程中，如果有中斷到來，先檢查中斷0的狀態(tài)，是中斷0則進(jìn)入中斷0的中斷服務(wù)INT0IS，是中斷1則進(jìn)入中斷1的中斷服務(wù)INT1IS。</p><p>　　中斷服務(wù)0是由4個(gè)行程開關(guān)觸發(fā)的，它觸

52、發(fā)后通過單片機(jī)讀取PA口內(nèi)容，然后將結(jié)果反饋到PB口的LED上。</p><p>　　中斷服務(wù)1有6個(gè)中斷源，這六個(gè)中斷源分別是手動(dòng)X正方向運(yùn)行，手動(dòng)X負(fù)方向運(yùn)行，手動(dòng)Y正方向運(yùn)行，手動(dòng)Y負(fù)方向運(yùn)行，復(fù)位和繪制圓弧。</p><p>　　4.3 INT0中斷服務(wù)流程圖</p><p>　　INT0IS：PUSH ACC</p><p>　

53、　PUSH DPTL</p><p>　　PUSH DPTH</p><p><b>　　PUSH PSW</b></p><p><b>　　MOV A，PA</b></p><p>　　MOV DPTR，A</p><p>　　MOVX A，@DPTR ；讀

54、PA口內(nèi)容</p><p>　　MOV R2，A</p><p>　　MOV A，PB</p><p>　　MOV DPTR,A</p><p>　　MOV @DPTR,R2</p><p>　　MOV A，R2</p><p>　　CPL A ；A

55、取反</p><p>　　ANL A，#03H ；屏蔽高6位</p><p>　　JZ A，TM2C</p><p>　　SETB P1.0</p><p>　　SETB P1.1</p><p>　　SETB P1.2</p><p>　　TM2C： MOV

56、 A，R2</p><p><b>　　CPL A</b></p><p>　　ANL A，#0CH</p><p>　　JZ A，RETIN</p><p>　　SETB P1.3</p><p>　　圖4-2 SETB

57、 P1.4</p><p>　　SETB P1.5</p><p>　　RETIN：POP PSW</p><p>　　POP DPTH</p><p>　　POP DPTL</p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b

58、>　　RETI</b></p><p>　　4.4 INT1中斷服務(wù)流程圖</p><p>　　INT1IS：CLR EX1 MOV A，@DPTR </p><p>　　PUSH ACC JNB ACC.4，R

59、ST</p><p>　　PUSH PSW JNB ACC.0，X+EN</p><p>　　PUSH DPTL JNB ACC.1，X-EN</p><p>　　PUSH DPTH

60、 JNB ACC.2，Y+EN </p><p>　　CLR P1.6 JNB ACC.3，Y-EN</p><p>　　MOV A，PC JNB ACC.5，ARC </p><p>　　MOV

61、 DPTR，A LOOP1：POP DPTH</p><p>　　MOVX A，@DPTR；讀PC口內(nèi)容 POP DPTL</p><p>　　MOV R1，A POP PSW</p><p>　　ANL R1，#0FH

62、 POP ACC</p><p>　　MOV A，PB SETB EX1</p><p>　　MOV DPTR，A RETI</p><p>　　MOV A，@DPTR；讀PB口內(nèi)容<

63、;/p><p>　　ANL A，#0FH</p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ORL A，R1</p><p>　　MOV R2，A</p><p>　　MOV A，PB</p><p>　　MOV DPTR，A&l

64、t;/p><p>　　MOVX @DPTR，R2；數(shù)據(jù)輸入PB口</p><p>　　INC DPTL</p><p>　　4.4.1 復(fù)位程序流程圖 </p><p>　　DIRX EQU 30H</p><p>　　DIRY EQU 31H</p><p>　　R

65、ST： CLR P1.6</p><p>　　RPA： MOV A，PA</p><p>　　MOV DPTR，A</p><p>　　MOVX A，@DPTR ；讀PA口內(nèi)容</p><p>　　JNB ACC.0，ACC2</p><p>　　MOV DIRX，#00H

66、 ；表X電機(jī)反轉(zhuǎn)</p><p>　　ACALL XMOTOR0 ；X電機(jī)反轉(zhuǎn)一步</p><p>　　ACC2： JNB ACC.2，LOOP0</p><p>　　MOV DIRY，#00H ；表Y電機(jī)反轉(zhuǎn)</p><p>　　ACALL YMOTOR0 ；Y電機(jī)反轉(zhuǎn)一步</p><p&g

67、t;　　AJMP RPA</p><p>　　LOOP0：AJMP LOOP1</p><p>　　4.4.2 X軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)程序流程圖</p><p>　　X+EN： CLR P1.6</p><p>　　MOV A，PA</p><p>　　MOV DPTR，A</p>

68、<p>　　MOVX A，@DPTR</p><p>　　JNB ACC.0，LOOP2</p><p>　　MOTOR0： MOV DIRX，#01H</p><p>　　ACALL XMOTOR0</p><p>　　MOV A，PC</p><p>　　MOV DPTR，A&

69、lt;/p><p>　　MOV A，@DPTR</p><p>　　JNB ACC.0，MOTOR0</p><p>　　LOOP2： AJMP LOOP1</p><p>　　這是X軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)的程序，其他的X軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)、Y軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)、Y軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)依次類推。</p><p>　　4.4

70、.3 繪制圓弧程序流程圖</p><p>　　圖4-6 逐點(diǎn)比較法畫圓弧</p><p>　　逐點(diǎn)比較法原理：假設(shè)所畫圓弧在第一象限，圓心坐標(biāo)為（0，0），圓弧上點(diǎn)的坐標(biāo)為（X，Y），圓弧半徑為R，每一點(diǎn)的坐標(biāo)偏差為F=X*X+Y*Y-R*R，若F＞0，應(yīng)沿X軸負(fù)方向走一步，此時(shí)FX=（X-1）*（X-1）+Y*Y-R*R=F-2X+1，X=X-1；若F＜0，應(yīng)沿Y軸正方向走一步，此時(shí)

71、FY=X*X+（Y-1）*（Y-1）-R*R=F+2Y+1，Y=Y+1。插補(bǔ)程序見附錄。</p><p>　　4.4.4 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)一步程序流程圖</p><p>　　圖4-7 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)一步程序流程圖</p><p>　　DEF EQU 12H SJMP LP3</p><

72、p>　　MOV DEF，#00H TAB： DB FEH</p><p>　　XMOTOR1：JNE DIRX，#01H，XMOTOR0 DB FCH</p><p>　　JNE DEF，#05H，LP2 DB FDH</p><p>　　C

73、LR DEF DB F9H </p><p>　　LP2： MOV A，DEF DB FBH</p><p>　　INC DEF DB FAH</p><p&

74、gt;　　LP3： MOV DPTR，#TAB</p><p>　　MOVC A，@A+DPTR</p><p>　　ANL P1，A </p><p>　　ACALL DELAY</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　XMOTOR0：JN

75、E DEF，#00H，LP4 </p><p>　　MOV A，#05H</p><p>　　MOV DEF，A</p><p>　　LP4： MOV A，DEF</p><p>　　DEC DEF</p><p><b>　　五、附錄</b></

76、p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)[1] 鄭學(xué)堅(jiān),周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社,2003[2] 李廣弟,朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社,2001[3] 房小翠.單片微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電接口技術(shù).國防工業(yè)出版社,2002[4] 王小明. 電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制. 北京航空航天大學(xué)出版社,2002[5] 李建勇.機(jī)電一體化技術(shù).科學(xué)出版社.2004[6] 王愛玲，白恩遠(yuǎn)，趙學(xué)良.現(xiàn)代數(shù)控

77、機(jī)床.國防工業(yè)出版社,2001[7] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（3）.機(jī)械工業(yè)出版社,2003[8] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京理工出版社,2004[9] 徐灝等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000[10] 濮良貴 ,記名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2003[11] 吳振彪.機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].湛江:湛江海洋大學(xué),1999[12].楊入清.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)—系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文