机电一体化课程设计(42页).doc

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1、-前 言随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造水平的重要标志。采用经济型数控系统对普通机床数控改造，尤其适合我国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。电气时代、机械工人、电气应用等多家杂志为满足广大企业技术改造发展生产的需要，多次联合举办学习班，为企业提供权威、经济、可行、实用的技术指导，改造费用为新购置费用的四分之一到三分之一。鉴于此，对我们本科生来说，进行一次机电一体化课程设计尤为重要！该课程设计的目的与内容如下：一、课程设计的目的机电一体化系统设计课程设计是机电一体化系统课程的最后一个教学环节，同时也是一次对学生进行全面的机电一体化设计训练，其基本目的是：（1）综合运用机

2、电一体化系统设计课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决机电一体化指纹设计问题，并使所学知识得到进一步巩固和深化；（2）学习机电一体化系统设计的一般方法，了解和掌握常用的机电一体化系统中的机械设计及接口电路诉设计方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别使总体设计和零部件设计的能力；（3）通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养机电一体化系统设计的基本技能。二、课程设计内容（1）采用微机（包括单片机）进行数据采集、处理和控制，主要考虑计算机的选择或单片机动性构成电路的选用，接口电路，软件编制。（2）选用驱动控制电路，对执行机构进行控

3、制。主要考虑电机的选拔馺驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。（3）精密执行机构的设计。主要考虑数控机床工作台传动装置的设计问题；要弄清机构或机械执行的主要功能（如传递运动、动力、位置控制、微调、精密定位或高速运转等），进行力（力矩）、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算，提出装配图和零件加工图，提出对电机驱动和计算机控制要求。（4）采用传感器和计算机控制要求。（5）学会使用手册及图表资料。目录设计任务书4数控改造的重要性6系统总体方案的分析与拟订8机床传动部分的改造10电动机的选择计算20系统微机部分改造设计27微机控制系统软件设计37设计小结40参考文献41第一章 设计任务书

4、一、设计任务将CA6140普通卧式车床改造成用AT89S51单片机控制的经济型数控车床。要求该车床在纵向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率： 纵向： 0.01mm/puls 横向： 0.005mm/puls二、给定参数最大加工直径： 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm工作行程： 纵向 1000 mm横向 500mm 导轨类型： 纵向 综合性导轨横向 燕尾形导轨主轴转速范围： 正转（24级） 101400rpm 反转（12级） 141580rpm溜板及刀架重力： 纵向 800N 横向 600N刀架快速进给速度：纵向 2.4m/min横向 1.2m/min最大切削进给速度：纵向 0.6m/

5、min横向 0.3m/min主电机功率： 7.5kw/1450rpm 启动加速时间： 30ms机床定位精度： 0.015mm三、设计要求1.改装后数控车床应具有的性能数控代码制： ISO脉冲分配方式： 逐点比较法输入方式: 增量值、绝对值通用同时控制坐标轴数： 2坐标轴（纵向Z，横向）脉冲当量值： 纵向 0.01/脉冲 横向 0.005/脉冲刀具补偿量： 099.99mm进给传动链间隙补偿量： 纵向 0.15mm 横向 0.075mm自动升降速性能： 有2.改装后数控车床的工艺范围 具有快速定位，直线插补，顺、逆圆插补，暂停，循环加工。3.采用步进电机开环控制4.对微机数控系统的要求： 微机控

6、制系统要有可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，可在线编程、具有很高的性能价格比等特点。 1）单片机型号AT89S51-24PU 2)SRAM型号：IDT7164S35P(8kx8) 3）EEPROM型号：AT28C256-15PI(32kx8) 4）采用全译码方式译码 5）步进电机采用硬件环形分配，功放电路采用高低压功放 6）控制系统的加工程序和控制命令可通过键盘操作实现 7）采用数码显示加工数据及机床的状态等信息 8）具有ISP（在线编程）功能四.设计工作量1.进给系统机械装配图一张（A1）；2.一张数控系统硬件原理图（A1）；3.驱动电路原理图一张（A2）；4.课程设计说明书一份包括一

7、下内容：1）前言（数控改装的意义、用途及目的等）；2）改装方案的确定（包括系统总体方案的确定，机械系统改装方案确定、控制系统方案确定；3）机械部分改装设计计算：（1）滚珠丝杆螺母副型号确定；（2）齿轮传动比和齿数的确定；（3）轴承型号确定；（4）联轴器的选择； 4）步进电机选型 5）控制系统硬件电路设计 （1）存储器扩展电路设计 （2）通用接口芯片型号选择及接口电路设计 （3）译码芯片型号选择及各芯片地址分配 （4）数码管和键盘接口电路设计 （5）环形分配器芯片型号选择及环形分配电路设计 （6）步进电机功放电路设计 （7）ISP（In-System Programming-在线系统编程及调试）

8、接口设计 （8）机床报警电路设计等6）总结及结束语第二章 数控改造的重要性随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造水平的重要标志。采用经济型数控系统对普通机床数控改造，尤其适合我国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。（一）、数控改造有两方面的必要性：1微观看改造的必要性 ：从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 （）可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 （）可以实现加工的自动化，而且是柔性

9、自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。（）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。（）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。（）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 （）由以上五条派生的好处。 如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产

10、周期，可对市场需求作出快速反应等等。 此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 宏观看改造的必要性 从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智

11、能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已达20.8，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。（二）、数控改造有多方面的优点：减少投资额、交货期短同购置新机床相比，一般可以节省60%80%的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显，一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。机械性能稳定可靠所用的床身、立柱

12、等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。熟悉了解设备、便于操作维修购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一旦安装好，就可以实现全负荷运转。可充分利用现有的条件可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。可以采用最新的控制技术可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。(三)、数控发展的趋势： 1

13、继续向开放式、基于的第六代方向发展基于机所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路，机所具有的友好人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯、远程诊断和维修将更加普遍。向高速化和高精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。向智能化发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。第三章 系统总体方案的分析与拟订目前，在机械加工工业中，绝大多数是旧式机床，如果改用微机控制，实现机电一体化的改造，会使机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，不但提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短，适合我国国情。利用微机实现

14、机床的机电一体化改造的方法有两种：一种是以微机为中心设计控制部件；另一种是采用标准的步进电机数字控制系统作为主要控制装置。前者需重新设计控制系统，比较复杂；后者选用国内标准化的微机数控系统，比较简单。这种标准的微机数控系统通常采用单片机、驱动电源、步进电机及专用的控制程序组成开环控制，如图所示，其结构简单、价格低廉。对机床的控制过程大多是由单片机按照输入的加工程序进行插补运算，产生进给，由软件或硬件实现脉冲分配，输出一系列脉冲，经功率放大、驱动刀架、纵横轴运动的步进电机，实现刀具按规定的轮廓轨迹运动。微机进行插补运算的速度较快，可以让单片机每完成一次插补、进给，就执行一次延时程序，由延时程序控

15、制进给速度。综合考虑以上因素，故选用标准的步进电动机数字控制系统作为数控车床控制系统。图开环控制系统框图（一）、功能与技术参数分析设计的最初环节必须理解和分析设计任务所提出的主要功能和技术指标。设计任务提出了纵向走刀，横向走刀的定位精度、走刀速度、主轴变速等诸多技术参数。并且，要求能够进行人机对话，编程及操作方便，诊断功能和纠错功能强，具有显示和通信功能，缩短非生产准备时间，提高生产率。（二）、原理构思和技术路线确定 针对设计任务的主要功能和技术指标要求提出一些原理性的构思。车床传动部分改造比较简单，当数控系统出现故障时仍可使用原驱动系统进行手动加工。改装时，只要在原来机床进给丝杠尾部加装减速

16、箱和步进电机（如图中A和B）即可。对其纵向（Z向）进给运动，可将对开开合螺母合上，离合器M5脱开，以使主运动与进给运动脱开，同时，将脱开蜗杆等横向自动进给机构调整至空挡（脱开）位置。若手动转动刀架换为自动转位刀架，则可以由微机控制自动转换刀具。如需加工螺纹，则要在主轴外端或其他适当位置安装一个脉冲发生器C检测主轴转动位置，用它发出的脉冲来保证主轴旋转位置与纵向进给运动的相互关系。为了保证加工精度，还需根据实际情况对机床进行修检，以能保证控制精度。原机床运动部件（包括导轨副、丝杠副等）安装质量的好坏，直接影响阻力或阻转矩的大小，应尽量减小阻力（转矩），以提高步进电动机驱动转矩的有效率。丝杠要提高

17、其直线度，导轨压板及螺母的预紧力都要合适。根据阻力（转矩）、切削用量的大小及机床型号的不同，应通过计算，选用与之相匹配的步进电动机。还必须对执行元件进行匹配选择。对要求加工精度较高得机床，其进给丝杠改换为滚珠丝杠。数控部分采用MCS-51系列的单片机，控制外接存储及I/O扩展芯片才可成为一个简单的微机控制系统。I/O扩展芯片的个数根据整个系统需要的I/O通道的个数来确定。涉及软、硬件任务分配的有：控制步进电机的脉冲发生与脉冲分配；数码显示的字符发生；键盘扫描管理。（三）、拟订总体方案功能原理构思和技术路线确定后，对运动、布局、传动、结构、控制以及软件等方面作出总体方案设计。通过第四章的设计计算

18、，比较各部件的选择，经过技术和经济评价后，选择其中一种较合理的作为最优方案加以采用。普通车床的数控化改造方案应该在满足改造设计任务的前提下，尽可能对普通车床作较少改动，这样可以降低改造成本。计算与说明主要结果第四章、机床传动部分的改造伺服系统机械部分设计计算内容包括:1. 确定系统的负载2. 确定系统脉冲当量3. 运动部件惯量计算4. 穿戴起动及切削力矩计算5. 确定伺服电机6. 传动及导向元件的设计、计算及选用一、系统负载的确定1、确定系统脉冲当量脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床采用的脉冲当量是0.010.005mm/脉冲，根据任务书的要求机床定位精度为0.0

19、15mm，故改造的CA6140车床纵向脉冲当量取0.01mm/脉冲。2、切削力计算用经验公式计算主切削力对于车床的主切削力纵切：= 车床床身上加工最大直径（mm）按比例分别求出进给抗力和切深抗力：由：,=1：0.25：0.4计算得：=0.255360=1340（N），=0.45360=2144（N）-走刀方向的切削分力（N） -垂直走刀方向的切削分力（N）作用在进给拖板上的载荷可按下列式子求出：拖板上进给方向载荷： =1340（N）拖板上垂直方向载荷： =5360（N）拖板上横向方向载荷： =2144（N）二、滚珠丝杠螺母副的设计、计算与选型1、计算进给牵引力(最大工作载荷)根据设计任务要求，

20、查机电一体化方向专业课程设计指导书表3-4得知 =+(+G)选综合型导轨,其中K=1.15,摩擦系数=0.150.18, 取=0.16，工作台重量G=800（N），则：=1.151340+0.16（5360+800）=2526.6（N）2、计算最大动载荷CC=其中：L寿命 L=；n-丝杠转速（r/min）,n=；-最大切削力条件下的进给速度（m/min）,可取最高进给速度的1/21/3，取=0.6/3=0.2（m/min）；-丝杠的导程（mm）；T-使用寿命（h）,对于数控机床T=15000h；-运转系数，数控车床为一般运转，查机电一体化专业课程设计指导书表35取=1.3；-硬度系数，查机电一

21、体化专业课程设计指导书表36按经验公式取=1.35。考虑到丝杠对加工精度和经济性的影响，应优先取4、6、8（mm）系列；（1）选基本导程=4mm,则： 丝杠转速n=50 (r/min) 寿命L=45 最大动载荷： = =1.31.352526.6=15772（N）（2）选基本导程=6mm,则：丝杠转速n=(r/min)寿命L=30最大动载荷： = =1.31.352526.6=13778（N）（3）选基本导程=8mm,则：丝杠转速n=25 (r/min)寿命L=22.5最大动载荷： = =1.31.352526.6=12518（N）考虑到工作要求，外循环插管式双螺母垫片预紧滚珠丝杠副结构简单，

22、工艺性好,安装尺寸小，刚度高等优点可以满足车床改造要求，故选汉江机床厂FC1型滚珠丝杠。查机电一体化技术手册表7.214得相应的额定动载荷Ca滚珠丝杠副的尺寸规格和结构类型，选用时应满足C。查表，选择以下验算：当=4mm时，表中额定动载荷显示 0.9满足设计要求。当=6mm时，=0.9满足要求；当=8mm时，=0.9满足要求；4刚度检验当=6mm时，（1）丝杠的拉伸或压缩变形量（mm）-在工作负载作用下引起每一导程的变化量（mm）-最大工作载荷（N）-滚珠丝杠的导程（mm）E-材料弹性模数，对钢E=20.6（N/mm）F-滚珠丝杠的截面积（mm） -丝杠的公称直径，e-偏心距，R-螺纹滚道的半

23、径R=0.52=0.523.969=2.064mme=（R-/2）=(2.064-3.969/2) sin=0.07950.707=0.056mm故=40+20.056-22.064=35.984mm=1016.456 mm=0.0000724mm则滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩变形量为：=0.0143mm L-滚珠丝杠在支承间的受力长度 L=1185mm若两端采用角接触球轴承，且丝杠进行了预紧，预紧力为最大工作载荷的1/3时，其拉伸刚度可比一端固定的丝杠提高4倍，其实际变形量为：=0.0036mm（2）滚珠与螺纹滚道间接触变形 (mm)（此项在总变形量中也占比较大的比重）Z：一圈的滚珠数（外循环

24、） Z=31.645，取Z=32：滚珠数总数 =Z=80：轴向工作载荷 =252.66（Kgf）(1千克力=9.8N,约等于10N)：预紧力 = 84.22（Kgf）有预紧时：=0.0013=0.0025mm当滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为轴向工作载荷的1/3时，值可减少一半，即：=0.0013mm（3）滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形(mm) 轴向接触变形 占的比重也比较大。计算轴向接触变形，不同类型的轴承的接触变形量可用不同的公式计算，选：推力球轴承：-轴承所受轴向载荷（Kgf）；Z-轴承的滚动体数目； -轴承滚动体直径（mm）；查机械设计课程设计表12-4：其内径d=30，外径D=52，宽T=

25、16，=，Z=14=0.0083（mm）（4）滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变形量一般所占的比重比较小，忽略不计。（5）螺母座及轴承支座的变形常为滚珠丝杠副系统刚度的薄弱环节，但变形量计算较为困难，一般根据其精度要求，在结构上尽量增强刚度而不作计算。一般所占的比重比较小，忽略不计。滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算，之和不应大于机床精度要求允许变形量的一半。由于预紧的作用，采用双螺母预紧，可将原机床的刚度提高4倍。因此，只要满足+机床精度（0.015mm）要求即可。即：+=0.0036+0.0013+0.0083=0.0132mm0.015mm故=6mm符合条件要求。当=8mm时（以下计算各符号

26、所代表意义与计算=6mm时相同）（1）丝杠的拉伸或压缩变形量（mm）R=0.52=0.524.763=2.477mme=（R-/2）=(2.477-4.763/2)sin=0.07950.707=0.0674mm 故=40+20.0674-22.477=35.181mm=971.586 mm=0.000101mm=0.015mm =0.0037（mm）（2）滚珠与螺纹滚道间接触变形mmZ= =26.554取Z=27=Z=67.5（Kgf）= 84.22（Kgf）=0.0013=0.00269mm=mm（3）滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形mm查机械设计课程设计表12-4：C=1251828000，

27、8206，其内径d=30，外径D=52，宽T=16，=，Z=14=0.0024=0.0083（mm）（4）滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变形量一般所占的比重比较小，忽略不计。（5）螺母座及轴承支座的变形一般所占的比重比较小，忽略不计。滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算，之和不应大于机床精度要求允许变形量的一半。由于预紧的作用，采用双螺母预紧，可将原机床的刚度提高4倍。因此，只要+机床精度要求。即：=+=0.0037+0.00135+0.0083=0.0134mm1) J-各转动体的转动惯量() n-各转动体的转速(r/min) n-电机的转速(r/min) J-电机的转动惯量()（4）系统总的转

28、动惯量 2、电机力矩的计算主要考虑快速空载起动时所需力矩和最大切削负载时所需力矩。 电机的启动负载 （1）空载起动时折算到电机轴上的加速度力矩 式中：-传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量()-运动部件最大快进速度(mm/min) n-电机最大转速(r/min) t-运动部件从停止起动加速到最大进给速度所需时间(s)， 可以计算电机轴上的加速度力矩：（2）摩擦力矩式中：G-运动部件的总重量(N) G=800(N) -导轨摩擦系数 =0.16 -齿轮总减速比 =1.7 -传动链总效率，一般可取 则有： （3）附加摩擦力矩式中：-滚珠丝杆预加负载（N）,一般取工作载荷的 -滚珠丝杆导程(cm)

29、-滚珠丝杆未预紧时的传动效率，一般取 则有： （4） 折算到电机轴上的切削负载力矩 式中：-进给方向最大切削力（N） （5）快速空载起动时所需力矩最大切削负载时所需力矩在、两种力矩中取大者为选择步进电机的依据。对于大多数数控机床来说，因为要保证一定的动态性能，系统时间常数较小，而等效转动惯量又较大，故电机力矩主要是用来产生加速度的，而负载力矩往往小于加速力矩，故常常用快速空载起动力矩作为选择步进电机的依据。3、步进电机的选择（1）首先根据最大静态转矩初选电机的型号 步进电机的起动转矩由于，所以 电机的起动力矩与最大静态转矩之间要满足以下关系，见机电一体化专业课程设计指导书表39：（因电机工作方

30、式为三相六拍，故取=0.866）查机电一体化系统设计表3.11知 110BF003：=，110BF004： =（2）计算电机的工作效率最大空载起动频率式中： -为运动部件最大快速进给速度（m/min） 故：， 满足要求切削时的最大工作频率式中： -最大切削进给速度（m/min） 故：由上述计算可知：系统要求的空载起动转矩频率要大于电机的空载起动频率500Hz且很难找到空载起动频率满足要求的电机型号，可以采用调压起动等方式起动电机使电机的空载起动频率满足要求；而电机运行频率7000Hz可以满足系统要求。（3）校核步进电机1）校核步进电机转矩和惯量的匹配条件为了使步进电机具有良好的起动能力及较快的

31、响应速度，通常推荐： 式中：-步进电机的最大静态转矩（）查机电一体化系统设计表3-11得： -传动系统折算到电机轴上的负载转矩（） -步进电机转子的转动惯量()，查机电一体化系统设计表3-11得： （110BF003） （110BF004） -传动系统折算到步进电机转子上的等效转动惯量() =12.77() 故110BF004也符合要求，但110BF003具有良好的起动能力及较快的响应速度，满足要求。2)校核起动转矩频率特性和运行转矩频率特性根据计算出的最大空载起动频率和切削时最大工作频率分别查出在此频率下电机不失步时所允许的最大力矩 和，满足：，故选电机型号110BF003作为纵向驱动电机。

32、第六章 系统微机部分改造设计(一)单片机的选择根据总体方案的鉴定，微机采用AT89S51单片机，是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的AT89S51可用于经济型数控机床改造。（二）扩展存储器设计1地址锁存由于AT89S51的P0口是分时复用的地址数据总线，采用74HC373作为地址锁存器时，锁

33、存器端G可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连，在ALE下降沿进行地址锁存。2扩展ROMAT89S51单片机的程序存储器和数据存储器的空间是相互独立的，程序存储器的寻址空间为64KB（0000HFFFFH）。因AT89S51有4k Bytes Flash片内程序存储器，但这是不够的，须采用外部ROM扩展空间，采用AT28C256-15PI（32K8）EEPROM型号的芯片，由于采用电擦除，在应用系统中使用十分方便。ROM的地址范围为0000H7FFFH，并且采用译码器，使地址范围为无重叠区。3扩展RAMAT89S51有 128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），对实时数据采集和处理时

34、，仅靠片内提供的RAM是远远不够的，故采用IDT7164S35P（8K8）型号的SRAM扩展，其地址范围 0000H1FFFH，也采用译码器，使其无重叠区的地址范围。（三）I/O扩展单片机本身提供给用户使用的输入、输出口线不多，只有P1口和部分P3口线，AT89S51只有P1口可作为普通I/O口用，所以需扩展，需要计算一下总共需多少I/O口线。一个三相步进电机，采用硬件脉冲分配器，需要5个I/O，两个主轴的超程式报警及故障显示及急停均采用8031的I/O口，不做内存扩展口计算，为使系统出现故障时，仍可由驱动系统进行加工或控制自动转换刀具或用受动转动刀架，需要6个I/O口；为控制工作台X轴，Z轴

35、的速度和位移，使其具有暂停功能，起动键可继续执行及单步控制功能，需采用一个8255芯片，即可以满足要求。（四）超程保护电路为防止X，Y工作台越出边界，可设置限位开关，分别为+X，-X，+Y和-Y向4个限位开关，一旦越界，立即停止工作台移动。可利用AT89S51的外部中断引脚INT0，只要有一个开关闭合，即工作台越界，立即停止工作台移动。（五）紧急停电电路采用两点控制环节组成紧急停电电路，为便于操作人员的操作也应经过隔音电路。（六）键盘与显示电路采用一片8279。（七）由地址范围计算74LS138译码器接口电路1芯片AT28C256-15PI地址范围0000H7FFFH，共有15个引脚。C B 0 00 0 00 01 1 1查机电一体化系统设计表4.6 74LS138功能表C B A，0 0 0 0 0 1 0 1 00