激光切割機數(shù)控系統(tǒng)

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