2022年机电一体化专科毕业论文.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 机电一体化专业毕业论文题目机电一体化综合课程设计专业机电一体化指 导 教 师作 者完 成 日 期名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录 一、前言 . 4 二、总体方案设计 . 6一 总体分析 . 6 二 方案框图 . 6 三、单元模块设计 . 7一 键盘与显示模块 . 7 1 模块工作原理 . 7 2 芯片 CH452 介绍 . 8 3 特点 . 9 4 显示驱动原理 . 11 5 键盘扫描原理 . 13 二 单片机控制单元模块电路. 15 1 控制原理 . 15
2、 2 光电耦合电路 . 16 3 芯片介绍 . 17 三 串行通信模块 . 21 1 RS232通信协议 . 21 2 串行通信电路 . 23 四、电机与电气控制电路设计. 24第 0 页名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一 步进电机模块 . 24 1 步进电机的工作原理. 24 2 步进电机的步距角与工作拍数 . 27 3 步进电机的频率特性. 28 二 交流电机正反转控制原理 . 30 三 交流电机的星三角形启动 . 32 四 电气元件介绍 . 32 五、设计总结、致谢 . 35 六、参考文献 . 37附录:单
3、片机控制系统电路原理图设计 . 38附录 :电气控制原理图 1. 39附录 :电气控制原理图2. 40第 1 页名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 机电一体化综合课程设计摘 要:本设计是完成一两坐标步进电机驱动运开工作台控制系 统的设计; 完成交流电机启停的电气控制系统设计。其硬件部分共包 括键盘操作、单片机控制、输入电路、控制电路、显示电路等五个主 要组成部分。设计的总体思路是准确安全的对工作台和电机进行控 制。位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片,数据经过处理, 将按键信息串行方式传送给单片机,
4、单片机通过相应 的程序,向控制回路发送控制信号,进而控制工作台的动作,实现对 硬件设备的控制。关键词 :键盘操作,单片机控制,数码管显示。第 0 页名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一、前言 机电一体化是以机械技术和电子技术为主题,多门技术学科相互渗透、相 互结合的产物,是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使 机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨 大变化,使工业生产由“ 机械电气化” 迈入了以“ 机电一体化” 为特征的发展 阶段。本设计中提到的微机数控机床是利用单板或
5、单片微机对机床运动轨迹进行 数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。采用微 机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生 产率,保证加工质量。此外,由于微型电脑具有价格低、体积小、性能可靠和 使用灵活等特点,微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多,且 又便于一般工人掌握操作和维修。因此将专用机床设计成微机数控机床已成为 机床设计的发展方向之一。本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转 换成角位移或线位移的控制驱动元件,具有快速起动和停止的特点。其驱动速 度和指令脉冲能严格同步,具有较高的重复定位精度,并能实现正反转和平滑 速度调节。它
6、的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响,因而被广泛 应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。本设计完成了如下要求:1单片机控制系统电路原理图的设计2控制系统电路印制版的绘制第 0 页名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动4实现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警5设计交流电机的点动、 正反转控制和星 -三角形启动的电气控制原理图6电气控制电路有相应的保护电路过载、过压、欠压等7熟悉机电系统常用元器件PLC、交流电机、直流电机、步进电机此次 “ 机电一体化课程
7、设计” 主要简单设计出数控机床系统,其实离实际 真正工业用数控机床还有很大的距离。经过讨论,拟设计两坐标步进电机驱动 运开工作台控制系统和交流电机启停的电器控制系统,单元模块包括:单片机 控制电路,键盘接口电路,键盘电路,显示电路,输入电路,控制电路,PC 接 口电路等。由于时间仓促和自己知识水平有限,在设计中难免会有些许瑕疵,恳请老师指正。第 1 页名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 二、总体方案设计一 总体分析本次设计实现的是一两座标步进电机驱动运开工作台控制系统的设计。设计采用单片机对系统进行控制,单片机的包括
8、键盘与显示的控制、与 PC 机的串口通讯、以及电机输入输入输出信号的控制。电机的输入信号包含报警监测,在机床边缘运用一个接近开关即可实现此目的。二 方案框图单片机作为控制的核心,一方面对机床的运动方向和位移量进行控制,另外还将与键盘对应的位移信息显示在LED 上,并实现与PC 机的通信以及对报警的处理。三相交流 继电器控制4*8 键盘光电隔离功率接口步进电机 X HD7279A 8LED 显示单片机光电隔离功率接口步进电机 Y 工作台串行通信至 上 位行程开关即图 2.1 总体方案设计图第 2 页名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 41 页精选学习资料 - - - - -
9、- - - - 三、单元模块设计一 键盘与显示模块 1 模块工作原理 本单元模块电路的功能是通过对单片机编程,使当前按键信息在 8 个 LED 上显示出来,由芯片 CH452 来对数码管进行驱动,并对键盘进行扫描。图 3.1 所示为一来个八位LED 动态显示电路。在同一时刻,如果各位位选线都处于选通状态的话, 8 位 LED 将显示相同的字符。假设要各位 LED 能够同 时显示出与本位相应的显示字符,就必须采用动态显示方式,即在某一时刻,只让某一位的位选线处于选通状态,而其他各位的位选线则处于关闭状态,同 时,段码线上输出相应位要显示的字符段码。这样,在同一时刻,8 位 LED 中 只有选通的
10、那一位显示出字符,而另一位则是熄灭的。同样,在下一时刻,只 让下一位的位选线处于选通状态,在段码线上输出将要显示字符的段码,则同 一时刻,只有选通位显示出相应的字符,而其他各位则是熄灭的。如此循环下 去,就可以使两位分别显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻出现的,而在同一时刻,只有一位显示,其他 各位熄灭,但由于 LED 显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用,只要每位显示间 隔时间足够短,则可以造成多位同时亮的假象,到达同时显示的效果。第 3 页名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - VCCC2220C10.123
11、VCCSEG015R662516ADDRSEG117SEG218SEG319SEG414H3L220SEG5921GNDSEG61022GNDSEG720012RSTCH452DIG018 1N400124INT2DIG13DIG2274DIG35SCLDIG46DIG5267SDADIG68DIG78 2KK8K0图 3.1 显示单元模块电路图键盘的扫描原理与数码管的扫描显示原理类似,依次将矩阵键盘的某行或某列置一,再逐个判断改行或该列上是否有信号为高,有则说明两座标相交处的 按键按下了。2 芯片 CH452 介绍CH452是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片。CH452 内置时钟振荡电路,可
12、以动态驱动8 位数码管或者64 位 LED ,具有 BCD 译码、闪烁、移位、段位寻址、光柱译码等功能; 同时还可以进行 64 键的键盘扫描; CH452 通过可以级联的 4 线串行接口或者 机提供上电复位信号。2 线串行接口与单片机等交换数据;并且可以对单片第 4 页名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3.2 CH452 工作原理图 3 特点1显示驱动 动态显示扫描控制, 直接驱动 8 位数码管、 64 位发光管 LED 或者64 级 光柱 。可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者 BCD 译码方式 。B
13、CD 译码支持一个自定义的 BCD 码,用于显示一个特殊字符。数码管的字数据左移、右移、左循环、右循环。各数码管的数字独立闪烁控制,可选快慢两种闪烁速度。任意段位寻址,独立控制各个 LED 或者各数码管的各个段的亮与灭。64 级光柱译码,通过 64 个LED 组成的光柱显示光柱值。扫描极限控制,支持 1 到8 个数码管,只为有效数码管分配扫描时间。可以选择字驱动输出极性,便于外部扩展驱动电压和电流。2键盘控制 内置64 键键盘控制器,基于 8 8 矩阵键盘扫描 。第 5 页名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 内置按
14、键状态输入的下拉电阻,内置去抖动电路。键盘中断,可以选择低电平有效输出或者低电平脉冲输出。提供按键释放标志位,可供查询按键按下与释放。支持按键唤醒,处于低功耗节电状态中的 CH452 可以被部分按键唤醒3外部接口 同一芯片,可选高速的 4 线串行接口或者经济的 2 线串行接口 。4 线串行接口:支持多个芯片级联,时钟速度从 芯片 。0 到2MHz,兼容CH451 4 线串行接口: DIN 和DCLK 信号线可以与其它接口电路共用,节约引 脚。2 线串行接口:支持两个 CH452 芯片并联由 ADDR 引脚电平设定各 自地址 。2 线串行接口:时钟速度从 500Hz 到200KHz,兼容两线 I
15、2C 总线,节约 引脚 。内置上电复位,可以为单片机提供高电平有效和低电平有效复位输出。4其它内置时钟振荡电路,不需要外部提供时钟或者外接振荡元器件,更抗干 扰。支持低功耗睡眠,节约电能,可以被按键唤醒或者被命令操作唤醒。可选两种封装: SOP28、DIP24S,引脚与 CH451 芯片兼容 。经过授权采用了 1 项专利技术,低成本,简便易用。第 6 页名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 41 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4 显示驱动原理CH452 对数码管和发光管采用动态扫描驱动,中一个引脚吸入电流时,其它引脚则不吸入电流。顺序为 DIG0 至
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