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文檔簡介
1、 課程設(shè)計說明書 題目:激光切割機數(shù)控系統(tǒng) 指導老師:吳斌 撰寫人: 陸詡 目錄第一章 緒論1.1激光技術(shù)概述1.2激光切割技術(shù)的應(yīng)用 1.3設(shè)計任務(wù)1.4總體設(shè)計方案分析第2章 機械部分XY工作臺的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 XY工作臺的設(shè)計2.1.1主要設(shè)計參數(shù)及依據(jù)2.1.2 XY工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析2.1.3初步確定XY工作臺尺寸及估算重量第三章 直線滾動導軌的選型第四章 步進電機及其傳動機構(gòu)的確定4.1 步進電機的選用4.1.1 脈沖當量和步距角4.1.2步進電機上起動力矩的近似計算 4.1.3確定步進電機最高工作頻率4.2齒輪傳動機構(gòu)的確定4.2.1傳動比的確定4.2.2齒輪的結(jié)構(gòu)主
2、要參數(shù)確定4.3步進電機慣性負載的計算第五章 控統(tǒng)制系設(shè)計5.1 確定機床控制系統(tǒng)方案5.2 主要硬件配置5.2.1主要芯片選擇5.2.2 主要管腳功能5.2.3 EPROM的選用5.2.4 RAM的選用5.2.5 89C51存儲器及I/O的擴展5.2.6 8155工作方式查詢5.2.7狀態(tài)查詢5.2.8 8155定時功能5.2.9 芯片地址分配5.3 總體程序控制5.3.1流程圖5.3.2主程序5.4 鍵盤設(shè)計5.4.1鍵盤定義及功能5.4.2 鍵盤程序設(shè)計5.5 顯示器設(shè)計5.5.1顯示器顯示方式的選用5.5.2顯示器接口5.5.3 8155擴展I/O端口的初始化5.6 插補原理5.7光電
3、隔離電路5.8越界報警電路第6章 總 結(jié)參考文獻第一章 緒論1.1激光技術(shù)概述激光被譽為二十世紀最重大的科學發(fā)現(xiàn)之一,它剛一問世就引起了材料科學家的高度重視。1971年11月,美國通用汽車公司率先使用一臺250W CO2激光器進行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗研究,并于1974年成功地完成了汽車轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面(可鍛鑄鐵材質(zhì))激光淬火工藝研究,淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了10倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(yè)應(yīng)用。多年以來,世界各國投入了大量資金和人力進行激光器、激光加工設(shè)備和激光加工對材料學的研究,促使激光加工得到了飛速發(fā)展,并獲得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。如今在中國,激光技術(shù)已
4、在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應(yīng)用,并且正逐步實現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,國家也將其列為“九五”攻關(guān)重點項目之一。“十五”的主要工作是促進激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,保持激光器年產(chǎn)值20的平均增長率,實現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上;在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù),重點完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進行改造的示范工程;為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。數(shù)控化和綜合化把激光器與計算機數(shù)控技術(shù)、先進的光學系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結(jié)合,形成研制和生產(chǎn)加工中心,已成為激光加工發(fā)展的一個重要趨勢。1.2激光切割技術(shù)的
5、應(yīng)用 激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料,并使激光束與材料沿一定軌跡作相對運動,從而形成一定形狀的切縫。從二十世紀七十年代以來隨著CO2激光器及數(shù)控技術(shù)的不斷完善和發(fā)展,目前已成為工業(yè)上板材切割的一種先進的加工方法。在五、六十年代作為板材下料切割的主要方法中:對于中厚板采用氧乙炔火焰切割;對于薄板采用剪床下料,成形復雜零件大批量的采用沖壓,單件的采用振動剪。七十年代后,為了改善和提高火焰切割的切口質(zhì)量,又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。為了減少大型沖壓模具的制造周期,又發(fā)展了數(shù)控步?jīng)_與電加工技術(shù)。各種切割下料方法都有其有
6、缺點,在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍。激光切割機是光、機、電一體化高度集成設(shè)備,科技含量高,與傳統(tǒng)機加工相比,激光切割機的加工精度更高、柔性化好,有利于提高材料的利用率,降低產(chǎn)品成本,減輕工人負擔,對制造業(yè)來說,可以說是一場技術(shù)革命。激光切割的適用對象主要是難切割材料,如高強度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料,以及精密細小和形狀復雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計數(shù)控激光切割有很強的現(xiàn)實意義。微機控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。1.3設(shè)計任務(wù)本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一臺單片機(89C51主控芯片)控制激光切割機床,主要設(shè)計對象是XY工作臺部件及89C51
7、單片機控制原理圖。而對激光切割機其他部件如冷水機、激光器等不作為設(shè)計內(nèi)容要求,只作一般了解。單片機對XY工作臺的縱、橫向進給脈沖當量0.001mm/ pluse。工作臺部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動直線導軌副、步進電機、工作臺等。設(shè)計時應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。1.4總體設(shè)計方案分析參考數(shù)控激光切割機的有關(guān)技術(shù)資料,確定總體方案如下:采用89C51主控芯片對數(shù)據(jù)進行計算處理,由I/O接口輸出控制信號給驅(qū)動器,來驅(qū)動步進電機,經(jīng)齒輪機構(gòu)減速后,帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)進給。其原理示意圖1-1。X向工作臺控制器驅(qū)動器步進電機步進電機驅(qū)動器Y向工作臺圖1-1 系統(tǒng)總體原理圖微機控制線路圖參考M
8、CS51系列單片機控制XY工作臺線路圖。步進電機參照RORZE株式會社的產(chǎn)品樣本選取,以保證質(zhì)量和運行精度,同時驅(qū)動器也選用RORZE的配套驅(qū)動器產(chǎn)品。滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多,本設(shè)計參照了漢江機床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料,力求從技術(shù)性能、價格狀況、通用互換性等各方面因素考慮,最后選用南京工藝裝備廠的FFZD系列滾珠絲杠,即內(nèi)循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠副。本設(shè)計棄用Z80,而選用單片機。單片機體積小、抗干擾能力強,對環(huán)境要求不高,可靠性高,靈活性好,性價比大大超過了Z80。比較后選用89C51為主芯片。在使用過程中89C51雖有4K的FLASH(E2PROM),但考慮實際情況需配備EPR
9、OM和RAM,并要求時序配備。選晶體頻率為6MHz,89C51讀取時間約為3t,則t480ns ,常用EPROM讀取時間約為200450ns。89C51的讀取時間應(yīng)大于ROM要求的讀取時間。89C51的讀寫時間約為4T,則TR660ns,TW=800ns,常用RAM讀寫時間為200ns左右,均滿足要求。根據(jù)需要,擴展I/O接口8155,因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字,為簡化電路采用LED顯示器。鍵盤采用非編碼式矩陣電路。為防止強電干擾,采用光電隔離電路。第二章 機械部分XY工作臺的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1.1主要設(shè)計參數(shù)及依據(jù)本設(shè)計的XY工作臺的參數(shù)定為:工作臺行程:橫向320mm,縱向450mm
10、工作臺最大尺寸(長寬高):1100900300mm工作臺最大承載重量:120Kg脈沖當量:0.001mm/pluse進給速度:60平方毫米/min表面粗糙度:0.81.6設(shè)計壽命:15年 XY工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析因激光切割機床為激光加工,其激光器與工件之間不直接接觸,因此可以認為在加工過程中沒有外力負載作用。其切削力為零。XY工作臺部件由工作臺、中間滑臺、底座等零部件組成,各自之間均以滾動直線導軌副相聯(lián),以保證相對運動精度。設(shè)下底座的傳動系統(tǒng)為橫向傳動系統(tǒng),即X向,上導軌為縱向傳動系統(tǒng),即Y向。一般來說,數(shù)控切割機床的滾動直線導軌的摩擦力可忽略不計,但滾珠絲杠副,以及齒輪之間的滑動摩擦不
11、能忽略,這些摩擦力矩會影響電機的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預緊措施,其產(chǎn)生的負載波動應(yīng)控制在很小的范圍。2.1.3初步確定XY工作臺尺寸及估算重量初定工作臺尺寸(長寬高度)為:120095070mm,材料為HT200,估重為625N (W1)。設(shè)中托座尺寸(長寬高度)為:1200520220mm,材料為HT200,估重為250N(W2)。另外估計其他零件的重量約為250N (W3)。加上工件最大重量約為120Kg(1176N)(G)。則下托座導軌副所承受的最大負載W為:W=W1+W2+W3665+250+250+11762301 第三章 直線滾動導軌的選型導軌主要分為滾動導軌和滑動
12、導軌兩種, 直線滾動導軌在數(shù)控機床中有廣泛的應(yīng)用。相對普通機床所用的滑動導軌而言,它有以下幾方面的優(yōu)點: 定位精度高直線滾動導軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動導軌的1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小,運動靈活,可使驅(qū)動扭矩減少90%,因此,可將機床定位精度設(shè)定到超微米級。 降低機床造價并大幅度節(jié)約電力采用直線滾動導軌的機床由于摩擦阻力小,特別適用于反復進行起動、停止的往復運動,可使所需的動力源及動力傳遞機構(gòu)小型化,減輕了重量,使機床所需電力降低90%,具有大幅度節(jié)能的效果。 可提高機床的運動速度直線滾動導軌由于摩擦阻力小,因此發(fā)熱少,可實現(xiàn)機床的高速運動,提高機床的工作效率2030%。 可長期維
13、持機床的高精度對于滑動導軌面的流體潤滑,由于油膜的浮動,產(chǎn)生的運動精度的誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下,流體潤滑只限于邊界區(qū)域,由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的,在這種摩擦中,大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反,滾動接觸由于摩擦耗能小滾動面的摩擦損耗也相應(yīng)減少,故能使直線滾動導軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時,由于使用潤滑油也很少,大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了,這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計及使用維護方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用:開式直線滾動導軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。型號:選用GGB型四方向等載荷型滾動直線導軌副,如圖4-1。具體型號:X向選用GGB20BA2P
14、,2 500-4 Y向選用GGB20AB2P,2 1100-4 圖3-1 直線滾動導軌第四章 步進電機及其傳動機構(gòu)的確定4.1 步進電機的選用 脈沖當量和步距角已知脈沖當量為1m/STEP,而步距角越小,則加工精度越高。初選為0.36o/STEP(二倍細分)。4.1.2步進電機上起動力矩的近似計算 電機起動力矩: (4.1)式中: M為滾珠絲杠所受總扭矩Ml為外部負載產(chǎn)生的摩擦扭矩,有: (4.2)=920.025/2tg(2.91+0.14)=0.062NmM2為內(nèi)部預緊所產(chǎn)生的摩擦扭矩,有: (4.3)式中: K預緊時的摩擦系數(shù),0.10.3 Ph導程,4cmFao預緊力,有:Fao=Fa
15、o1+Fao2取Fao1=0.04Ca=0.04 1600=640NFao2為軸承的預緊力,軸承型號為6004輕系列,預緊力為Fao2130N。故根據(jù)式(4.3): M2=0.098 Nm齒輪傳動比公式為:i= Ph /(360p),故步進電機輸出軸上起動矩近似地可估算為: (4.4)=360Mp /Ph 式中: p =lm/STEP=0.0001cm/STEP;M= M1+ M 2= 0.16N=0.36o/STEPq=0.85Ph0.4cm0.953則根據(jù)式(4.4):Tq=3600.160.0001/(3.60.850.4)=0.4 Nm 因Tq/TJM=0.866(因為電機為五相運行)
16、。則步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩TJM=Tq/0.866=0.46 Nm4.1.3確定步進電機最高工作頻率參考有關(guān)數(shù)控激光切割機床的資料,可以知道步進電機最高工作頻率不超過1000Hz。根據(jù)以上討論并參照樣本,確定選取M56853S型步進電機,該電機的最大靜止轉(zhuǎn)矩為0.8 Nm,轉(zhuǎn)動慣量為235g/cm24.2齒輪傳動機構(gòu)的確定4.2.1傳動比的確定要實現(xiàn)脈沖當量lm/STEP的設(shè)計要求,必須通過齒輪機構(gòu)進行分度,其傳動比為: (4.5)式中:Ph 為滾珠絲杠導程為步距角p為脈沖當量根據(jù)前面選定的幾個參數(shù),由式(5.4)得:=0.364/3600.001=4:1=Z2/Z1根據(jù)結(jié)構(gòu)要求,選用Z1為30,
17、Z2為120 4.2.2齒輪的結(jié)構(gòu)主要參數(shù)確定 齒輪類型:選擇直齒加工方便。 模數(shù)選擇:本工作臺負載相當輕,參考同類型的機床后,選擇m1齒輪傳動側(cè)隙的消除。 中心距的計算:A=m(Z1+ Z2) (4.6)=1(30+120)/2=75mm齒頂高為1mm,齒根高為125mm,齒寬為20mm。 齒輪材料及熱處理:小齒輪Z1采用40Cr,齒面高頻淬火; 大齒輪Z2采用45號鋼,調(diào)質(zhì)處理。 4.3步進電機慣性負載的計算由資料知,激光切割機的負載可以認為是慣性負載。機械機構(gòu)的慣量對運動特性有直接的影響。不但對加速能力、加速時驅(qū)動力矩及動態(tài)的快速反應(yīng)有關(guān),在開環(huán)系統(tǒng)中對運動的平穩(wěn)性也有很大的影響,因此要
18、計算慣性負載。限于篇幅,在此僅對進給系統(tǒng)的負載進行計算。慣性負載可由以下公式進行計算: (4.7)式中:JD為整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的慣性負載。J0為步進電機轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量eJ1為齒輪Zl的轉(zhuǎn)動慣量J2為齒輪Z2的轉(zhuǎn)動慣量J3為齒輪Z3的轉(zhuǎn)動慣量mn為系統(tǒng)工作臺質(zhì)量Vm為工作臺的最大移動速率D為折算成單軸系統(tǒng)電動機軸角速度各項計算如下:已知:J00忽略不計, mn=112.5Kg齒輪慣性轉(zhuǎn)矩計算公式: (4.8)其中:為回轉(zhuǎn)半徑G為轉(zhuǎn)件的重量滾珠絲杠的慣性矩計算公式: (4.9)最后計算可得:J1=0.110-3Kg. m2J2=1.3210-3Kg. m2J3=2.9810-4Kg.
19、m2J4=1.1410-5Kg. m2Vm=12 m/sD=2rad/s故慣性負載根據(jù)式(5.7)得:JD=J0+J1+(Zl/Z2)(J2J3)+ J4 (Vm/D)2mn=17.3 Kg. cm2此值為近似值故此值小于所選電機的轉(zhuǎn)動慣量。第五章 控統(tǒng)制系設(shè)計5.1 確定機床控制系統(tǒng)方案根據(jù)機械系統(tǒng)方案的要求,可以看出:對機械部分的控制只有進給系統(tǒng)的步進電機的控制和工作臺回轉(zhuǎn)的步進電機控制??刂葡到y(tǒng)有微機的、有PLC的、也有單片機的,這里采用的是開環(huán)控制系統(tǒng),可以選擇經(jīng)濟型的單片機控制系統(tǒng)。另外,居然要控制,就得有輸入和輸出設(shè)備才能對相應(yīng)的運動進行控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖5-1所示:存儲器擴
20、展光電隔離驅(qū)動器I/O口擴展單片機功 率 放 大X軸電機Y軸電機Z軸電機驅(qū)動器橫向絲杠Z向絲杠縱向絲杠顯示器鍵 盤圖5-1 控制系統(tǒng)框圖5.2 主要硬件配置5.2.1主要芯片選擇由于89C51芯片在性價比上比同類單片機高,加上8031、8051市場上已經(jīng)停產(chǎn),所以選擇89C51作為主芯片。 主要管腳功能89C51是40腳雙列直插式芯片。主要管腳功能: 控制線片外存儲器選擇端,雖然89C51內(nèi)有4K的FLASH,但為了方便接線和各程序的存放,故不使用內(nèi)部程序存儲器,這樣接地,從外部程序存儲器讀取指令。 外部程序存儲器選通端,以區(qū)別讀外部數(shù)據(jù)存儲器。 ALE地址鎖存控制端,系統(tǒng)擴展時,ALE控制P
21、0口輸出的低八位地址送鎖存器儲存,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址隔離。此外ALE以l/6晶振的固定頻率輸出正脈沖,可作為外部時鐘或定時脈沖。 RESET復位端,當輸入的復位信號延續(xù)二個周期以上高電平,完成復位初始化操作。 89C51中I/O口的介紹P0口外接存儲器時,此口為擴展電路低八位地址和數(shù)據(jù)總線復用口;Pl口用戶使用的I/O口;P2口外接存儲器時,作擴展電路高八位的地址總線;P3口雙重功能口;P0P3口均為八位雙向口。P0口可驅(qū)動8個TTL門電路,PlP3口只能驅(qū)動四個TTL門電路。 時鐘XTAL1和XTAL2,使用內(nèi)部時鐘時,二端接石英和微調(diào)電路;使用外部時鐘時,接外部時鐘脈沖信號。89C51三總線
22、結(jié)構(gòu):地址總線AB地址總線為16位,外部存儲器直接尋址范圍為64KB,地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器,提供八位A0-A7,高八位A8A15由P2口直接提供。數(shù)據(jù)總線DB數(shù)據(jù)總線為8位,自P0口直接提供。,控制總線CB由P3口第二功能控制線、ALE、RESET組成。5.2.3 EPROM的選用為簡化電路,此處選用2764EPROM (8K*8位)。本設(shè)計采用二片2764EPROM,分別存放監(jiān)控程序,各功能模塊程序,常用零件加工程序。以便于更換各功能模塊程序和零件加工程序時,只需更換各自芯片即可,方便升級。2764芯片主要引腳功能: A0A12 13位地址線 D0D7 數(shù)據(jù)輸出線 數(shù)據(jù)輸出允許信號
23、編程控制信號,用于引入編程脈沖 片選信號2764主要工作方式: 讀方式及為低電平,Vpp5V時處于讀出方式 寫方式為低電平, 亦為低電平,VPP21V, 為高電平時,2764芯片處于禁止狀態(tài)。將數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)固化到指定地址單元。 編程禁止方式一此為向多片2764寫入不同程序而設(shè)置的,當VPP=+21V時,為高電平時,2764芯片處于編程禁止狀態(tài)。5.2.4 RAM的選用數(shù)據(jù)存儲器RAM通常采用MOS型,MOS型RAM分靜態(tài)、動態(tài)兩種。動態(tài)RAM集成度高,功耗小,成本低,但控制邏輯復雜,需要定期刷新,尤其是容易受到干擾,對環(huán)境、結(jié)構(gòu)、電摞等都有較高的要求。對實時控制系統(tǒng)而言,可靠是第一位的,此處選
24、用大容量靜態(tài)RAM6264(8K*8位)一片。6264主要引腳功能: A0A12 13位地址線 IO1IO7 數(shù)據(jù)輸入輸出線 數(shù)據(jù)輸出允許信號 寫選通信號 片選信號6264主要工作方式: 讀方式及為低電平,為高電平時,6264將數(shù)據(jù)輸出到指定地址。 寫方式為低電平,亦為低電平時,允許數(shù)據(jù)輸入。 封鎖方式為高電平時,該芯片沒被選通,不工作。5.2.5 89C51存儲器及I/O的擴展可編程接口芯片是指其工作方式可由與之對應(yīng)的軟件命令來加以改變的接口芯片。這類芯片一般具有多種功能,使用靈活方便,使用前必須由CPU對其編程設(shè)定工作方式,然后按設(shè)定的方式進行操作。8155可編程并行I/O接口具有功能強,
25、價格便宜,且具有與MCS-51單片機配置簡單、方便等優(yōu)點。是單片機應(yīng)用系統(tǒng)最常用的外部功能擴展器件之一。(1)存儲器與單片機聯(lián)接,主要是通過三總線聯(lián)接。應(yīng)考慮總線的驅(qū)動能力是否足夠。存儲器2764、6264存儲量均為8K,需13位地址進行存儲單元選擇,將A0A7腳與地址鎖存器八位地址輸出對應(yīng)聯(lián)接,將A8A13腳與89C51的P2口P2.0-P2.4相聯(lián)接,其余地址線經(jīng)P2.5P2.7經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號。數(shù)據(jù)線聯(lián)接將存儲器數(shù)據(jù)輸出端D0Dl與89C51P0口聯(lián)接??刂凭€89C51 與2764相聯(lián),89C51從外部EPROM取指令。、 分別與6264、相聯(lián),89C51對外部RAM進行讀/寫。 (2
26、)8155許多信號與89C51兼容,可直接聯(lián)接,因8155內(nèi)部已有鎖存器,因此8155數(shù)據(jù)地址復合線AD0一AD7與89C51P0口直接相聯(lián)。地址鎖存信號ALE與89C51ALE相聯(lián)。片選信號經(jīng)譯碼后產(chǎn)生,以高位地址P2.0直接作為IO/信號,此時對8155需要使用16位地址進行編址。8155的結(jié)構(gòu)框圖及引腳排列見圖8-2。 圖5-2 8155引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.2.6 8155工作方式查詢8155I/O工作方式選擇通過對8155內(nèi)部命令寄存器(命令口)設(shè)定命令控制字實現(xiàn)。命令寄存器格式及對應(yīng)的工作方式見下圖8-3。 8155I/O有四種工作方式,即ALT1,ALT2,ALT3,ALT4。其中各
27、符號說明如下:AINTR:A口中斷,請求輸入信號,高電平有效。BINTR:B口中斷,請求輸入信號,高電平有效。ABF(BBF):A口(B口)緩沖器滿狀態(tài)標志輸出線,(緩沖器有數(shù)據(jù)時BF為高電平)。ASTB(BSTB):A口(B口)設(shè)備選通信號輸入線,低電平有效。在ALT1ALT4的不同方式下,A口、B口及C口的各位工作方式如下:ALT1:A口,B口為基本輸入/輸出,C口為輸入方式。ALT2:A口,B口為基本輸入/輸出,C口為輸出方式。ALT3:A口為選通輸入/輸出,B口為基本輸入/輸出。PC0為AINTR,PC1為ABF,PC2為,PC3PC5為輸出。ALT4:A口、B口為選通輸入/輸出。PC
28、0為AINTR,PC1為ABF,PC2為,PC3為BINTR,PC4為BBF,PC5為。 圖5-3 命令寄存器格式5.2.7狀態(tài)查詢8155還有一個狀態(tài)寄存器,用于鎖存I/O口和定時器的當前狀態(tài),供CPU 查詢用。其格式如圖5-4: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,CPU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),而寫該地址時,則作為命令寄存器對I/O口工作方式的選擇。5.2.8 8155定時功能8155芯片內(nèi)有一個14位減法計數(shù)器,可對輸入脈沖進行減法計數(shù)。外部有兩個定時器引腳TINEIN 和TIM
29、EOUT。TINEIN為定時器時鐘輸入,有外部輸入時鐘脈沖,TIMEOUT為定時器輸出,輸出各種信號脈沖波形。定時器的格式、輸出波形見圖8-5。由上圖可見,定時器的低8位和高6位計數(shù)器定時是出方式由04H、05H寄存器確定。對定時器編程時,首先將計數(shù)器及定時器方式送入定時器口,(定時器的低8位和高6位,定時器方式M)04H,05H。計數(shù)常數(shù)在002H3FFF之間。計數(shù)器的起動和停止由命令寄存器的最高兩位TM2和TM1決定。但何時讀都可以置定時器的長度和工作方式,然后必須將起動命令寫入命令寄存器。既使計數(shù)器已經(jīng)計數(shù),在寫入起動命令后,仍可改變定時器的工作方式。圖5-4 狀態(tài)寄存器格式 M2 M1
30、方 式定時器輸出波形0 0單方波0 1連續(xù)方波1 0單脈沖1 1連續(xù)脈沖圖5-5 8155定時器方式及輸出波形5.2.9 芯片地址分配89C51支持的存儲芯片,程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器單獨編址,EPROM與RAM地址分配較為自由,不必考慮會發(fā)生沖突,因89C51復位后,從0000H開始,內(nèi)部程序存儲器空間為0000H-0FFFH,外部2片2764芯片地址分別為0C000H-0DFFFH,8000H-9FFFH。89C51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間為00H-0FFH,外部6264芯片地址:6000H-7FFFH1#8155芯片地址(假定未用地址用0表示)/IO0時,8155(1)內(nèi)部RAM地址范圍 E00
31、0H-E0FFH/IO1時,端口地址:控制口:E100H;PA口:E101H;PB口:E102H;PC口:E103H;定時器低八位:E104H;定時器高八位:E105H2#8155芯片地址(假定未用地址用0表示)/IO0時,8155(1)內(nèi)部RAM地址范圍 0A000H-0A0FFH/IO1時,端口地址:控制口:0A00H;PA口:0A01H;PB口:0A02H;PC口:0A03H;定時器低八位:0A04H;定時器高八位:0A05H5.3 總體程序控制5.3.1流程圖5.3.2主程序 ORG 0000HAJMP MAIN ORG 0003HLJMP INT0ORG 000BHLJMP T0OR
32、G 0013HLJMP INT1MAIN: MOV A,#00H MOV R0,#00H MOV DPTR,#2000HXUNHUAN : MOVX DPTR, AINC DPTRINC R0CJNE R0,#0FFH, XUNHUANINC R1CJNE R2,#0FFH, XUNHUANMOV SP,#60HSETB PX0SETB EX0SETB EX1SETB EAWE : AJMP WEGONGZUO:LCALL QIUJIANLCALL XIANSHILCALL CHULI5.4 鍵盤設(shè)計5.4.1鍵盤定義及功能控制面板上布置5個控制鍵,33個功能數(shù)字鍵。其中8個鍵有雙重功能,由S
33、HIFT鍵轉(zhuǎn)換,按下SHIFT鍵,上檔鍵有效。5個控制鍵各功能如下:急停鍵運行時按該鍵,程序立即停止運行。暫停鍵運行時按下該鍵,執(zhí)行完本程序段后,停止執(zhí)行下一程序段,等待處理,此為硬件暫停?;謴瓦\行鍵處于急?;驎和r,接下該鍵程序繼續(xù)執(zhí)行。用M00實行軟件暫停時,恢復運行也需要按該鍵。復位鍵編程或運行前,清除內(nèi)存中的隨機數(shù)。對中心鍵鉬絲自動找準預定的中心位置(原點)。30個功能數(shù)字鍵包括數(shù)字鍵“09”,負號“”,程序開始字“%”,程序段結(jié)束字“LF”,序號字“N”,準備功能字“G”,輔助功能字“M”,速度功能字“F”,主軸速度功能字“S”,坐標功能字“X、Y、Z、I、J、W”。編輯鍵三個:DE
34、L/INS刪除/插入程序段鍵,DISP/ZOOMDISP顯示程序全段內(nèi)容,ZOOM使加工圖形按比例縮放,預置為1,COPY程序段復制,IDX可設(shè)定某一程序段為起割點,單步步進電機走一拍就停止工作,回零鉬絲重新置于起點,運行加工開始確認。5.4.2 鍵盤程序設(shè)計本設(shè)計采用非編碼式矩陣式鍵盤,1#8155為鍵盤接口,按五行六列布線。PA0PA4為行線,PC0PC5為列線。 A口為輸出口,C口為輸入口,按鍵盤列線,每個鍵對應(yīng)一個鍵碼,根據(jù)鍵碼轉(zhuǎn)至相應(yīng)鍵處理子程序。常用鍵識別方法有掃描法和線翻轉(zhuǎn)法。本設(shè)計采用掃描法。其原理是:一條列線為低電平,若此列線上已閉合鍵,則各行線狀態(tài)都為高電平,然后按行號、列
35、號求得閉合鍵鍵碼。定義各行首鍵號為00H、06H、0CH、12H、18H,鍵碼=行號列號。鍵號鍵功能對應(yīng)表8-1表8-1 鍵號鍵功能對應(yīng)鍵號00H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH10H11H12H1E功能09NGMFS鍵號13H14H15H16H17H18H19H1AH1BH1CH1DH1F功能DELCOPYIDX單步回零運行SHIFT圖5-6 鍵盤掃描程序流程圖圖5-7 求鍵值子程序鍵盤掃描子程序ORG 0500HSCAN:MOV A,#00HMOV DPTR, #E101HMOVX DPTR, AMOV A #3FHMOV DDPTR, #E103HMOVX #DPTR, AMO
36、V DPTR, #E102HMOVX A, DPTRANL A, #1FHCJNE3 A, #1FH, NEXT1SJMP NEXT4NEXT1: ACALL DS20msCLR CMOV R2, #00HMOV R1, #01HLOOP: INC DPTRMOV A,R1MOVX #DPTR, A MOV DPTR, #8002HMOVX A, DPTRANL A, #1FHCJNE A, #1FH, NEXT2SJMP NEXT3NEXT2: INC R2CJNE R2, #01H, NEXT4MOV R4, AMOV A,R1MOV R3,ANEXT3: MOV A,R1RLC AMOV
37、 R1,ACJNE A,#40H, LOOPAJMP KCODENEXT4:CLR ARETEND求鍵值子程序ORG 0560HKCODE:MOV R1,#00HMOV A, R3CLR CLOOP :RRC AJZ NEXT1INC R1SJMP LOOPNEXT1:MOV A, R1SWAP AMOV R1,AMOV A,R4ANL A,#0FHORL A,R1MOV B,AMOV DPTR,#KTABMOV R0,#00HCLR AREPE:MOVC A,A+DPTRCJNE A, B,NEXT2SJMP RESV NEXT2:INC R0MOV A, R0SJMP REPERESV:
38、MOV A, R0RETKTAB:DB 0FH,1FH,17H,1BH,2FH,27HDB 2BH,3FH,37H,3BH,3DH,2DHDEB1DH,0DH,0BH,07H,03H,1EHDB 23H,3EH,4FH,47H,4BH,4DHDB 5FH,57H,5BH,5DHEND 5.5 顯示器設(shè)計5.5.1顯示器顯示方式的選用程序輸入時,涉及數(shù)字鍵及N、G、M等功能鍵。采用控制簡單,價格低廉的LED顯示器。因數(shù)控程序較長,顯示數(shù)據(jù)較多,一次把整條指令內(nèi)容全顯示出來很不經(jīng)濟。采用段顯示法,即依次顯示X、Y 、I 、J等數(shù)據(jù),一條指令顯示完,再顯示下一條指令。以減少LED數(shù)量。系統(tǒng)分辨率為1
39、m,最大控制長度為1m,需6位顯示器才能滿足要求,再加上一位符號位,須7位LED,為清晰顯示N、G、X、Y符號,符號位用一位米字顯示。顯示器顯示方式有靜態(tài)、動態(tài)兩種。本設(shè)計采用動態(tài)掃描法,即逐個點亮各位顯示器,因視覺殘留效應(yīng),效果與全部顯示器持續(xù)點亮一樣。5.5.2顯示器接口為實現(xiàn)顯示器動態(tài)掃描,對顯示器提供字形代碼輸入及顯示位控制,因此顯示器接口需有字形和字位控制。89C51P0口輸出BCD碼,通過驅(qū)動器、鎖存器輸出字形到LED,構(gòu)成傳送電路。(顯示電路見附圖1)5.5.3 8155擴展I/O端口的初始化由上圖的硬件連接得到8155初始化程序:8155有關(guān)地址寄存器端口地址為:100H 命令
40、字寄存器104H 定時器低字節(jié)105H 定時器高字節(jié)相應(yīng)初始化程序為:ORG 0A00HMOV DPTR,#100HMOV A,#7HMOVX R0,AEND因為P3.3接行程開關(guān),處于高優(yōu)先級,所以IP、IE初始化為:SETB PX0 SETP PX1CLR PT0CLR PT1CLR PSSETB EX0SETB EX1SETB ET0SETB ET1SETB ESCLS ET2SETB EAPSW、TCON、TMOD初始化:MOV PSW,#00HSETB IT0SETB IT1 SETB IE0SETB IE1SETB TR0SETB TR1TMOD工作在方式2,所以初始化為: MOV
41、 TMOD ,#66H5.6 插補原理插補是對直線、圓弧等低次方程曲線的一種逼近方式。通過計算使沿坐標方向的折線所構(gòu)成的圖形與加工圖形間的誤差保持在允許的范圍內(nèi)。常用的方法有逐點比較法、積分法。本設(shè)計選用逐點比較法。逐點比較法工作原理:在控制過程中,逐步計算,判別折線運動與要求軌跡之間的偏差,決定下一步的進給方向。用步進電機控制工作臺沿某一方向進給一步。一個插補由四個節(jié)拍組成,即偏差判別,進給,偏差計算,終點計算。無論是直線插補、順圓插補、逆圓插補都遵守這樣的四步原則。5.7光電隔離電路在實際電路中,模擬信號與數(shù)字信號之間有一個強電干擾的問題。光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號,對輸入和輸出電路可以進行隔離.因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲,消除接地回路的干擾,有響應(yīng)速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等好處,使其在強
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