2022年液压伺服系统设计 .pdf

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1、液压伺服系统设计课程设计名称：液压伺服系统设计题目： 机电一体化课程设计学生 姓 名： 王超杰专业： 机电一体化学号： 080306080121 指 导教 师： 刘铁生日期： 2012/10/25 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 34 页 - - - - - - - - - 目录摘要 1 前言 2 第一章液压技术的现状 3 1.1 液压元件 3 1.2 系统集成与控制技术 3 1.3 密封技术 4 第二章液压技术的创新发展 6 2.1 液压现场总线技术 6

2、 2.1.1 液压现场总线技术的定义 6 2.1.2 现场总线技术在液压系统应用中的特点 6 2.2 水压元件及系统 7 2.2.1 水压传动技术概述 7 2.2.2 水压传动技术特 8 2.2.3 水压传动技术的应用及展望 9 2.3 液压节能技术 9 第三章单元模块设计 11 3.1 键盘与显示模块 11 3.1.1 模块工作原理 11 3.1.2 芯片 CH452介绍 11 3.1.2.1 特点 12 3.1.2.2 显示驱动原理 13 3.1.2.3 键盘扫描原理 15 3.2 单片机控制单元模块电路 15 3.2.1 控制原理 15 3.2.2 光电耦合电路 16 3.2.3 芯片介

3、绍 16 3.3 串行通信模块 20 3.3.1 RS232通信协议 21 3.3.2 串行通信电路 22 第四章电机与电气控制电路设计 23 4.1 步进电机模块 23 4.1.1 步进电机的工作原理 23 4.2.2 步进电机的步距角与工作拍数 25 4.3.3 步进电机的频率特性 26 4.2 交流电机正反转控制原理 28 4.3 交流电机的星三角形启动 29 4.4 电气元件介绍 29 总结 31 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 34 页 - -

4、- - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 34 页 - - - - - - - - - 1 摘要液压传动和控制由应用电子技术、计算机技术、 信息技术、 自动控制技术及新工艺 、新材料等后取得了新的发展，使液压系统和元件在技术水平上有很大提高。本文从液压技术现状、液压现场总线技术、水压元件及系统、液压节能技术等方面介绍液压技术创新及发展趋势。指出液压传动向自动化、高精度、高效率 、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动

5、、机械传动竞争能力的关键。关键词：液压技术；创新；单片机控制; 数码管显示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 34 页 - - - - - - - - - 2 前言技术创新及其管理是当今管理科学的重要学科，对于提高国家、 地方和企业的科技竞争力， 实现可持续发展具有十分重要的意义。无论是发达国家还是发展中国家，都非常重视对这一问题的研究。20世纪 80 年代初，我国开始重视技术创新理论问题的研究，研究范围包括技术创新的模式、机制，技术创新的扩散，产创新和技术创

6、新经济学， 技术创新的区域研究以及有关技术创新的政策、体系等诸多方面。经过20 多年的研究，人们已经注意到创新在生产各个方面所起的关键作用，并将创新作为企业、产业和国家竞争获胜的中心环节。近年来，流体动力传动由于应用了电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料等后取得了新的发展， 使液压气动系统和元件在技术水平上有很大提高。它已成为工业机械。工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。而其向自动化高精度高效率、高速化、高功率、小型化、轻量化方向发展，是不断提高它与电传动、 机械传动竞争能力的关键。 为了保持现有的良好发展势头，必须重视液压传动固有缺点的不断改进和创新，走向2

7、 l 世纪的流体传动除不断改进现有液压气动技术外， 最重要的是移植现有的先进技术，使流体技术创造新的活力，以满足未来发展的需要。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 34 页 - - - - - - - - - 3 第一章液压技术的现状20 世纪是液压技术快速发展的一个世纪。从 20 世纪初的矿物油作为动力传递介质概念的引入，到柱塞泵、三大类阀的发明，到四、五十年代电液伺服阀的发明和电液伺服控制理论的确立，再到1970 年代插装阀及比例阀的发明，这些都是液压技术

8、领域极具革命性的技术进步。经过将近一个世纪的发展， 液压技术在机械结构及流体原理方面已很少再有创新。但液压技术却从与之相关的技术中得益良多。正如1998 年德国国际流体技术年会 (IFK) 上引用的数据表明：近20年来，液压技术的发展来源于自身的科研成果仅约20，来源于其他领域的发明占 50，移植其他技术成果占30。液压技术正是在汲取与其相关技术并与替代性技术的竞争中得以发展的。可以说，电气传动与机械传动不单纯是与液压技术相竞争的技术，其互相的融合也正是技术发展、 完善的一种方向。 就目前而言， 液压技术主要在以下领域中拥有不可替代的作用： 需要大功率传递、 要求功率重量比大的场合； 需要高动

9、态响应的场合。下面从液压元件、 系统集成与控制、 密封技术等方面分别阐述液压技术的现状。液压元件液压元件近年来的主要成果：（1）元件的小型化、 模块化元件的小型化， 如电磁阀的驱动功率逐渐减小，从而适应电子器件的直接控制，同时也节省了能耗。 元件的功能日益复合， 如螺纹插装阀的大量运用，使系统的功能拓展更灵活。（2）节能化变量泵在国外的研发已日趋成熟。目前，恒压变量、流量压力复合控制， 恒功率比例伺服控制等技术已被广泛地集成到柱塞泵上。节能、减少系统发热已成为系统设计时必须考虑的问题之一。值得一提的是变频调速技术得到了足够的重视系统集成与控制技术（1）比例阀技术比例阀的发展主要在频宽的增大及控

10、制精度的提高上，以期性能接近伺服名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 34 页 - - - - - - - - - 4 阀。同时，比例阀又沿着标准化、模块化及廉价的方向发展，以促进其应用。前者如 Bosch 的带位置反馈的比例伺服阀，其性能已很接近电液伺服阀的性能。后者如螺纹插装式比例阀，在某些工程机械中得到了运用。（2）电液伺服技术电液伺服阀是最早将液压技术引入自动控制领域的功臣。但电液伺服阀的结构自发明以来， 就少有改进。 除了在传统的需要特别高频响的场合外

11、，其传统地位正日益受比例技术的挑战。MOOG 公司也开始生产与比例阀类似的采用永磁式线性力马达的直接驱动式伺服阀（DDV ） 。（3）控制理论控制理论是该领域最为活跃的一个分支。液压控制系统正从不断发展的自动控制理论中得益，并不断丰富自控理论的实践。目前，自适应控制、鲁棒控制、模糊控制及神经网络控制等均得到了不同程度的运用。密封技术自从液压技术诞生以来， 泄漏一直是困扰着业界人士的一大难题。伴随着泄漏的是：矿物油的浪费及对环境的污染、系统传动效率的降低等等。在静密封领域，橡胶类密封件拥有不可替代的地位，当然，根据应用场合（如温度）的不同，又有丁腈橡胶及氟橡胶之分。在动密封领域，聚四氟乙烯（PT

12、FE ）已拥有不可动摇的地位。近年来，密封技术的进步也主要集中在PTFE 的使用方面。随着对材料及密封机理的深入了解， 已可以在 PTFE 中有针对性的添加某些材料以达到提高性能的要求。 国外许多大的密封件公司均有针对不同应发已日趋成熟。目前压变量、流量压力复合控制，恒功率、比例伺服控制等技术已被广泛地集成到柱塞泵上。 节能、减少系统发热已成为系统设计时必须考虑的问题之一。值得一提的是变频调速技术得到了足够的重视。采用定量泵变转速的方案是与 恒 转 速 变 量 泵 相 异 的 种 思 路 。 目 前 的 研 究 尚 处 于 初 步 阶 段 。（3）新材料的应用新材料如陶瓷技术的使用是与非矿物油

13、介质元件的要求及提高摩擦副的寿命联系在一起的。目前，已有德、英、芬兰等国的厂商在纯水液压件上使用了该项技术。 新型磁性材料的运用是与电磁阀、比例阀的性能提高结合在一起的。 由于磁通密度的提高， 可以使阀的推力更大， 其直接作用便是阀的控制流量更大，响应更快，工作更可靠。（4）环保名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 34 页 - - - - - - - - - 5 环保的要求体现了现代工业的人文关怀。环保的液压元件应当至少无泄漏及低噪声，这也是液压元件发展的一个

14、永恒的主题。（5）非矿物油介质元件非矿物油介质元件是应用于特殊场合的元件，如要求耐燃、安全、卫生，此时就需要考虑采用高水基或纯水元件。能源危机催生了该类元件的诞生，但目前的发展动力可能更大程度上与环保、工作介质的廉价及其安全性相关。目前，丹麦的Danfoss 公司提供了成套的NESSIE系列纯水液压元件，已在食品等行业得到了运用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 34 页 - - - - - - - - - 6 第二章液压技术的创新发展2.1 液压现场总线技

15、术2.1.1 液压现场总线技术的定义现场总线是连接智能化仪表和自动化系统的全数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。 现场总线控制系统简化为工作站和现场设备两层结构，它可以看作是一个由数字通讯设备； 和监控设备组成的分布式系统从计算机角度看，现场总线是一种工业网络平台；从通信角度看，它是一种新的全数字串行、双向、多路设备的通信方式； 从工程角度看， 它是一种工厂结构化布线。 随着现代制造技术的快速发展， 流体控制技术和电子控制技术的结合越来越紧密，在液压领域越来越多的人开始使用或关注总线技术在液压系统中的应用，液压技术人员也越来越感受到现场总线技术的优越性。 液压系统是在液压总线的供油路和回油

16、路间安装数个开关液压源， 与其各自的控制阀、 执行器相连接。开关液压源包括液感元件、高速开关阀、单向阀、液容元件。根据开关液压源功能不同，它可组合成升压或降压增流型开关液压源。 由于将开关源的输入端直接挂在液压总线上，通过高速开关方式加以升压或降压增流。 该系统克服了传统液压系统无法实现升压以及降压增流的问题，最终输出与各执行器需求相适应的压力和流量。2.1.2 现场总线技术在液压系统应用中的特点( 1 )经济性。任何一种新技术新产品的开发与使用，其成本是首先需要考虑的因素之一，总线技术也不例外。 设计开发总线技术产品的初衷之一就是降低系统及工程成本。 所以，应用单位使用总线产品和供应商提供产

17、品的第一前提应该是以降低总线系统的使用成本为目的。( 2 )按 I E C 6 1 1 3 1 3 标准的柔性化程序，易学、易懂，可操作性强。( 3 )可靠性、可维护性。现场总线技术采用总线代替一对一的 I O 连线。对于大规模 I O 系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素，同时系统具有在线故障诊断， 报警记录功能； 可完成现场液压系统的远程参数设定、 修改等参数化工作，增强了系统的可维护性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 34 页 - - - - -

18、 - - - - 7 (4) 友好的人机对话界面，可方便进行液压系统的参数修改和故障监控。(5) 满足所有有关人身安全、电磁兼容、抗冲击及抗震动的重要标准。(6) 相对于传统的液压比例控制系统更具有其价格竞争优势。2.2 水压元件及系统2.2.1 水压传动技术概述用水作介质的液压元件古而有之，最早的液压设备就是用水的。 今灭随便一个洗车店里都装备了带容积式泵的高压清洗机这样的水液压设备。但后来所谓“水压机” 的介质中也添加了许多东西以满足方方面面的性能要求，其实是一种乳化液。后来发展的“难燃液压液”有几种也是水基的。在某种意义上，液压技术的发展是一个元件与工作介质互相适应和协调发展的历史。液压

19、介质性能水平的提高对于现代液压技术的发展功不可没。 现在所谓的水液压元件企图用普通水或天然海水作为介质， 所有技术难点就都集中到了元件本身。液压元件的发展越来越依赖于材料科学和制造技术的进步， 这在水液压元件中体现得尤为突出。在现代技术条件下，造出能在密封、 润滑、抗蚀等性能方面适应纯水甚至海水介质的液压元件是可能的， 当然由于无法同时改进介质的相关特性，水液压装置的性能， 特别是性价比较高之元件和介质都经过多年“磨合”和优化的传统液压装置会大打折扣，一般也只能在水的冰点以上才能运行。水上和水下作业的船只和装置上，以及用高压水工作的设备中( 如高压水清洗、切割设备、消防设备和艺术喷泉等 ) ，

20、使用直接从外界吸水和向外排水的开式循环的水液压系统有其必要性和合理性。水压传动技术就是基于绿色设计和清沽生产技术而重新崛起的一门新技术。是新型工业化发展进程中出现的一门绿色新技术。由于水具有清洁、尤污染、廉价、安全、取之方便、再利用率高、处理简单等突出优点，用其取代矿物油作为液压系统工作介质时不仅能够解决未来因石油枯竭带来的能源危机，而且能够最大限度地解决因矿物油泄漏和排放带来的污染与安全问题，最符合环境保护以及可持续发展的要求，使得人们开始重新考虑和认识到将这一清洁能源作为液压系统工作介质的重要性， 并已引起人们的普遍关注， 成为现代水压传动技术发展的最直接动力。名师资料总结 - - -精品

21、资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 34 页 - - - - - - - - - 8 2.2.2 水压传动技术特点( 1 )资源丰富，来源广泛，再利用率高。水是地球上最为丰富且与世共生的资源，在水压传动系统应用的整个周期内，可多次回收，重复使用，且不易变质( 2 )水是一种无毒无污染资源，对人体和环境尢害。有利于提高T 作环境的舒适性和安全性，排除的液体不需作任何处理即可直接排放，从根本上消除油压传动系统冈泄漏和排放而造成的牛产与环境污染。( 3 ) 阻燃性好，安全性高。特别适合高温、

22、核辐射和明火等场合下的应用，有效地解决油压传动所带来的易燃、易爆 、油蒸汽对人体的危害等安全问题以及核辐射造成的液油变质和放射性污染等问题。( 4 )处理技术与工艺简单，系统 的运行与维修费用低。水长时间使用不会变质，使用前后的水处理简单；而且系统在航运、水下作业、潜艇等水环境下工作时，不用油箱、冷却装置，大大简化了系统。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 34 页 - - - - - - - - - 9 2.2.3 水压传动技术的应用及展望随着科学技术的进

23、步， 水压产品及技术取得了较大的进展，目前，不仅水压泵形式增多了，符合ISOCETOP 连接尺等各标准规格的各种阀，甚至叠加阀、比例阀和连续可调的流量控制阀都形成了产品系列，配套用的液压缸、 油箱、接头零件、密封件等也一应俱有， 而且在专家的指导下， 用户可以根据自己的需求进行系统配组。正式推出了多种工作压力为l6 21MPa的作为成套机械和设备用的独立产品 ( 动力站和控制阀 )。 在欧、美水压传动开始广泛进入食品工业、医药、化学、造纸木材加工、海上作业、核能工业、消防、工程、地质钻探、环境工程等一些对安全、清洁、环境无害要求较高的行业。一些量大面广的街道和路面清洗车以及新的铁路机械中的应用

24、， 加上传统的钢厂轧机和水压机等应用正在扩大。可见水液压作为一种更符合环保要求的传动技术，将会使流体技术在与电传动技术的竞争中得到新的支持。随着新材料、 新技术的不断涌现， 必将推动水压技术的发展， 逐步地取代现有的油压传动系统。可以预见， 水压传动这一在第一次工业革命中兴起的古老技术，通过创新发展终将成为与电气、油压、气动并列的第四种传动技术。2.3 液压节能技术液压传动系统能量损失包括各元件中运动件的机械摩擦损失、泄漏损失溢流损失、节流损失、输入和输出功率不匹配的无功损失几方面。机械摩擦损失、泄漏损失所占比例与所选元件本身的机械效率、容积效率、介质粘度、 回路密封性以及系统组成的复杂程度有

25、关；溢流损失、节流损失所占比例与回路和控制形式有关；而输入和输出功率不匹配的无功损失所占比例与控制策略有关。因此节能是液压技术的重要课题之一， 随着节能和环保要求的日益高涨，有效活用能源和降低噪声已成为液压行业的重要目标。综观国内外液压技术发展历程， 无时无刻不伴随节能的需要及创新。(1) 二次调节系统。二次调节静液传动系统由恒压油源、 二次元件 (液压泵马达)、工作机构和控制调节机构等组成。二次调节系统是工作于恒压网络的压力耦联系统，通过调节二次元件斜盘倾角来改变二次元件排量，以适应负载转矩的变化，使负载按设定的规律变化。 系统中的压力基本保持不变，二次元件直接与名师资料总结 - - -精品

26、资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 34 页 - - - - - - - - - 10 恒压油源相连，在系统中没有原理性节流损失，从而提高了系统效率。另外，蓄能器的加入，不但抑制了压力限制元件发热所引起的功率损耗。而且还通过回收 、释放液压能有效提高液压系统的工作效率。(2) 电液负载感应系统。负载感应就是将变化的负载压力反馈到压力补偿装置或液压泵的变量调节机构，使液压系统压力与负载压力相适应，消除了系统压力过剩，由于负载感应装置与变量泵的变量调节机构联系在一起，使变量泵的流量 与负载

27、流量相适应，系统不会产生过剩流量。(3)定量泵加变频调速电机电液系统。交流变频调速液压系统避免节流损耗和溢流损耗，另外，交流变频调速液压系统还大大提高了原动机异步电动机的效率，并显著改善功率因数， 是其它液压调速方式所无法比拟的。利用变频器改变泵的转速，使泵的输出流量与系统所要求相适应，可以使溢流损失降至最低，有效地节约了能量。 交流变频调速液压系统在大功率间歇运动的调速系统中，其优越性更为显著。(4)尽可能地节省空间。采用无油压控制阀可以减少系统装置空间，依据闭回路的构成使油箱小型化， 减少发热量从而不须使用冷却器。例如，采用伺服马达使液压泵正反转向，不必使用方向、流量、压力控制阀也能达到控

28、制的效果。采用闭回路系统， 可以自我形成油量补偿机能， 混合式伺服系统可以使油箱控制在储存最小作动油的状态下作功，体现油箱小型化的优点。 由于只在需要时使液压泵输出必要的流量， 从而将发热源控制降至最低，也就无需再加装冷却器。 因为不需冷却水的循环以及减少作动油的消费量，所以也能节省资源。 另外，降低噪声也依然重要。(5)一体化构造。将液压泵、马达、油箱、油量补偿回路构成为一体，形成无配管的一体构造。(6)省电节能的液压系统设计。高的响应速度、高的控制精度和重复精度的比例阀、比例泵、伺服阀的应用；由转速叮调的伺服电机+柱塞泵、伺服马达螺杆驱动、 蓄能器 +高速伺服组成闭环同路控制油电式高速注塑

29、机液压系统设计和应用。有高低压双联或多联式泵、变量泵、蓄压器系统等的推出：针对阀控电液系统有较大能量损失的问题， 推出了泵和电液比例阀结合的负载感应型，泵和比例压力、比例流量控制阀结合的注塑机电液控制系统。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 34 页 - - - - - - - - - 11 第三章单元模块设计3.1 键盘与显示模块3.1.1 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

30、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。若要各位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

31、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，达到同时显示的效果。SEG015SEG116SEG217SEG318SEG419SEG520SEG621SEG722DIG01DIG12DIG23DIG34DIG45DIG56DIG67DIG78VCC23ADDR25H3L214GND9GND10RST12INT24SCL27SDA26CH452R66200C2220C 10.1VCCK0K88 1N40

32、 018 2K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。3.1.2 芯片CH452 介绍名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 34 页 - - - - - - - - - 12 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，可以动态驱动 8 位数码管或者 64 位LED ，具有BCD 译码、闪烁、

33、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 2 线串行接口与单片机等交换数据； 并且可以对单片机提供上电复位信号。图 3.2 CH452工作原理图3.1.2.1 特点（1）显示驱动内置电流驱动级，段电流不小于15mA ，字电流不小于 80mA 。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。BCD 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

34、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 88 矩阵键盘扫描。内置按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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -

35、 - - - - - 第 15 页，共 34 页 - - - - - - - - - 13 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 0 到2MHz ， 兼容CH451 芯片。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 I2C 总线，节约引脚。内置上电复位，可以

36、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。3.1.2.2 显示驱动原理CH452 对数码管和发光管采用动态扫描驱动，顺序为 DIG0 至DIG7 ，当其中一个引脚吸入电流时，其它引脚则不吸入电流。CH452 内部具有电流驱动级，可以直接驱动 0.5 英寸至1 英寸的共阴数码管， 段驱动引脚 SEG6 SEG0 分别对应数码管的段 G 段

37、A，段驱动引脚 SEG7 对应数码管的小数点，字驱动引脚DIG7DIG0分别连接 8 个数码管的阴极； CH452 也可以连接 88矩阵的发光二级管 LED 阵列或者64 个独立发光管或者 64级光柱；CH452 可以改变字驱动输出极性以便直接驱动共阳数码管（不译码方式），或者通过外接反相驱动器支持共阳数码管，或者外接大功率管支持大尺寸的数码管。CH452 支持扫描极限控制，并且只为有效数码管分配扫描时间。当扫描极限设定为 1时，唯一的数码管 DIG0 将得到所有的动态驱动时间， 从而等同于静态驱动；当扫描极限设定为 8 时，8 个数码管 DIG7DIG0各得到 1/8 的动态驱动时间；当扫描

38、极限设定为 4 时，4个数码管 DIG3DIG0 各得到1/4 的动态驱动时间， 此时各数码管的平均驱动电流将比扫描极限为8时增加一倍，所以降低扫描极限可以提高数码管的显示亮度。CH452 内部具有 8 个8 位的数据寄存器，用于保存8 个字数据，分别对应于CH452 所驱动的 8个数码管或者 8 组每组 8 个的发光二极管。 CH452 支持数据寄存名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 34 页 - - - - - - - - - 14 器中的字数据左移、

39、右移、左循环、右循环，并且支持各数码管的独立闪烁控制，在字数据左右移动或者左右循环移动的过程中，闪烁控制的属性不会随数据移动。CH452 支持任意段位寻址，可以用于独立控制64 个发光管 LED 中的任意一个或者数码管中的特定段（例如小数点），段位编址顺序与键盘编址一致，编址从00H 到3FH 。当用“段位寻址置 1”命令将某个地址的段位置 1 后，该地址对应的发光管 LED 或者数码管的段会点亮， 该操作不影响任何其它 LED 或者数码管其它段的状态。CH452 支持64级的光柱译码， 用64 个发光管或者 64级光柱表示 65种状态，加载新的光柱值后， 编址小于指定光柱值的发光管会点亮，而

40、大于或者等于指定光柱值的发光管会熄灭。CH452 默认情况下工作于不译码方式，此时8个数据寄存器中字数据的位7位0分别对应 8 个数码管的小数点和段 G 段A，对于发光二极管阵列，则每个字数据的数据位唯一地对应一个发光二级管。当数据位为1时，对应的数据管的段或者发光管就会点亮； 当数据位为 0 时，则对应的数据管的段或者发光管就会熄灭。例如，第三个数据寄存器的位0为1，所以对应的第三个数码管的段A点亮。通过设定， CH452 还可以工作于 BCD 译码方式，该方式主要应用于数码管驱动，单片机只要给出二进制数BCD 码， 由CH452 将其译码后直接驱动数码管显示对应的字符。 BCD 译码方式是

41、指对数据寄存器中字数据的位4位0进行BCD 译码，控制段驱动引脚 SEG6 SEG0 的输出，对应于数码管的段 G 段A，同时用字数据的位7 控制段驱动引脚 SEG7 的输出，对应于数码管的小数点，字数据的位6和位5不影响BCD 译码。下表为数据寄存器中字数据的位4位0 进行BCD 译码后，所对应的段G 段A 以及数码管显示的字符。 参考下表，如果需要在数码管上显示字符0，只要置入数据 0 xx00000B 或者00H ；需要显示字符 0. （0 带小数点），只要置入数据1xx00000B 或者80H ；类似地，数据1xx01000B或者88H 对应于字符 8.（8 带小数点）；数据 0 xx

42、10011B 或者13H 对应于字符 =；数据0 xx11010B 或者1AH 对应于字符 .（小数点）；数据 0 xx10000B或者10H 对应于字符（空格，数码管没有显示）；数据0 xx11110B 或者1EH 对应于自定义的特殊字符， 由“自定义 BCD 码”命令定义。3.1.2.2 键盘扫描原理CH452 的键盘扫描功能支持 88 矩阵的 64 键键盘。在键盘扫描期间，DIG7DIG0 引脚用于列扫描输出， SEG7 SEG0 引脚都带有内部下拉电阻， 用于行扫描输入。 当启用键盘扫描功能后， 4线串行接口中的 DOUT 引脚的功能由串行接口的数据输出变为键盘中断输出以及按键数据输出

43、。 CH452 定期在显示驱动扫描过程中插入键盘扫描。在键盘扫描期间， DIG7 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 34 页 - - - - - - - - - 15 DIG0 引脚按照 DIG0 至DIG7 的顺序依次输出高电平，其余7个引脚输出低电平；SEG7 SEG0 引脚的输出被禁止， 当没有键被按下时， SEG7 SEG0 都被下拉为低电平；当有键被按下时， 例如连接 DIG3与SEG4 的键被按下， 则当DIG3输出高电平时SEG4 检测到高电

44、平；为了防止因为按键抖动或者外界干扰而产生误码，CH452实行两次扫描， 只有当两次键盘扫描的结果相同时，按键才会被确认有效。 如果CH452 检测到有效的按键，则记录下该按键代码，并通过4 线串行接口中的 DOUT引脚或者 2 线串行接口中的 INT#引脚产生低电平有效的键盘中断 （当INTM 为1 时输出低电平脉冲中断，参考5.5 节和5.6 节中的说明），此时单片机可以通过串行接口读取按键代码； 在没有检测到新的有效按键之前，CH452 不再产生任何键盘中断。CH452 不支持组合键，也就是说，同一时刻，不能有两个或者更多的键被按下；如果多个键同时按下，那么按键代码较小的按键优先。 CH

45、452 所提供的按键代码为 7 位，位2位0 是列扫描码， 位5位3 是行扫描码，位6 是状态码（键按下为 1，键释放为 0）。例如，连接 DIG3 与SEG4 的键被按下， 则按键代码是 1100011B 或者63H ， 键被释放后，按键代码通常是 0100011B或者23H （也可能是其它值，但是肯定小于40H ），其中，对应 DIG3的列扫描码为011B，对应SEG4 的行扫描码为 100B。单片机可以在任何时候读取按键代码，但一般在CH452 检测到有效按键而产生键盘中断时读取按键代码，此时按键代码的位 6总是1，另外，如果需要了解按键何时释放，单片机可以通过查询方式定期读取按键代码，

46、直到按键代码的位6为0。下表是在 DIG7DIG0 与SEG7 SEG0 之间88 矩阵的顺序编址，既是按键编址，也是数码管段位、发光管LED 阵列以及光柱的编址。由于按键代码是7位，键按下时位 6总是1，所以当键按下时， CH452 所提供的实际按键代码是表中的按键编址加上 40H ，也就是说，此时的按键代码应该在40H 到7FH 之间。表 3.1 CH452按键编址3.2 单片机控制单元模块电路3.2.1 控制原理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 34

47、 页 - - - - - - - - - 16 本次设计是以单片机为核心进行设计的。在整个单片机控制系统中，CPU 既是运算处理中心，又是控制中心，是控制系统最关键的器件。本系统中选用与MCS-51系列完全兼容的 AT89C52 单片机，AT89C52可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本。89C52的 P2口输出的矩形脉冲信号直接控制步进电机的正反转，两台电机需4 个控制信号，一根信号线备用。工作台上行程开关的检测信号经光电隔离器件后送到单片机， 这样可以实现单片机与电机工作电路的隔离，起到了抗干扰和保护的作用， 也有 3 个备用。工作台工作时的指示灯则由

48、P14-P17和 T0、T1控制，分别用于提示操作人员工作台是在哪个坐标上朝哪个方向运动。P101P112XTAL24XTAL15P123P134P145P156P167P178P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039P2728P2627P2526P2425P2324P2223P2122P2021ALE30PSEN29R D17WR16RST9EA31RXD10TXD11INT012INT113T014T115AT89C51VCC2PFI4MR1GND3REST7WDI6WDO8PFO5R91KR103.3KVCCK65C330PC430PY112M12

49、345678INPUT12345678DriverU3U4U5U6U7U2U1R212KR222KR232KR242KR252KR262KR272KR31200R32200R33200R34200R35200R36200R37200P07P06P05P04P03P02P01VCC名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 34 页 - - - - - - - - - 17 12U1A740712U2A740712U3A740712U4A740712U5A740712

50、U6A7407R411KR421KR431KR441KR451KR461K1 23 4 5 678OUTPUTVCCP12P13P14P15P17P16图 3.2 单片机控制单元模块电路3.2.2 光电耦合电路电机的那个输入信号先经光电耦合器后送至单片机处理，这是由于步进电机的大功率、高电平会对单片机产生较严重的干扰，不能直接把单片机产生的控制信号直接连在步进电机上， 需要进行强弱电隔离。 在实际运用中， 对于强弱电隔离一般采用电子开关方法或光电隔离的方法，在这里我们采用光电隔离的方法，如图 3.3 所示。光电耦合器件是把发光器件( 如发光二极管 ) 和光敏器件 ( 如光敏三极管 ) 集成在一