數控設計畢業(yè)論文2

1、<p><b>　　緒 論</b></p><p>　　數控設計是機電一體化工程專業(yè)（高等本科）教學中最后一個實踐性教學環(huán)節(jié)。是我們學完基礎課和專業(yè)課，特別是《機電一體化系統設計》課程之后進行的，是培養(yǎng)我們理論聯系實際、解決生產實際問題能力的重要步驟。它起到畢業(yè)設計的作用。</p><p>　　機電一體化專業(yè)的數控設計是機電一體化的典型課題——數控機床的應

2、用和設計為主線，通過對數控機床加工程序的編制、數控系統設計總體方案的擬定，進給伺服系統機械部分設計、計算以及控制系統硬件電路的設計，使學生綜合運用所學的機械、電子和微機的知識，進行一次機電結合的全面訓練。從而培養(yǎng)學生具有加工編程能力、初步設計計算的能力以及分析和處理生產中所遇到的機、電方面技術問題的能力。</p><p>　　本設計首先要感謝xxxx教授的指導和支持，使我在設計中少走了許多的彎路，排除了許多困難，

3、在設計中他們給予了我很多支持和幫</p><p>　　總體方案的設計與選擇</p><p><b>　　設計任務</b></p><p>　　用數控技術改造最大加工直徑為320毫米的普通車床的進給系統。要求車床有自動回轉刀架，具有切削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能。</p><p><b>　　

4、設計參數如下：</b></p><p><b>　　最大加工直徑：</b></p><p>　　在床身上：320mm 在床鞍上：175mm</p><p>　　最大加工長度：750mm</p><p><b>　　溜板及刀架重量：</b></p>

5、<p>　　縱向：800N 橫向：400N</p><p><b>　　刀架快移速度：</b></p><p>　　縱向： 2m/min 橫向：1m/min</p><p><b>　　最大進給速度：</b></p><

6、p>　　縱向：0.8m/min 橫向：0.4m/min</p><p><b>　　最小分辨率：</b></p><p>　　縱向：0.01mm 橫向：0.005mm</p><p>　　定位精度： 0.02mm</p><p>　　主電機

7、功率： 3KW</p><p>　　起動加速時間：25ms</p><p><b>　　總體方案的確定</b></p><p>　　系統運動方式與伺服系統的選擇</p><p>　　由于改造后的經濟型數控車床應具有定位、直線插補、順、逆圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，固應選擇連續(xù)控制系統?？紤]到屬于經濟

8、型數控機床加工精度要求不高，為了簡化結構、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統，步進電機采用混合式步進電機。</p><p><b>　　計算機系統</b></p><p>　　根據機床要求，采用8位微機。由于MCS-51系列單片機具有集成度高，可靠性強、功能強、速度快、抗干擾能力強，具有很高的性能價格比等特點，決定采用MCS-51系列的8051單片機擴展系統。<

9、/p><p>　　控制系統由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進電機功率放大電路等組成。系統的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現，顯示器采用數碼管顯示加工數據及機床狀態(tài)等信息。</p><p><b>　　機械傳動方式</b></p><p>　　為實現機床所要求的分辨率，采用步進電機經齒輪減速再傳動絲桿，為保證一定的傳動精度和平

10、穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲桿螺母副。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加負荷的結構。齒輪傳動也要采用消除齒輪側間隙的結構。</p><p><b>　　系統總體方案框圖</b></p><p>　　經濟型數控車床進給伺服系統方案框圖2-1</p><p>　　數控車床機械的計算和選型</p><p><

11、b>　　切削力的計算</b></p><p><b>　　縱車外圓</b></p><p>　　N切削功率=KηN額</p><p>　　=1×0.8×3=2.4（KW）</p><p>　　式中取 K=1∽1.25 間斷時間越長K值越大; </p><p&

12、gt;　　η=0.7∽0.85; N額=3KW </p><p>　　主切削力 Fz(N) 按經驗公式估算（取為η=0.8）</p><p>　　Fz=60000×N切削功/V線=60000×2.4÷90=1600N</p><p>　　式中取 V線=90m/min</p><p><b

13、>　　按切削力各分力比</b></p><p>　　Fz:Fx:Fy=1:0.5:0.6 可得：</p><p>　　Fx=Fz×0.5=1600×0.5=800N</p><p>　　Fy=Fz×0.6=1600×0.6=960N</p><p><b>　　橫切

14、端面時</b></p><p>　　主切削力Fz´(N)取縱切力的1/2</p><p>　　Fz´=0.5×Fz=0.5×2400=800N</p><p>　　Fx´=1200×0.5=400N</p><p>　　Fy´=1440×0.5=400

15、N</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的計算和選型</p><p><b>　　縱向進給絲杠</b></p><p>　　計算進給牽引力Fm(N) Fm=KFx+f(Fz+G)</p><p>　　=1.15×800+0.17(1600+800)</p><p><b>

16、;　　=1328N </b></p><p>　　式中 K=1.15 三角形導軌/綜合導軌（滑動導軌）</p><p>　　f=0.15∽0.18為滑動導軌摩擦系數。鑄鐵對鋼鐵導軌f取0.17計算；</p><p>　　G:為溜板及刀架重力，取800N</p><p><b>　　選擇導程(L) </b>

17、</p><p>　　選擇合適的導程,使馬達的最大轉速和最大快速移動度能滿足下式:</p><p><b>　?。?＝4(mm)</b></p><p>　　Vmax 快速移動速度 mm/min</p><p>　　Nmax 驅動馬達 min-1</p><p>&l

18、t;b>　　本例選擇L＝5mm</b></p><p><b>　　螺母的設計</b></p><p>　　必需的基本額定動態(tài)負載(C) 當導程為5mm時計算得出如下結果:</p><p><b>　　C＝Fmfw</b></p><p>　　Lh 壽命（h）（15000h

19、為一個單位）</p><p>　　C 基本額定動態(tài)負載 （N）</p><p>　　Fm 平均軸向負載（N）</p><p>　　Nm 平均轉速 （min-1）</p><p>　　fw 負載因子（由運動情況決定的系數）</p><p>　　無沖擊平滑運轉　　　　　　fw=1.0～1.

20、2</p><p>　　普通狀態(tài)下的運轉　　　　　fw=1.2～1.5</p><p>　　有沖擊和振動情況下的運轉　fw=1.5～2.0</p><p>　　Nm＝1000Vs/L0</p><p>　?。?000×0.8×0.5÷5</p><p><b>　?。?0<

21、/b></p><p><b>　　Fm=1328N </b></p><p><b>　　C＝Fmfw</b></p><p>　?。?#215;1328×1.5</p><p><b>　?。?287</b></p><p>　　校核

22、必需的基本額定動態(tài)負載和允許的轉速(DmN值)</p><p><b>　　〈導程為5的情況〉</b></p><p><b>　　縱向進給時： </b></p><p>　　Fm=1328(N) Nm=80(min-1) C=8287(N)</p><p>　　直徑 20，導程 5 和 2.5 圈

23、 1個回路</p><p>　　這時,DmN值為:DmN=20.8×500=10400≤50000 符合設計要求</p><p>　　[研磨滾珠絲杠] DmN≤70000 [軋制滾珠絲杠] DmN≤50000</p><p><b>　　這里：</b></p><p>　　Dm:絲杠直徑(mm)

24、+A</p><p>　　N:最大轉數(min-1)</p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　表明該型號螺母滿足允許值。</p><p>　　選擇GR2005 DS－AALR 插管式單螺母（表3-2）</p><p><b>　　絲杠的設計</b>&

25、lt;/p><p>　　校核絲杠的總長(l)、允許軸向負載(P0)和臨界速度(Nc)。假定：</p><p>　　L=最大行程+螺母長度+余量+兩軸端的尺寸</p><p>　　=700+50+70+180=1000</p><p>　　為了獲得允許軸向負載,應校核彎曲負載。</p><p>　　假定受力點之間的距離L1=

26、800,</p><p><b>　　彎曲負載P0</b></p><p><b>　　P0＝</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　＝58501.78N</p><p>　　P0=58501.78(N)</p>

27、<p><b>　　這里:</b></p><p>　　P0 : 開始發(fā)生彎曲變形時的負載(N) </p><p>　　l: 負載點之間的距離(mm)</p><p>　　E : 彈性模量(2.06×105N/mm2)</p><p>　　I : 滾珠絲杠軸

28、截面的最小二次力矩(mm4) </p><p>　　I=(π/64)×d4 </p><p>　　d : 絲杠根徑(mm),參見尺寸表 </p><p>　　n : 由滾珠絲杠的支撐方式決定的系數</p><p>　　支撐—支撐　　　　　n=1</p><p>

29、;　　固定—支撐　　　　　n=2</p><p>　　固定—固定　　　　　n=4</p><p>　　固定—自由　　　　　n=0.25</p><p><b>　　滾珠絲杠的剛度</b></p><p>　　滾珠絲杠的剛度(Ke)</p><p>　　假定軸承端面之間的的距離 L3=1005,由于

30、在 l3/2處軸的變形量最大,</p><p>　　所以在該處進行計算。下面的公式</p><p><b>　　Kl</b></p><p>　?。?57.57（N/μm）</p><p>　　E: 彈性模量(2.06×105N/mm2)</p><p>　　d: 絲杠的根徑

31、(mm)</p><p>　　螺母的剛度(Knw)</p><p>　　任何大小預壓下的剛度是指在預壓力(PL)為最大的1/3時的值,</p><p><b>　　Knw＝Kns</b></p><p><b>　?。?40×</b></p><p>　?。?142

32、（N/μm）</p><p><b>　　精度選擇</b></p><p>　　參考下表格定（表3-3）</p><p>　　位精度選擇±0.018/700 < 0.02， 允許偏差(ec)選擇C3(ec=±0.013 ） </p><p>　　GE2005DS－AALR－1005×

33、925 C3S 型滾珠絲杠</p><p><b>　　橫向進給絲杠的計算</b></p><p>　　進給牽引力Fm´(選導軌為燕尾形)</p><p>　　Fm´=KFy´+f´(Fz´+2Fx´+G)</p><p>　　式中 K=1.4;

34、 f´=0.2; G=400N</p><p>　　所以 Fm´=1.4×480+0.2(800+2×400+400)=1072N</p><p><b>　　計算最大動負載C´</b></p><p><b>　　C＝Fmfw</b>&l

35、t;/p><p>　?。?#215;1072×1.5</p><p>　?。?309.06 N</p><p>　　絲杠螺母副的選擇（次處具體計算參考縱向選擇）</p><p>　　選擇GR2004 ES－ＡALR 插管式雙螺母</p><p>　　選擇GE2004 ES－ＡALR－0605×525－C

36、4Ｓ　絲杠</p><p>　　絲杠名稱代號意義參見附表1</p><p><b>　　齒輪傳動比的計算</b></p><p>　　縱向進給齒輪箱傳動比的計算</p><p>　　已確定縱向進給脈沖當量為δp=0.01；滾珠絲杠導程L0=5mm，選不進電動機的步距角θb =0.6º?？捎嬎銈鲃颖萯為:<

37、/p><p>　　i=360δQ/ L0/θb=360×0.01÷0.6÷5=1.2</p><p>　　可選定齒輪數為 Z1=20, Z2=24 模數m取2。</p><p><b>　　滾珠絲杠的幾何參數</b></p><p>　　橫向進給齒輪箱傳動比的計算</p>

38、<p>　　橫向進給脈沖當量δp´=0.005，滾珠絲杠導程取L0´=4mm，選步進電動機的步距角為θb´=0.6º　　計算總傳動比： </p><p>　　i´=360δQ´/ L0´/θb´=360×0.005÷0.6÷4=0.75</p><p>　　Z1=40

39、 Z2=30 </p><p>　　因進給運動齒輪受力不大，模數m取2。其參數見下表表 </p><p><b>　　傳動齒輪幾何參數</b></p><p>　　步進電動機的計算和選型</p><p>　　縱向進給步進電機的計算和選型</p><p><b>　　初

40、選步進電機</b></p><p><b>　　進電機負載轉矩Tm</b></p><p>　　Tm=36Fmδp/(2πθbη)=（36×0.01×1832）÷（2×3.14×0.6×0.98×0.99×0.94）=191.83N·cm</p><

41、;p>　　式中 δp 為脈沖當量取0.01mm/sep;</p><p>　　Fm 為進給牽引力，取1832N;</p><p>　　θb 為電動機的步距角，選雙拍制為0.6º</p><p>　　η 為電動機—絲杠的傳動效率，為齒輪，軸承，絲杠的</p><p>　　效率之 積，分別取0.98， 0.

42、99，0.99和0.94；</p><p>　　估算步進電機的起動轉矩Tq</p><p>　　Tq= Tm/(0.3∽0.5)=191.83÷0.3=639.42N·cm </p><p>　　計算最大靜轉矩Tmax</p><p>　　步進電動機的其動轉矩和最大靜轉矩的關系</p><p>&l

43、t;b>　　取三相６拍，則：</b></p><p>　　Tjmax= Tq /0.866=537.5÷0.866=738.36N·cm</p><p>　　計算步進電動機運行頻率fe和最高起動頻率fk</p><p>　　fe=1000Vs/60δp =1000×0.8÷60÷0.01=1333.

44、3Hz</p><p>　　fk=1000Vmax/60δp =1000×2÷60÷0.01=3333.3Hz</p><p>　　式中 Ｖs 為最大切削進給速度，取0.8m/min； </p><p>　　Ｖmax 為最大快速移動速度，取2m/min；</p><p>　　δp 為脈沖當量，取0

45、.01mm/step。 </p><p><b>　　選步進電動機的型號</b></p><p>　　根據估算出的最大靜轉矩在下表可查出110BYG350M型的最大靜轉矩為1000N·cm> Tjmax可以滿足要求。因數控機床有較大的切削用量，應選稍大一點轉矩的步進電動機，以保證有一定的余量。</p><p><b>

46、　　校核步進電動機轉矩</b></p><p><b>　　等效轉動慣量的計算</b></p><p>　　傳動系統折算到電動機軸上的總的轉動慣量J∑可以由下式計算：</p><p>　　J∑=JΜ+J1+(Z1/Z2)²[(J2+JZ)+G/g×L0²/（2π)²]</p>&

47、lt;p>　　這里:?。?　絲杠導程（ｍｍ）J∑:施加于馬達的轉動慣量(kg·cm2)</p><p>　　J1:小齒輪的轉動慣量(kg·cm2)</p><p>　　J2:齒輪的轉動慣量(kg·cm2)</p><p>　　JZ:滾珠絲杠的轉動慣量(kg·cm2)</p><p>　　JM:馬達

48、轉子的轉動慣量(kg·cm2)</p><p>　　參考同類型的機床，應選的步進電動機為110BYG350M型，</p><p>　　其轉子的轉動慣量JΜ JΜ=5.6kg·cm²</p><p>　　圓柱形的轉動慣量,如滾珠絲杠和齒輪,可由下述公式計算</p><p>　　這里: D:圓柱體的外徑(

49、cm) L:圓柱體的長度(cm)</p><p>　　:材料的密度 =7.8×10-3(kg/cm3)</p><p>　　J1=0.784kg·cm² </p><p>　　J2=2.032kg·cm² </p><p>　　JZ=1.231kg·cm<

50、/p><p>　　G=800N （ｇ為重力加速度　9.8 kg/s2)</p><p>　　代入上式可得： J∑=44.55kg·cm²</p><p>　　因步進電動機與傳動系統的慣量應相匹配：JΜ/J∑=0.125<0.25 不滿足設計的匹配要求。 　重新選擇110BYG350B 型號的混合式步進電機，JΜ＝12.6kg·c

51、m²</p><p>　　最大靜轉矩為1800N·cm> Tjmax可以滿足要求 0.25 <JΜ/J∑=0.283<0.4 滿足匹配要求</p><p><b>　　電動機轉矩的計算</b></p><p><b>　　快速空載起動轉矩M</b></p><p&

52、gt;　　在快速空載起動時，加速轉矩占的比例較大，其計算公式為：</p><p>　　M=Mamax+Mf+M0</p><p>　　式中 Mamax = J∑ε= J∑×2π×10ˉ²nmax/60ta N·cm</p><p>　　nmax =υmaxθb /360º/δp=2000÷0.0

53、1×0.6÷360º=333.3r/min</p><p>　　起動加速時間 ta=25ms</p><p>　　所以 Mamax= 622N·cm</p><p>　　折算的電機軸上的摩擦轉矩為Mf </p><p>　　Mf=F0L0i/2π/η=f´(Fz+G)L0

54、i/2π/η</p><p>　　式中 f´=0.16， G=800N， i=1.2</p><p>　　所以 Mf =0.16×（1600+800）×0.5×1.2÷2÷π÷ 1.2=45.84N·cm</p><p><b>　　附加

55、摩擦轉矩M0:</b></p><p>　　M0= Fp0L0i×(1-η0²)/2π/η</p><p>　　=1328÷3×0.5×1.2×(1-0.9²)÷2÷π÷0.8</p><p>　　=10.04N·cm</p>&l

56、t;p>　　式中 Fp0= Fm/3=442.67N；</p><p>　　故空載起動轉矩 M= Mamax+Mf+M0=677.88N·cm</p><p>　　快速移動時需要的轉矩M´</p><p>　　M´= Mf+M0=55.88N·cm</p><p>　　最大切削負

57、載時的轉矩M´´</p><p>　　M´´= Mf+M0+ Mt= Mf+M0+Fx L0i/2π/η=151.37N·cm在三種情況下，快速空載起動所需的轉矩最大，即按此轉矩來校核步進電動機。</p><p>　　在表1-4中查出，當步進電動機為三相６拍時λ= M /Mjmax=0.866，則最大靜轉矩為Mjmax</p>

58、<p>　　Mjmax= M /0.866N·cm=174.79N·cm</p><p>　　查出110BYG350B型步進電動機最大轉矩為180N·cm，大于所需的最大靜轉矩，滿足要求。</p><p>　　校核步進電動機的起動距頻特性和運行距頻特性。</p><p>　　前面已經計算出此車床縱向最大快速移動時的所需的步進

59、電動機的最高起動頻率為3333.3Hz，切削進給時所需步進電動機的運行頻率為1333.33Hz。</p><p>　　可查出110BYG350B型步進電動機允許的最大空載起動頻率為3000Hz，運行頻率為16000Hz，查得110BYG350B型的步進電動機的起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線。可以看出步進電動機滿足空載起動轉矩而不產生失步現象</p><p><b>　　橫向進給步

60、進電動機</b></p><p><b>　　初選步進電動機</b></p><p>　　計算步進電動機負載轉矩Tm</p><p>　　Tm´=36Fm´δp´/(2πθb´η)</p><p>　　=（36×0.005×1072）÷（2

61、×3.14×0.6×0.98×0.99×0.94）</p><p>　　=93.59N·cm</p><p>　?。ㄊ街袇蹬c前面取相同值） </p><p>　　估算步進電動機的起動轉矩</p><p>　　Tq´= Tm´/(0.3∽0.5)=187 N

62、83;cm</p><p>　　計算最大靜轉矩Tjmax´</p><p>　　查表取三相6拍，則： Tjmax´= Tq´ /0.866</p><p>　　=187÷0.866</p><p>　　=196.81N·cm</p><p>　　計算步進電動機的運行頻

63、率fe´和最高空載頻率fk´ </p><p>　　fe´=1000υs´/60δp´ =1000×0.4÷60÷0.005=1333.3Hz</p><p>　　fk´=1000υmax´/60δp´ =1000×1÷60÷0.005=3333.3H

64、z</p><p><b>　　選電機的型號</b></p><p>　　根據估算出的最大靜轉矩在表可查出110BYG350型的最大靜轉矩為1000N·cm> Tjmax=262.88N·cm可以滿足要求。因數控機床有較大的切削用量，應選稍大一點轉矩的步進電動機，以保證有一定的余量。此步進電機的最高空載起動頻率為3800Hz滿足fk´

65、;=3333.3Hz的要求。</p><p><b>　　校核步進電動機轉矩</b></p><p><b>　　等效轉動慣量的計算</b></p><p>　　傳動系統折算到電動機軸上的總的轉動慣量J∑可以由下式計算：</p><p>　　J∑=JΜ´+J1+(Z1/Z2)²[

66、(J2+Js´)+G/g×L0²/（2π)²]</p><p>　　式中 JΜ´ 為步進電動機轉子的轉動慣量（kg·cm²）；</p><p>　　J1´， J2´為齒輪的轉動慣量（kg·cm²）；</p><p>　　Js´

67、為滾珠絲杠的轉動慣量（kg·cm²）。</p><p>　　參考同類型的機床，應選的步進電動機為110BYG350型，其轉子的轉動慣量JΜ´：</p><p>　　JΜ´=5.6kg·cm²</p><p>　　J1´=0.0165kg·cm²

68、 </p><p>　　J2´=0.0489kg·cm² </p><p>　　Js´=0.185kg·cm²</p><p><b>　　G´=400N</b></p><p>　　代入上式可得： J∑´=15

69、.06kg·cm²</p><p>　　因步進電動機與傳動系統的慣量應相匹配： </p><p>　　0.25<JΜ´/J∑´=0.37<0.4 滿足設計的匹配要求。</p><p><b>　　電動機轉矩的計算</b></p><p>　　1）快速空載起動轉矩M

70、80;</p><p>　　在快速空載起動時，加速轉矩占的比例較大，其計算公式為：</p><p>　　M´=Mamax´+Mf´+M0´</p><p>　　式中 Mamax´ = J∑´ε= J∑´×2π×10ˉ²nmax/60ta´ N&#

71、183;cm</p><p>　　nmax =υmax´θb´ /360º/δp´ </p><p>　　=1000÷0.005×0.6º÷360º=333.52r/min</p><p>　　起動加速時間 t=25ms</p><p>　　所以

72、 Mamax´=21.03N·cm</p><p>　　折算的電機軸上的摩擦轉矩為Mf´ </p><p>　　Mf´=F0´L0´i´/2π/η=f´(Fz´+G´)L0´i´/2π/η</p><p>　　式中 f

73、0;=0.16， G´=400N， π=3.14， i´=0.75；</p><p>　　所以 Mf´ =0.16×（800+400）×0.75×0.4÷2÷3.14÷0.8=11.5N·cm</p><p><b>　　附加摩擦轉矩M0:</b>&

74、lt;/p><p>　　M0´= Fp0´L0´i´×(1-η0²)/2π/η</p><p>　　=357.3×0.4×0.75×(1-0.9²)÷2÷3.14÷0.8</p><p><b>　　=2.59N·cm&l

75、t;/b></p><p>　　式中 Fp0´= Fm´/3=357.3N；</p><p>　　故空載起動轉矩 M2´= Mamax´+Mf´+M0´=35.127N·cm</p><p>　　2）快速移動時需要的轉矩M1´</p><p&g

76、t;　　M1´= Mf´+M0´=14.09N·cm</p><p>　　3）最大切削負載時的轉矩M1´´</p><p>　　M1´´= Mf´+M0´+ Mt´= Mf´+M0´+Fx´L0´i´/2π/η=37.98N

77、3;cm</p><p>　　在三種情況下，快速空載起動所需的轉矩最大，即按此轉矩來校核步進電動機。</p><p>　　在表查出，當步進電動機為三相6拍時：λ= M2´/ Mjmax´=0.866，則最大靜轉矩為Mjmax´</p><p>　　Mjmax´= M2´ /0.866N·cm=43.85N&

78、#183;cm</p><p>　　從表中查出110BYG350型步進電動機最大轉矩為100N·cm，大于所需的最大靜轉矩，滿足要求。</p><p>　　校核步進電動機的起動距頻特性和運行距頻特性。</p><p>　　前面已經計算出此車床橫向最大快速移動時的所需的步進電動機的最高起動頻率為3333.3Hz，切削進給時所需步進電動機的運行頻率為1000H

79、z。</p><p>　　可查出110BYG350型步進電動機允許的最大空載起動頻率為3800Hz，運行頻率為16000Hz，查得110BYG350型的步進電動機的起動距頻特性和運行距頻特性曲線如圖右所示</p><p><b>　　數控系統的硬件電路</b></p><p>　　80c51引腳圖管腳圖及各引腳功能簡介</p>

80、<p>　　Vss(20腳):　接地</p><p>　　VCC（40腳）:　 主電源+5V</p><p>　　XTAL1（19腳）:　接外部晶體的一端。在片內它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該端引腳必須接地；對于CHMOS單片機，此引腳作為驅動端。 </p><p>　　XTAL2（18腳）:　 接外部晶體的另一端

81、。在片內它是一個振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時鐘電路，對于HMOS單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于CHMOS單片機，此引腳應懸浮。</p><p>　　RST（9腳）: 　單片機剛接上電源時，其內部各寄存器處于隨機狀態(tài)，在該腳輸入24個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機復位（RESET） </p><p>　　PSEN（29腳）: 　在訪問片外

82、程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。CPU在向片外存儲器取指令期間，PSEN信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數據存儲器時，這兩次有效PSEN信號不出現。PSEN端同樣可驅動8個LSTTL負載。我們根據PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號輸出，可以判別80C51是否在工作。 </p><p>　　ALE/PROG（30腳）:　在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選

83、通信號。CPU在向片外存儲器取指令期間，PSEN信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數據存儲器時，這兩次有效PSEN信號不出現。PSEN端同樣可驅動8個LSTTL負載。我們根據PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號輸出，可以判別80C51是否在工作。 </p><p>　　EA/VPP（31腳）:　 當EA端輸入高電平時，CPU從片內程序存儲器地址0000H單元開始執(zhí)行程序。當地址超出4KB時，

84、將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當EA輸入低電平時，CPU僅訪問片外程序存儲器。在對87C51EPROM編程時，此引腳用于施加編程電壓VPP。</p><p><b>　　輸入/輸出引腳：</b></p><p>　?。?）P0.0—P0.7 (39腳—32腳)</p><p>　?。?）P1.0—P1.7 （1腳—8腳）</p

85、><p>　?。?）P2.0—P2.7 （26腳—21腳）</p><p>　?。?）P3.0—P3.7 （10腳—17腳）</p><p><b>　　結構及性能介紹</b></p><p>　　⒈電源 :⑴ VCC -芯片電源，接 +5V；</p><p>　　⑵ VSS -接地端；<

86、;/p><p>　?、矔r鐘 :XTAL1、 XTAL2 -晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。</p><p>　?、晨刂凭€ :控制線共有 4根，</p><p>　?、?ALE/PROG:地址鎖存允許 /片內 EPROM編程脈沖　　　　　　① ALE功能：用來鎖存 P0口送出的低 8位地址　　　　　?、?PROG功能：片內有 EPROM的芯片，</p>

87、<p>　　在 EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖?！?lt;/p><p>　?、?PSEN:外 ROM讀選通信號。</p><p>　?、?RST/VPD:復位 /備用電源。</p><p>　?、?RST（ Reset）功能：復位信號輸入端。</p><p>　?、?VPD功能：在 Vcc掉電情況下，接備用電源。</p&g

88、t;<p>　　⑷ EA/Vpp:內外 ROM選擇 /片內 EPROM編程電源。</p><p>　?、?EA功能：內外 ROM選擇端。</p><p>　?、?Vpp功能：片內有 EPROM的芯片，</p><p>　　在 EPROM編程期間，施加編程電源 Vpp。</p><p>　　4.I/O線 80C51共有 4個 8

89、位并行 I/O端口： P0、 P1、 P2、 P3口，共 32個引腳。 P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。</p><p>　　P3.0—— RXD：串行口輸入端；</p><p>　　P3.1—— TXD：串行口輸出端；</p><p>　　P3.2—— INT0：外部中斷 0請求輸入端；</p><p>

90、　　P3.3—— INT1：外部中斷 1請求輸入端；</p><p>　　P3.4—— T0：定時 /計數器 0外部信號輸入端；</p><p>　　P3.5—— T1：定時 /計數器 1外部信號輸入端；</p><p>　　P3.6—— WR：外 RAM寫選通信號輸出端；</p><p>　　P3.7—— RD：外 RAM讀選通信號輸出端。

91、</p><p>　　5. 存儲空間配置和功能</p><p>　　80C51的存儲器組織結構可以分為三個不同的存儲空間，分別是：</p><p>　?、?64KB程序存儲器 (ROM),包括片內 ROM和片外 ROM；</p><p>　?、?64KB外部數據存儲器（外 RAM）；</p><p>　?、?256B內

92、部數據存儲器 (內 RAM)</p><p>　　1）程序存儲器（ ROM）地址范圍： 0000H～ FFFFH，共 64KB。其中 :低段 4KB： 0000H～ 0FFFH高段 60KB： 1000H～ FFFFH。在片外。讀寫 ROM用 MOVC指令，控制信號是 PSEN和 EA。 2）外部數據存儲器（外 RAM）</p><p>　　? 地址范圍： 0000H～ FFF

93、FH共 64KB。</p><p>　　? 讀寫外 RAM用 MOVX指令，</p><p>　　控制信號是 P3口中的 RD和 WR。</p><p>　　3）內部數據存儲器（內 RAM）</p><p>　　從廣義上講， 80C51內 RAM（ 128B）和特殊功能寄存器（ 128B）均屬于片內 RAM空間，讀寫指令均用 MOV指令。但

94、為加以區(qū)別，內 RAM通常指 00H～ 7FH的低 128B空間。</p><p>　　80C51內 RAM又可分成三個物理空間：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和數據緩沖區(qū)。</p><p>　　工作寄存器區(qū)分為 4個區(qū)： 0區(qū)、 1區(qū)、 2區(qū)、 3區(qū)。每區(qū)有 8個寄存器： R0～ R7，寄存器名稱相同。但是，當前工作的寄存器區(qū)只能有一個，由 PSW中的 D4、 D3位決定。位尋址區(qū) 從 2

95、0H～ 2FH共 16字節(jié)（ Byte，縮寫為英文大寫字母 B）。共 128位，每一位均有一個位地址，可位尋址、位操作。即按位地址對該位進行置 1、清 0、求反或判轉。內 RAM中 30H～ 7FH為數據緩沖區(qū)，用于存放各種數據和中間結果，起到數據緩沖的作用。</p><p><b>　　定時器/計數器</b></p><p>　　定時/計數器的核心是一個加1計數器

96、，加1計數器脈沖有兩個來源，一個是外部脈沖源，一個是系統的時鐘震蕩器。計數器對兩個脈沖源之一進行輸入計數，每輸入一個脈沖，計數值加1當計數到計數器全為1時，再輸入一個脈沖就使計數值回零，同時從最高位溢出一個脈沖，并使特殊寄存器TCON中的溢出中斷標志置1。如定時/計數器工作于定時狀態(tài)，則表示定時的時間到，若工作在計數狀態(tài)，則表示計數回零。所以加1計數器的基本功能是對輸入脈沖進行計數，起工作在定時還是計數狀態(tài)，取決于外接什么脈沖源。脈沖源

97、為時鐘振蕩器時（等間隔的脈沖序列），脈沖數乘以脈沖間隔時間就是定時時間。當脈沖源為間隔不等的外部脈沖發(fā)生器時，就是外部事件的計數器。</p><p>　　用作“定時器”時，每個機器周期寄存器加1，故可把它看作是在累計機器周期。由于一個機器周期有12個振蕩周期，所以特它的計數速率是振蕩頻率的1/12。</p><p>　　用作“計數器”時，寄存器在其對應的外輸入端T0或T1有一個“1—0”的

98、跳變時加1。因識別一個從“1—0”的跳變要用兩個機器周期（24個振蕩周期），故其最快的計數速率是振蕩周期的1/24。</p><p>　　有兩個摸擬開關，一個是特殊寄存器TMOD的相應位，決定工作的方式，開關與振蕩器相接為定時，開關與 端相接則為計數。后一個模擬開關是特殊寄存器TMOD 的相應位，受控制信號的控制，它實際上決定TMOD了脈沖源是否加到計數器輸入端，即決定了加1計數不清器的開啟與運行。</p&

99、gt;<p>　　TMOD和TMON是專門用于定時/計數器的控制寄存器，用戶右用指令對其各位進行寫入或更改操作，人而選擇不同的工作狀態(tài)（定時或計數）或啟動時間，并可設置相應的控制條件。也就是說，定時/計數器是編程的。</p><p>　　1．TMOD控制寄存器</p><p>　　GATE—門控位，或選通位。為1時，只有或引腳為高電平，且TR0或TR1置1時，相應的定時/計數

100、器才能被選通；若為0時，只要TR0或TR1置1，定時/計數器就被選通。</p><p>　　C/—計數器方式或定時器方式的選擇位：“0”定時器方式。采用晶體振蕩器脈沖的12分頻作為內部計數器的輸入脈沖?！?”計數器方式。采用T0或T1外部引腳的輸入脈沖作為計數脈沖。當T0或T1發(fā)生由高到低的負跳變時計數器加1。</p><p>　　M0和M1—工作模式控制位。M0M1為00時為模式0：Tl

101、x中的低5位和THx的高8位構成13位計數器；為01時為模式1：Tlx和THx構成16位計數器；為10模式2：可自動再裝入的8位計數器。為11為模式3：把定時器0分、成兩個8位的計數器，關閉定時器1。</p><p><b>　　TCON控制寄存器</b></p><p>　　TF0、TF1—定時器T0、T1溢出標志位，當定時/計數器溢出時，TFx=1，申中斷，進入中

102、斷服務程序后被硬件清零。</p><p>　　TR0、TR1—定時器T0、T1運行控制位，由軟件設定1或0，控制定時/計數器開啟或關閉。</p><p>　　IE0、IE1—外部中斷源的標志，IEx=1，為外部中斷源向CPU請求中斷，當CPU響應中斷時，由硬件將Iex清零。</p><p>　　IT0、IT1—外部中斷源觸發(fā)方式控制位。ITx=1，將外部中斷源程控為

103、邊沿觸發(fā)方式；ITx=0，將外部中斷源程控為電平觸發(fā)方式。</p><p>　　存儲器擴展電路設計 </p><p><b>　　地址鎖存器</b></p><p>　　由于單片機80C51芯片的P0口是分別傳送低8位地址和數據線，故80C51擴展系統中一定要有地址鎖存器。常用的地址鎖存器芯片是74LS373。74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8

104、D觸發(fā)器，其引腳步及與80C51芯片連接見圖2-4</p><p>　　G—輸入端，與80C51的ALE連高電平；暢通無阻低電平：關門鎖存。</p><p>　　圖中 —使能端，接地。</p><p>　　當G=“1”時，74LS373輸出端1Q～8Q與輸入端1D～8D相同；</p><p>　　當G為下降沿時，將輸入數據鎖存。</p

105、><p><b>　　數據線的連接</b></p><p>　　存儲器的8位數據線D0～D7與80C51芯片P0口P0.0～P0.7直連，單片機規(guī)定指令碼和數據都是由P0口讀入，數位對應相連即可。</p><p>　　80C511芯片接地，CPU執(zhí)行外部程序存儲器的指令；</p><p>　　80C51芯片ALE（地址鎖存允

106、許信號）接地址鎖存器74LS373的G引腳。</p><p><b>　　譯碼電路設計</b></p><p>　　MCS-51單片機應用系統中的地址譯碼規(guī)則</p><p>　　（1） 程序存儲器地址和數據存儲器地址可以重疊使用，都是從0000H～FFFFH。這是因為80C51地址總線寬度為16位，可直接尋址的范圍只有64KB。這樣編址方法也

107、給編程帶來方便，不必顧慮地址重復，靠片選信號和控制信號：、和區(qū)分訪問的對象。</p><p>　?。?） 外圍I/O芯片與擴展數據存儲器統一編址</p><p>　　外圍I/O芯片不僅占用數據存儲器地址單元，而且使用數據存儲器的讀/寫控制信號臺與讀/寫指令。</p><p>　?。?） CPU在訪問外部存儲器時地址編碼</p><p>　　C

108、PU P2口提高8位地址（A8～A15），P0口經外部地址鎖存器提供低8位地址（A0～A7）。</p><p>　　I/O接口電路及輔助電路設計</p><p><b>　　80C51單片機</b></p><p>　　80C51單片機共有四個8位并行I/O口，但可供用戶使用的只有P1口和部分P3口，因此，在大部分應用系統中都需要擴展I/O口芯

109、片。8155、8279便是常用的外圍接口芯片之一。</p><p>　　8155：芯片可編程的RAM/IO擴展接口電路（64KB的RAM單元、2個8位口、1個6位口、1個14位定時/計數器）。</p><p>　　8279：可編程的鍵盤、顯示接口。</p><p>　　此外，74LS系列的TTL電路式MOS電路也可作MCS-51單片機的擴展I/O口，如74LS373

110、、74LS377等。</p><p>　　8155通用可編程接口芯片</p><p>　　8155的引腳與其功能</p><p>　　8155的結構框圖及引腳排列見圖</p><p>　　8155具有40條引腳的雙列直插式芯片，其各引腳的功能見表2-2。</p><p>　　其中IO/是8155內部RAM和I/O口的選

111、擇線，IO/=0，（低電平）時選擇片內RAM，AD0～AD7上的地址信息為I/O口地址。它利用ALE的下降沿將此信息鎖存到片內鎖存器中。</p><p><b>　　155工作方式設定</b></p><p>　　8155I/O口工作方式選擇通過對8155內部命令寄存器（命令口）廟宇命令控制字實現。</p><p>　　8155I/O口吸四種工

112、作方式或供選擇即ALT1、ALT2、ALT3、ALT4。其中各符號說明如下：</p><p>　　AINTR：A口中斷，請求輸入信號，高電平有效；</p><p>　　BINTR：B口中斷，請求輸入信號，高電平有效；</p><p>　　ABF（BBF）：A口（B口）緩沖器滿狀標志輸出線（緩沖器有數據時BF為高電平）；</p><p>　　A

113、STB（BSTB）：A口（B口）設備選通信號輸入線，低電平有效。</p><p><b>　　狀態(tài)查詢</b></p><p>　　8155還有一個狀態(tài)寄存器，用于鎖存I/O口定時器的當前狀態(tài)，供CPU查詢用。</p><p>　　狀態(tài)寄存器和命令寄存器共用一個地址，命令寄存器只能寫入不能讀出，而狀態(tài)寄存器只能 讀出不能寫入。所以可以認為，CP

114、U讀該地址時，作為狀態(tài)寄存器，讀出的是當前I/O口和定時器的狀態(tài)；寫該地址時，則作為命令寄存器對I/O口工作方式的選擇。</p><p><b>　　8155定時功能</b></p><p>　　8155芯片內有一個14位減法計數器，可對輸入碼脈沖進行減法計數，外部有兩個定時器引腳TIMERIN和TIMEROUT。TIMERIN為定時器時鐘輸入，由外部輸入時鐘脈沖。T

115、IMEROUT為定時器輸出，輸出各種信號脈沖波形。</p><p>　　80C51和8155的接口</p><p>　　不需要任何外加邏輯電路,通常用P2口的高位地址線作為8155芯片的片選信號及IO/引腳夫相連,若P2.0是高電平,則8155用來作I/O接口,若P2.0是低電平,則使用8155內部256字節(jié)的RAM.由于8155芯片內部有地址鎖存器,所以 80C51的ALE端可以和815

116、5的ALE端直連,利用 80C51的ALE的信號的下降沿鎖存 80C51的P0口送出的低8位地址信息.其中P0.0～P0.7與155的AD0～AD7對應相連,相應的讀/寫信號、也直接,其中8155的RAM的地址為2000H～20FFH,I/O口的地址為2100H～2015H。</p><p>　　若要求8155 A口、B口工作在基本輸出狀態(tài)，C口為基本輸入狀態(tài)，不要求中斷申請，不啟動定時器，則控制字為：</

117、p><p>　　000000011B （03H）</p><p><b>　　其初始化程序如下：</b></p><p>　　MOV DPTR，#2100H 命令寄存器地址號DPTR</p><p>　　MOV A，#03h 控制字00000011BA</p><p>　

118、　MOV ＠DPTR，A 控制字命令寄存器</p><p><b>　　鍵盤顯示接口電路</b></p><p>　　LCD的結構和工作原理(Liquid Crystal Display)</p><p>　　液晶顯示器的結構如圖1所示。</p><p>　　LCD是通過在上、下玻璃電極之間封入液晶材料,利

119、用晶體分子排列和光學上的偏振原理產生顯示效果的。同時,上、下電極的電平狀態(tài)將決定LCD的顯示內容,根據需要,將電極做成各種文字、數字、圖形后,就可以獲得各種狀態(tài)顯示。通常情況下,圖中的上電極又稱為段電極,下電極又稱為背電極。</p><p><b>　　LCD的分類及特點</b></p><p>　　LCD顯示器有段式和點陣式兩種,點陣式又可分為字符型和圖像型。<

120、;/p><p>　　段式LCD顯示器類似于LED數碼管顯示器。每個顯示器的段電極包括a、b、c、d、e、f和g七個筆畫(筆段)和一個小數點dp?？梢燥@示數字和簡單的字符,每個數字和字符與其字形碼(段碼)對應。</p><p>　　點陣式LCD顯示器的段電極與背電極呈正交帶狀分布(如圖2所示),液晶位于正交的帶狀電極間。點陣式LCD的控制一般采用行掃描方式,如圖3所示為顯示字符“A”的情況。通過

121、兩個移位寄存器控制所掃描的點。圖中的移位寄存器1控制掃描的行位置,同一時刻只有一個數據位為“1”,相對應的行處于被掃描狀態(tài),這時,移位寄存器2可以將相應的列數據送入點陣中,這樣逐行循環(huán)掃描,可以得到顯示的結果為字符“A”。</p><p>　　LCD液晶顯示器的驅動</p><p>　　在LCD的段電極與背電極間施加電壓(通常為4V或5V),可使該段呈黑色,這樣,可以實現顯示。但是,所施加

122、的電壓必須周期地改變極性,否則LCD中將發(fā)生化學變化,并導致液晶的損壞。因此在段電極與背電極間應有一個周期改變極性的電壓;</p><p>　　使用MCS-51直接控制兩位LCD顯示器,設計其硬件連線和顯示程序。</p><p>　　1) MCS-51直接控制兩位LCD顯示器的線路連接如圖4所示。</p><p>　　使用MCS-51的P1口控制顯示十位數的LCD

123、的段電極和背電極;P2端口控制顯示個位數的LCD的段電極和背電極。</p><p>　　使用一個定時器來劃分驅動電壓的半周期。LCD的驅動電壓重復頻率應介于30～100Hz之間,若以12ms作為半周期,則頻率應等于42Hz,如果晶振頻率為3.58MHz,則定時器初值應等于85536-3580,即0F204H。</p><p>　　MCS-51通常處于空閑方式下,定時器產生溢出中斷,使MCS

124、-51退出空閑方式,定時器中斷服務程序應包括以下兩點：</p><p><b>　　·重置定時器初值;</b></p><p>　　·使LCD各段的電壓反相。</p><p>　　中斷服務子程序清單如下：</p><p>　　ITT： MOV TLl,#04H</p><p>

125、;　　MOV THl,#0F2H</p><p>　　XRL P1,#0FFH</p><p>　　XRL P2,#0FFH</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　此程序中P1口和P2口的內容與1進行異或,達到了電壓取反的目的。</p><p>　　為了更新顯示的內

126、容,將通過查表法獲得字符的段碼。在段碼表中,顯示的段用1表示,不顯示的段用0表示,背電極也為低電平0。要顯示的內容以BCD形式存放在片內RAM的顯示緩沖單元BCDV中,查表操作根據BCD值的低半字節(jié)進行。另外,在向LCD寫入新段碼期間,應關閉定時器中斷。</p><p>　　顯示更新子程序清單如下：</p><p>　　DISP： CLR。 ET1 ;關

127、定時器1中斷</p><p>　　MOV DPTR,#TABLE ;段表首地址</p><p>　　MOV A,BCDV ;要顯示的數送A</p><p>　　SWAP A ;先顯示十位數</p><p>　　ANL A,#0FH

128、 ;屏蔽個位數</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR ;查表</p><p>　　MOV P1,A ;更新十位數</p><p>　　MOV A,BCDV ;讀要顯示的數</p><p>　　ANL A,#OFH

129、 ;屏蔽十位數</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR ;查表</p><p>　　MOV P2,A ;更新個位數</p><p>　　SETB ET1 ;開定時器1中斷</p><p>　　REt