用微機數控技術改造最大加工直徑為500毫米普通車床進給系統方案

1、. . . . 密級：學 士 學 位 論 文題 目用微機數控技術改造最大加工直徑為500毫米普通車床進給系統用微機數控技術改造最大加工直徑為500mm普通車床的進給系統摘要：了解數控機床的概念，所謂數控是按照含有機床(刀具)運動信息程序所指定的順序自動執(zhí)行操作的過程。而計算機數控機床就是數控機床在計算機監(jiān)控下進行工作。它的優(yōu)點很多,如可以在同一機床上一次裝夾可完成多個操作，生產率顯著提高等優(yōu)點，但它的價格昂貴。由于我國現在使用的機床大多數為普通車床，自動化程度低,要更新現有機床需要很多資金。為了解決這個問題,也為了適應多品種中、小批量零件加工我們選擇機床經濟型數控改造?？傮w設計方案：在普通車床

2、上采用適合現場實時控制的80C51單片機為控制器，以運行特性好、可靠性高的步進電機為驅動執(zhí)行元件進行數控改造。關鍵詞：數控、車床、改造、80C51單片機；步進電機；Abstract:Numerical Control (NC) is any machining process in which the operations are executed automaticallu in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement .When Numerical C

3、ontrol is performed under computer supervision, it is called Computer Numerical Control (CNC).CNC machines have many advantages over conventional machines. For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of

4、its disadvantages is that they are quite expensive. In our country conventional machine is used widely. So if the machines are replaced, there is going to need a large money. In order to agree with the development of our economy, we can reform the conventional machines. The overall master design: Th

5、e way to NC improvement of general machine tool was introduced that usingsingle-chip computer 80C51to realize the real-time controland driving by step motor.Key word: Numerical Control、machining、improvement、single-chip computer80C51、step motor；前 言 數控機床經濟型改造,實質是機械工程技術與微電子技術的結合。經改造后的機床加工的精度、效率、速度都有了很明

6、顯的提高，適合我國現在經濟水平的發(fā)展要求。 本次畢業(yè)設計主要是對機床機械部分進行改造,以步進電機驅動橫向進給運動、縱向進給運動以與刀架的快速換刀,使傳動系統變得十分簡單，傳動鏈大大縮短,傳動件數減少,從而提高機床的精度。 設計中，我們對有關數控機床與數控改造的相關書籍、刊物進行大量閱讀,收集了很多資料,了解了數控機床的基本概念，數控機床的發(fā)展概況，數控機床的組成與其工作原理，擴大了我們的知識面。 隨著科學技術的發(fā)展,現代機械制造要求產品的形狀和結構不斷改進，對零件的加工質量的要求也越來越高。隨著社會對產品多樣化要求的增強，產品品種增多,產品更新換代加速。數控機床代替普通機床被廣泛應用是一個必然

7、的趨勢。同時，數控機床將向著更高的速度、精度、可靠性與完善性的功能發(fā)展。第一章：緒 論1 畢業(yè)設計的目的：畢業(yè)設計是培養(yǎng)我們理論聯系實際，解決生產實際問題能力的重要步驟，它系統的檢驗了我們是否是合格的畢業(yè)生。它通過對機床數控系統設計總體方案的擬定，進給伺服系統機械部分結構設計、計算控制系統硬件電路的設計以與數控機床加工程序的編制，使我們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)了我們具有加工編程能力，初步設計計算的能力以與分析和處理生產中所遇到的機電方面技術問題的能力。2 畢業(yè)設計的容：1、微機數控系統總體設方案的擬定：（1）系統運動方式的確定（2）伺服系統的選

8、擇。（3）執(zhí)行機構傳動方式的確定。（4）計算機的選擇。2、進給伺服系統機械部分設計計算：（1）進給伺服系統機械部分設計方案的確定。（2）確定脈沖當量。（3）滾珠絲杠螺母副的選型。（4）滾動導軌的選型。（5）進給伺服系統傳動計算。（6）步進電機的計算和選用。（7）設計繪制進給伺服系統一個坐標軸的機械裝配圖。（8）設計繪制進給伺服系統的一或兩零件圖。3、微機控制系統的設計：（1）控制系統方案的確定與框圖繪制。（2）MCS-51系列單片機與擴展芯片的選用。（3）I/O接口電路與譯碼電路的設計。（4）設計繪制一臺數控機床微機控制系統電路原理圖。4、數控加工程序的 （1）零件工藝分析與確定工藝路線。（2

9、）選擇數控機床設備。（3）確定對刀點。（4）選擇刀具。（5）確定切削用量。（6）編制加工程序。5、直線的逐點比較法插補軟件程序流程框圖的繪制。第二章 微型數控系統總體設計方案的擬定：1、畢業(yè)論文的要求和容（包括原始數據、技術要求、工作要求）1.課題名稱：用微機數控技術改造最大加工直徑為400毫米普通車床的進給系統2.設計任務與要求：主要技術參數：最大加工直徑（mm）： 在床身上：500 在床鞍上：260最大加工長度（mm）： 750 - 1000 溜板與刀架重量（N）： 縱向：1100 橫向：550 刀架快移速度（m/min）： 縱向：2 橫向：1 最大進給速度（m/min）： 縱向：0.6

10、橫向：0.3 最小分辨率 （mm）： 縱向：0.01 橫向：0.005定位精度（mm）： 0.025主電機功率（KW）： 5.5 起動加速時間（ms）： 30設計的要求1）CNC系統的主CPU既可采用8031單片機也可用系統機。2）兩個坐標的進給伺服系統既查采用步進電機驅動也可用直流或交流伺服電機驅動。3）所編的零件加工程序應符合ISO標準的有關規(guī)定。既可用手工也可用UG等軟件編程。4）所繪制的機械裝配圖和硬件電路原理圖要求正確、合理、圖面整潔、符合標準。5）所編寫的軟件應在計算機上進行匯編和通訊等。6）說明書應簡明扼要、計算準確、條理清楚、圖文并茂并全部用計算機打印后裝訂成冊2、總體方案的確

11、定1、系統的運動方試與伺服系統的選擇： 由于改造后的經濟型數控車床具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應該選用連續(xù)控制系統?？紤]到經濟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。2、計算機系統： 根據機床要求，采用8位微機。由于MCS-51系列單片機的特點之一是硬件設計簡單，系統結構緊湊。對于簡單的應用場合，MCS-51系統的最小系統用一片80C51外擴一片EPROM就能滿足功能的要求，對于復雜的應用場合，可以利用MCS-51的擴展功能，構成功能強、規(guī)模較大的系統。 控制系統由微機部分、鍵盤與顯示器、I/O接口與光電隔離電路、步進

12、電機功率放大電路組成，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LCD液晶顯示器顯示加工數據與機床狀態(tài)等信息。3、為了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杠，為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加負載荷的結構。傳動齒輪也要采用消除齒側間隙的結構。 系統總體方案框圖見圖（1）圖（1）第三章、機床進給系統機械部分設計計算：伺服系統機械部分設計計算容包括：確定系統的負載，確定系統脈沖當量，運動部件慣量計算，空載起動與切削力矩機計算，確定伺服電機，繪制機械部分裝配圖與零件工作圖等?，F分述如下：1 系統

13、脈沖當量與切削力的確定 脈沖當量是衡量數控機床加工精度的一個基本技術參數。經濟型數控車床、銑床常采用的脈沖當量是0.010.005mm/脈沖,根據機床精度要求確定脈沖當量：縱向：0.01mm/step；橫向：0.005mm/step2 切削力的計算1、縱車外圓：主切削力FZ（N）由經驗公式（1）估算：式（1）而式（2）取，則，取，則進給抗力X向和Y向根據經驗公式（3）（4）確定式（3）式（4）則得： 2、橫切端面：主切削力可取縱切的一半，即此時走刀抗力，吃刀抗力依然按上述經驗公式粗略計算： 則得：3、滾珠絲杠螺母副的設計、計算、和選型（一）縱向進給絲杠：1 . 計算進給牽引力Fm(N) 作用在

14、滾珠絲杠上的進給牽引力主要包括切屑時的走刀抗力以與移動件的重量和切屑分力作用在導軌上的摩擦力，因而其數值大小和導軌的形式有關。本次設計縱向進給為綜合型導軌，則按以下公式確定：式（5） 式中：K考慮顛覆力矩影響的實驗系數，綜合型導軌取K=1.15滑動導軌摩擦系數：0.150.18，取=0.16 G溜板與刀架重力，由已知G=1100N 代入得：2 . 計算最大動負載Q選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉100萬（）轉后，在它的滾道上不產生點蝕現象。這個軸向負載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負載 C，計算如下： 式（6）式（7） 式（8）式中：為滾珠絲杠導程,初選

15、絲杠導程Lo=6mm；Vs-最大切削力下的進給速度,可取最高進給速度的1/21/3,此處為0.3m/min; T-使用壽命,按15000h; fw-運轉系數,按一般運轉取fw =1.21.5;此處取fw=1.2； L-壽命以轉為1單位.則：3 . 滾珠絲杠螺母副的選型：查閱數控機床系統設計中附表1，可采用W1L2506外循環(huán)螺紋調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈,其額定動負載為1310N,精度等級按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(大致相當于老表準E級)4 . 傳動效率計算 =tan/tan(+)式中：螺旋升角,W1L2506的螺旋升角=422摩擦角取10滾動摩擦系數0.0030.004則：

16、=tan/tan(+) =tan422/tan(422+10)=0.965 . 剛度校核先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（2）所示：圖（2）縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖則：式（9）支承間距L=1160mm，最大軸向力為2332N，絲杠螺母與軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負載的1/3。（1）、絲杠的拉伸或壓縮變形量，式（10） 對剛：式（11） 絲杠導程的變化量：式（12）總長度L=1160mm，絲杠上的變形量，由于兩端均采用推力球軸承，則值：（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形： 由承載滾珠數量式（13）由于對滾珠絲杠副施加預緊力，且預緊力為軸向載荷的1/3，則變形：（3）滾珠絲杠總的

17、彈性變形量：根據以下經驗公式：式（14）則可得：（4）定位誤差所以，滿足要求。（二）橫向進給絲杠：1 . 計算進給軸向力橫向導軌為雙燕尾形，有如下計算式：式（15）式中：K考慮顛覆力矩影響的實驗系數，綜合型導軌取K=1.4；滑動導軌摩擦系數：取=0.2； G溜板與刀架重力，由已知G=550N則代入已知得：2 . 計算最大動負載Q計算如下： 式（6）式（7） 式（8）式中：為滾珠絲杠導程,初選絲杠導程Lo=6mm；Vs最大切削力下的進給速度,可取最高進給速度的1/21/3,此處為0.3m/min; T使用壽命,按15000h; fw運轉系數,按一般運轉取fw =1.21.5;此處取fw=1.2；

18、 L壽命以轉為1單位.則：3 . 滾珠絲杠螺母副的選型：查閱數控機床系統設計中附表1，可采用W1L2005外循環(huán)螺紋調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈,其額定動負載為8800N,精度等級按滾珠絲杠行程公差表，選為3級(大致相當于老表準E級)4 . 傳動效率計算 =tan/tan(+)式中：螺旋升角,W1L2005的螺旋升角=430摩擦角取10滾動摩擦系數0.0030.004則：=tan/tan(+) =tan430/tan(430+10)=0.9645 . 剛度校核先畫出此橫向進給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖（3）所示：圖（3）、橫向進給滾珠絲杠支承方式草圖則式（9）支承間距L=530m

19、m，最大軸向力為1919N。（1）、絲杠的拉伸或壓縮變形量根據：， 對剛：，總長度L=1160mm，絲杠上的變形量：（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形：由，由于對滾珠絲杠副施加預緊力，且預緊力為軸向載荷的1/3，則變形：（3）滾珠絲杠總的彈性變形量：根據以下經驗公式：式（14）則可得：（4）定位誤差顯然，變形量已大于定位精度（0.02mm）要求，應該采取相應的措施修改，因橫向溜板限制，不宜加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導軌（），減小摩擦力，從而減小軸向力，根據式（16）重新計算如下：此時的變形量為：則定位誤差為：仍不能滿足精度要求0.02mm。如果將顧主絲杠再進行預拉伸，則絲杠剛度可提高四倍，則定位

20、誤差為：滿足要求。（三）縱向和橫向滾珠給絲杠副幾何參數：其幾何參數見表1名稱符號W1L2506W1L2005螺紋滾道公 稱 直 徑2520導 程65接 觸 角鋼 球 直 徑3.9693.175滾道法面半徑2.0641.651偏 心 距0.0560.045螺 紋 升 角螺桿螺 桿 外 徑24.219.4螺 桿 徑20.98416.788螺桿接觸直徑17.02713.835螺母螺母螺紋直徑32.82623.212螺 母 徑25.820.6354 進給伺服系統傳動計算1. 齒輪傳動比計算 (縱向進給齒輪箱傳動比計算)（1）,已確定縱向進給脈沖當量,滾珠絲杠導程,初選步進電機步距角0.9,可計算出傳動

21、比i 式（17）可選定齒輪齒數為: 由齒輪傳動比i=2/3，可以選定齒輪齒數為: =24和=36或=28和 =42，初選=28和=42的齒輪。有關參數如表2。 齒 數284224402030分度圓d=mz568448804060齒頂圓da=d+2m608852844464齒根圓df=d-21.25m517943753555齒 寬(6-10)m202020202020中心矩A=(d1+d2)/27064502 . 齒輪齒數與技術參數計算出傳動比i后,降速級數決定采用一對齒輪降速,因為進給伺服系統傳遞功率不大,一般取=12,數控車床,銑床取=2,此設計中取=2。為了消除齒輪側隙，此作業(yè)中采用雙片齒

22、輪。5 步進電機的計算和選用（一）縱向機構步進電機選型：1 . 計算步進電機負載轉矩Tm 式（18） 式中:脈沖當量 (mm/step); 進給牽引力 (N); 步距角,初選雙拍制為0.9;2 . 初選步進電機型號 根據=1.475N.m在網上查混合式步進電機技術數據表初選步進電機型號為56BYG250E-SASSBL-0601，其中，,保持轉矩為2.5N.m.3 . 等效轉動慣量計算 根據簡圖 ，即圖（1），傳動系統折算到電機軸上的總的轉動慣量 運動件的轉動慣量可由下式計算: 式中 ，齒輪,的轉動慣量 () 滾珠絲杠轉動慣量 () = 式中 D圓柱體直徑(cm); L圓柱體長度 (cm);

23、代入上式: 4 . 電機轉矩計算 機床在不同的工況下,在,下面分別按各階段計算:1) 快速空載起動慣性矩在快速空載起動階段，加速力矩所占的比例較大，具體計算公式如下：式（19）式（20） 又：式（21） 代入得： 折算到電機軸上的摩擦力矩:式（22）式中：傳動鏈總效率,一般可取0.70.85此處取0.8;i傳動比;附加摩擦力矩：式（22）式中：傳動鏈總效率,一般可取0.70.85此處取0.8;i傳動比;Fpo滾珠絲杠預加負荷,一般取1/3Fm,Fm為進給牽引力(N);o滾珠絲杠未預緊時的傳動效率,一般取0.9,此處取o=0.9所以：2) 快速移動所需力矩式（23） =51+11.75=62.7

24、N.cm3) 最大切削載時所需力矩式（24） 從上面計算可以看出、三種工況下,以最大切削載時所需轉矩最大,即以此項作為校核步進電機轉矩的依據.查得：當步進電機為兩相四拍時， =0.707故最大靜力矩Mjmax=179.5/0.707=2.5 Nm，而電機保持轉矩為2.5N.m最大靜力矩Mjmax，等于所以滿足要求！但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運轉矩頻特性。計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率圖（4）、56BYG250ESASSBL0601混合式步進電機矩頻特性圖當快速運動和切削進給時，56BYG250E-SASSBL-0601型混合式步進電機運行矩頻完全可以滿足要求。5、繪制

25、進給伺服系統機械裝配圖在完成運動與動力計算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進電機型號，以與齒輪齒數、模數、軸承型號之后，就可以畫機械裝配圖。見附圖（一）例如，雙片齒輪采用周向彈簧調整消隙法：如圖（5）所示，采用了可調拉力彈簧調整間隙。在兩個薄片齒輪1和2上分別裝上耳座3和8，彈簧4的一端鉤在耳座3上，另一端鉤在耳座8的螺釘7上。用螺母5調節(jié)螺釘7的伸出長度即可調整彈簧的彈力，調整好后再用螺母6鎖緊。彈簧的彈力使薄齒輪1和2的左、右齒面分別與寬齒輪的齒槽左、右齒側面貼緊，消除了齒側間隙。 （圖5） 雙薄片齒輪周向彈簧調整法1、2-薄片齒輪 3、8-耳座 4-彈簧 5-調節(jié)螺母 6-鎖緊螺母 7-

26、螺釘（二）、橫向機構初選步進電機：1 . 計算步進電機負載轉矩Tm 式（18） 式中:脈沖當量 (mm/step); 進給牽引力 (N); 步距角,初選雙拍制為0.9;2 . 初選步進電機型號 根據=0.614N.m在網上查混合式步進電機技術數據表初選步進電機型號為56BYG250D-SASSBL-0241，其中，,保持轉矩為1.72N.m.3 . 等效轉動慣量計算 根據簡圖 ，即圖（2），計算傳動系統折算到電機軸上的總的轉動慣量運動件的轉動慣量可由下式計算: 式（25）式中 、齒輪、的轉動慣量 () 滾珠絲杠轉動慣量 () = 式中 D圓柱體直徑(cm); L圓柱體長度 (cm); 代入上式

27、: 4. 電機轉矩計算 機床在不同的工況下,在,下面分別按各階段計算:1) 快速空載起動慣性矩在快速空載起動階段，加速力矩所占的比例較大，具體計算公式如下：式（19）式（20） 又：式（21） 代入得： 折算到電機軸上的摩擦力矩:式（22）式中：傳動鏈總效率,一般可取0.70.85此處取0.8;i傳動比;貼塑導軌摩擦系數，取=0.04附加摩擦力矩：式（22）式中：傳動鏈總效率,一般可取0.70.85此處取0.8;i傳動比;Fpo滾珠絲杠預加負荷,一般取1/3Fm,Fm為進給牽引力(N);o滾珠絲杠未預緊時的傳動效率,一般取0.9,此處取o=0.9所以：2) 快速移動所需力矩式（23） =1.9

28、6+4.84=6.8N.cm3) 最大切削載時所需力矩式（24） 從上面計算可以看出、三種工況下,以快速空載起動慣性矩最大,即以此項作為校核步進電機轉矩的依據.查得：當步進電機為兩相四拍時， =0.707故最大靜力矩Mjmax=59.3/0.707N.m=0.839N.cm，而電機保持轉矩為1.72N.m，大于最大靜力矩Mjmax，所以滿足要求！但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運轉矩頻特性。計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率圖（5）、56BYG250EASSBL0241型混合式步進電機矩頻特性圖當快速運動和切削進給時，56BYG250EASSBL0241型混合式步進電機運行矩頻

29、完全可以滿足要求。5、繪制進給伺服系統機械裝配圖在完成運動與動力計算后，以后確定了滾珠絲杠螺母副、步進電機型號，以與齒輪齒數、模數、軸承型號之后，就可以畫橫向機械裝配圖。見附圖（二）第四章、微機數控系統的設計1 微機數控系統設計的容(一)硬件電路設計容硬件是組成系統的基礎,也是軟件編制的前提,數控系統硬件的設計包括以下幾部分容：1、繪制系統電氣控制結構框圖據總體方案與機械結構的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制電氣控制結構圖。機床硬件電路由五部分組成：（1） 主控制器，即中央處理單元CPU。（2） 總線，包括數據總線、地址總線和控制總線。（3） 存儲器，包括程序存儲器和數據存儲器。（4）

30、接口，即輸入/輸出接口電路。（5） 外圍設備，如鍵盤、顯示器與光電輸入機等。2、選擇中央處理單元CPU的類型CPU的種類很多，在此處選擇MCS51系列單片機中的80C51，因為其集成度高，穩(wěn)定性、可靠性好，體積小，而且有很強的外部擴展功能，外圍擴展電路芯片大多是一些常規(guī)芯片，用戶很容易通過標準擴展電路來構成較大規(guī)模的應用系統。3、存儲器擴展電路設計存儲器擴展包括數據存儲器和程序存儲器擴展兩部分。分別選擇兩片2764和一片6264來擴展16K的存。4、I/O接口電路設計設計容包括：據外部要求選用I/O接口芯片，步進電機伺服控制電路，鍵盤、顯示部分以與其他輔助電路設計（如復位、掉電保護等）。經考慮

31、，選擇8255為I/O接口芯片，液晶顯示控制器LR104VRAM來控制LCD。圖中的急停開關應采用那種按下去之后不會彈起、直到再次啟動后操作者用手動拔出的按鈕，此處由于表達方式的限制，僅以普通按鈕表示。（二）、機床數控系統軟件設計軟件是硬件的補充，確定硬件電路后，根據系統功能要求設計軟件。1、軟件設計步驟分為以下幾步：（1） 據軟件要實現的功能，能制定出軟件技術要求；（2） 將整個軟件模塊化，確定各模塊的編制要求，包括各模塊功能，入口參數，出口參數；（3） 據硬件資源，合理分配好存儲單元；（4） 分別對各模塊編程，并調試；（5） 連接各模塊，進行統一調試與優(yōu)化；（6） 固化到各程序存儲器中。2

32、、數控系統中常用軟件模塊（1） 軟件實現環(huán)行分配器；（2） 插補運算模塊；（3） 自動升降速控制模塊。2 80C51單片機與其擴展(一)80C51單片機的簡介 1芯片引腳與片外總線結構80C51單片機采用40腳雙直插封裝（DIP）形式，如圖(6)所示。80C51單片機是高性能單片機，因為受到引腳數目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。下面說明這些引腳的名稱和功能。（1） 電源引腳Vss和Vcc Vss(20腳)：接地。 Vcc(40腳)：主電源+5V。（2） 時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部晶體的一端。在片它是振蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，對于HM

33、OS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。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在片它是一個振蕩電路反向放大電路的輸出端，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。圖（6）.80C51引腳圖（3） 控制信號引腳RST、ALE/PROG、PSEN、/EA/VppRST（9腳）：單片機剛接上電源時，其部各寄存器處于隨機狀態(tài)，在該引腳輸入24個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機復位（RESET）。ALE/PROG：訪問片外存儲器時，ALE作鎖存擴展地址低位字節(jié)的控制信號（稱允許鎖

34、存地址）。平時不訪問片外存儲器時，該端也以1/6的時鐘振蕩頻率固定輸出正脈沖，供定時或者其他需要使用；在訪問片外數據存儲器時會失去一個脈沖。ALE端的負載驅動能力為8個LSTTL（低功耗高速TTL）。 /PSEN（29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，這兩個有效的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輸出是否有信號輸出，可以判別80C51是否在工作。 /EA/Vpp（31腳）：當EA端輸入高電平時，CP

35、U從片程序存儲器地址0000H單元開始執(zhí)行程序。當地址超過4KB時，將執(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。（） 輸入/輸出引腳（P0、P1、P2和P3端口引腳）P0P3是4個寄存器，也稱為4個端口，是80C51單片機與外界聯系的4個8位雙向并行I/O口。由于在數據的傳輸過程中，CPU需要對接口電路輸入輸出數據的寄存器進行讀寫操作，所以在單片機中對這些寄存器象對存儲單元一樣進行編址。通常把接口電路中這些已編址并能進行讀寫操作的寄存器稱為端口（PORT），或簡稱口。P0.0P0.7（3932腳）：P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它分

36、時提供低8位地址和8位雙向數據，故這些I/O線有地址線/數據線之稱，簡寫為AD0AD7。在EPROM編程時，從P0輸入指令字節(jié)，在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)（驗證時，要外接上拉電阻）。P1.0P1.7（18腳）：P1是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在EPROM編程和驗證程序時，它輸入低8位地址。P2.0P2.7（2128腳）：P2是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它輸出高8位地址，即A8A15。在對EPROM編程和驗證程序時，它輸入高8位地址。P3.0P3.7（1017腳）：P3是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在整個系統中，這8個引腳還具有專門的第二功

37、能，如表（3）所示。表P3口各位的第二功能 P3口的各位第二功能 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7RXD（串行口輸入）TXD（串行口輸出）INT0（外部中斷0輸入）INT1（外部中斷1輸入）T0（定時器/計數器0的外部輸入）T1（定時器/計數器1的外部輸入）WR（片外數據存儲器寫選通控制輸出）RD（片外數據存儲器讀選通控制輸出）（二） 單片機的系統擴展概述80C51片只有4KB程序存儲器地址空間、256B的片數據存儲器的地址空間（用8位地址，其中128B的專用寄存器地址空間僅有21個字節(jié)有實際意義）。所以需擴展。1 擴展概述 80C51的片外總線結

38、構：所有的外部芯片都通過三組總線進行擴展。（1）數據總線（DB）：由P0口提供，數據總線要連到連接的所有外圍芯片上，但在同一時間只能夠有一個是有效的數據傳送通道。（2）地址總線（AB）：16位，可尋址圍為64K字節(jié)，AB由P0口提供低8位地址，與數據分時傳送，傳送數據時將低8位地址鎖存；高8位地址由P2口提供。（3）控制總線（CB）：系統擴展用控制總線有WR、RD、PSEN、ALE、EA。2 系統擴展能力片外數據存儲器與程序存儲器的操作使用不同的指令和控制信號，允許兩者的地址重復。故據地址的寬度，片外可擴展的存儲器與程序存儲器分別為64KB。此處擴展了16K的程序存儲器和16K的地址存儲器，且

39、沒有使用片存儲器。擴展的I/O口與片外數據存儲器統一編址，不再另外提供地址線。3 地址鎖存器 因為P0口是分時提供低8位地址和數據信息的，所以必須用鎖存器把地址鎖存住。本次設計使用帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器74HC373。其引腳見圖（7）。圖（7）、74HC373引腳圖D0D7 信號輸入端Q0Q7 信號輸出端G：下降沿時，將D1D8鎖存于部E：使能端，E=0時，三態(tài)門處于導通狀態(tài)，輸出端Q0Q7與輸入端D0D7連通，當E=1時，輸出三態(tài)門斷開，輸入數據鎖存。4 地址譯碼器80C51擴展電路中，都牽涉到外部地址空間的分配問題，即當80C51數據總線分時與多個外圍芯片進行數據傳送時，首選要進行片選

40、，然后再進行片地址選擇。地址譯碼實現片選的方法目前常用的有兩種：線選法和譯碼法。此處采用74HC139譯碼器組成的譯碼電路對系統的高位地址進行譯碼。74HC139是雙“2-4”譯碼器，每個譯碼器僅有1個使能端G，0電平選通。有2個選擇輸入端，4個譯碼輸出端，輸出0電平有效。2個輸入信號A、B譯碼后有4個輸出狀態(tài)，其引腳與真值表如下所示。表（4）、74HC139真值表 輸入 輸出使能 選 擇Y0Y1Y2Y3/G B A 11111 0 0 00111 0 0 11011 0 1 01101 0 1 11110（三） 存儲器擴展 此處采用兩片EPROM芯片6264（8K8）擴展程序存儲器，數據存儲

41、器選用靜態(tài)RAM62648（8K8）。其引腳見左圖（8）。圖（8）、2764引腳圖80C51芯片與存儲器的連接 存儲器擴展實質是三總線的連接。（1） 據芯片存儲容量的大小確定數據、地址線的根數。此處為13根。（2） 數據線的連接 將80C51的芯片的P0.0P0.7按位與RAM數據線D0D7直連。（3） 地址總線的連接 據確定的地址線根數，將相應低地址線相連，剩余高位地址線作為片選。（4） 控制總線的連接 對應控制線相連。（四） I/O口的擴展MCS-51單片機共有四個8位并行I/O口，可提供給用戶使用的只有P1口和部分P3口線，因此不可避免地要進行I/O口的擴展。這里采用8255（可編程的R

42、AM/IO擴展接口電路）。 I/O口擴展采用總線擴展方法，數據輸入線取自80C51的P0口。這種擴展方法分時占用P0口，不影響P0口與其它擴展芯片的連接操作。8255具有3個8位的并行的I/O口，分別為PA、PB、PC口，其中PC口又分為高4位（PC7PC4）和低4位（PC3PC0）。（五）、步進電機驅動電路采用細分驅動電路，根據所選電機說明，選取合適的驅動器，縱向驅動器和橫向驅動器均為SH20806N。其接線圖如下：圖（8）、電動機驅動器連線圖（六）、液晶顯示控制器：使用由朗睿電子科技研制生產的工業(yè)彩色液晶（VRAM型）顯示器，型號為LR-104VRAM。1、簡介：彩色液晶顯示器采用超大規(guī)模

43、集成電路，以數字方式驅動，可以從根本上消除傳統CRT顯示器的屏幕閃爍現象。具有高亮度、高對比度、高可靠性、抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點；并且體積小、厚度小、功耗低、無輻射、抗干擾能力強。隨著彩色液晶技術的日趨成熟，正在逐步取代CRT顯示器，成為許多高要求行業(yè)的首選，被越來越多地應用到電力、醫(yī)療、儀表、電梯、工業(yè)控制等領域。2、基本原理：LR-104VRAM真彩色液晶顯示器，采用VRAM顯示方式。VRAM（Video Random-Access Memory）視頻存儲技術是近年來比較流行的專門用于圖形處理的雙端口存儲技術，常用于中、高檔顯示卡。采用緩存、邏輯仲裁、存儲陣列，實現兩個設備同時對同一存儲陣列訪問

44、而不需要等待，且互不干擾。該顯示器接口采用并行總線方式（數據總線、地址總線以與選、讀、寫等信號），可以很方便地連接到單片機或微處理器的總線上，用戶可以象使用普通存儲器一樣使用它?；蛘呖梢园扬@示器看成是自己設備外掛的一個RAM。LR-104VRAM存儲器地址單元同液晶屏幕上的像素點一一對應，用戶可以把這個存儲器理解為“顯示映像”存儲器。如果希望在液晶屏幕上某一位置顯示文字或圖形，只需要向存儲器對應區(qū)域寫入相應的數據即可。VRAM存儲器的一個字節(jié)由8位構成，顯示器屏幕上的一個“像素”點由R、G、B三個“點”來組成。3、原理框圖：LR-104VRAM顯示器的基本原理框圖如圖（9）所示，DC/DC電壓

45、變換器產生液晶所用各種驅動電壓DC/AC逆變器則用來點亮冷陰極背光燈（CCFL）。分時技術讓顯示與寫入數據同時進行，實現了畫面的高速更新，且互不干擾。圖（9）、LR-104VRAM顯示器的基本原理框圖4、性能指標：視域對角線10.4英寸外型尺寸246.5179.338mm 視域尺寸211.2(H)158.4(V)mm 圖像點陣640RGB480行像素點尺寸0.33(H)0.33(V)mm 像素結構 垂直條紋接口方式 總線方式VRAM容量128K8位顯示顏色TFT 64色/ 256色視野角度 左75度，右75度,上60度，下50度工作電壓DC 8V 15V 消耗功率 小于8W 工作環(huán)境溫度 -1

46、0+65保存溫度-30+70亮度400cd/液晶屏壽命 大于5萬小時（連續(xù)工作）背光燈壽命 大于25000小時（連續(xù)工作）凈重 克毛重 克包裝數量 只/箱包裝尺寸mm 外包裝尺寸mm5、接口方法：LR-104VRAM的接口方式為總線方式。外部引線包括有地址總線、數據總線和片選讀寫輸入，可以直接掛接到單片機、計算機的總線上，通過譯碼分配作為主機的某部分存來使用。如果主機無法分配較大的空間而直接使用時，也可以采用分頁操作技術，高位地址用來頁面切換，低位地址則可直接操作。存的數據位與屏幕顯示的色點一一對應，只要把適當的數據寫入存中去，屏幕上即可顯示出相應的文字圖形。接口采用34針雙列防反插插座（間距

47、為標準2.54mm）,引腳定義如下表所示：引腳號引腳定義引腳號引腳定義引腳號引腳定義1D0 13GND25 A52D114GND26 A63D215RDCS27 A74D316A1528 A85D417+12V29 A96D518+12V30 A107D619保留31 A118D720保留32 A129WCS21A133 A1310CLOSE22A234 A1411A023A312保留24A46、應用程序：，將屏幕清成040H代碼所表示的顏色；VRAM的片選地址（E000，FFFFH）；A13，14，15 = P1.O,P1.1,P1.2 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 009

48、0H MAIN: MOV SP,#60H; LCALL INITLCD; MOV R1,#040H; LCALL CLEAR1 RETERN: SJMP RETERN INITLCD: LCALL LCD RET LCD: MOV R2,#08H MOV R3,#00H LCD1: MOV P1,R3 MOV DPTR,#0E000H MOV R4,#20H LCD2: MOV R5,#00H MOV A,#00HLCD3: MOVX DPTR,A INC DPTR DJNZ R5, LCD3 DJNZ R4, LCD2 INC R3 DJNZ R2,LCD1 RET CLEAR1: LCALL LCD4 RET LCD4: MOV R2,#08H MOV R3,#00H LCD5: MOV P1,R3 MOV DPTR,#OE000H MOV R4,#20H LCD6: MOV R5,#0A