毕业论文文章毕业设计 --修改完成稿.doc

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1、哈尔滨理工大学学士学位论文插针机XY工作台与控制系统设计摘 要插针机是连接器行业里面应用最广泛的形式，它的快慢不仅对工作效率的提升有很大的影响，而且能够减少劳力和资金，所以，全球范围内大的连接器生产商在改进高插针机上都花了大力气，所以有必要进行该装置的设计。本设计针对国内外的生产设备的情况和企业的要求，论文首先对该装置进行了总体结构设计，重点对插针机装置的机械部分即XY工作台进行了设计计算及校核，同时针对机械部件进行了基于solidwork平台的三维造型，绘制了各部分零部件的三维图，并将各零部件组装后绘制了装配图。在滚珠的丝杆上，对滑动的轨道和步进电动机进行了重新计算和选择，而且对联轴器重新剖

2、析和选用，此外用绘图软件将装置和零部件绘制出来。系统设计部分，将80C51作为主要控制芯片的数码控制体系的硬件电路、体系初始化、软件和步进电机的可控软件设计。最后绘制出了控制系统电路图。本设计大大提高了插针机的工作效率及其精度，尤其是在大批量生产中，可以大幅提高生产效率。关键词 插针机；XY工作台；控制系统Design of Pin Machine XY Working Table and Control SystemAbstractPin connector manufacturing in the commonly used models, pin machine speed increa

3、se can play to improve efficiency, reduce manpower, reduce the cost, so the world a few main connector manufacturer in the pin machine speed upgrade have spent a great deal of manpower and material resources, so it is necessary to design of the device.The design for the domestic and international pr

4、oduction equipment and the requirement of the enterprise, firstly on the device to carry on the overall structural design, focusing on the pin machine device for the mechanical part of XY table for the design calculation and check, at the same time for mechanical parts based on the SOLIDWORK platfor

5、m of 3D modeling, rendering the parts three dimensional graph, and each parts assembly drawing assembly drawing. On the ball screw, rolling guide and stepping motor to do the design calculation and selection, and also poetic couplet axis device were analyzed and selected, in addition also uses CAD f

6、or assembly drawing and parts drawing. The system design section, is using 80C51 as main control chip of the numerical control system hardware circuit design, system initialization and system software design and scheme design of stepper motor control program design. Finally draw out a complete contr

7、ol system circuit diagram.This design greatly improves the work efficiency and the accuracy of the insertion machine, especially in mass production, can greatly improve the production efficiency.Keywords pin machine; XYworking table; control system目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究的背景11.2 问题的提出及研究意义11.3

8、 课题研究的内容2第2章 XY工作台机械系统设计32.1 工作台外形尺寸及重量初步估算32.2 滚动轴副的计算和选择32.3 滚珠丝杠计算，选择52.4 步进电机的选用7第3章 插针机结构的计算机辅助设计93.1 SolidWorks简介93.2 SolidWorks的主要特点93.3 基于SolidWorks的零件三维造型103.3.1 滑块的造型操作过程103.3.2 下托板的造型操作过程133.3.3 轴承端盖的造型操作过程143.3.4 滚珠丝杠的造型操作过程153.3.5 丝杠螺母座的造型操作过程163.3.6 导轨的造型操作过程173.3.7 上托板的造型操作过程183.3.8 装

9、配图的组装操作过程19第4章 插针机控制系统设计214.1 硬件设计214.1.1 确定硬件电路的总体方案214.1.2 主控制器CPU的选择214.1.3 存储器扩展电路设计224.1.4 步进电机驱动电路设计244.1.5 其它辅助电路设计244.2 软件设计254.2.1 系统控制功能分析254.2.2 系统管理程序控制264.2.3 步进电机控制子程序设计27结论31致谢32参考文献33附录A34附录B39- IV -第1章 绪论1.1 课题研究的背景新亚集团创建于1990年，现有资产超亿元，厂房面积8万平方米，技术力量雄厚、设备精良、工艺先进、监测手段齐全。公司主要产品为连续PIN针

10、、五金车削加工、连接器、电子线材、电源插头线、自动插针机、插接件等，产品广销国内外，并被多家知名公司大量配套使用。我校于2011年9月，响应国家教育部号召，与新亚电子集团联合开展了“卓越工程师”培训计划。在此期间，通过企业的悉心培养，我们学到了很多东西，同时也发现了企业中存在的一些问题，该论文是我对新亚电子集团中插针机发现的一些问题，并提出了相应的改进措施所做出的研究。1.2 问题的提出及研究意义智能化插针机不是完全智能化的仪器，但是当下在连接器行业中应用却很普遍。在如今的技术行业，到处都有连接器的影子，不论是在家还是在工作地点，有电子仪器出现的地点就有连接器。连接器是通过一种或者几种材料做成

11、，它的大部分作用就是让电流从此导体流到彼导体。连接器将导体相互连接起来，一般情况下有电线之间相连接，电线与印刷电板之间相连接以及印刷电板之间相连接的类型。制造连接器的机器有许多，不一样的连接器有不一样的制造手法，插针机是制造连接器的常用机器。在众多类型中凸轮式的插针机在各种连接器生产中取获得最普遍的运用。凸轮式插针机一般是由4个伺服马达构成的操作系统，包含插针主轴，送端子轴和塑料进给X/Y轴。插针主轴传递动力给凸轮产生端子裁剪与插针的作用；送端子轴传递动力给棘轮产生传递送达定长端子的作用；塑料通常是多个pin孔洞，所以塑胶要依据pin孔洞地点有顺序的挪动来实现插针在不同地方的插入，此流程是让塑

12、胶进给X轴和Y轴传动滚珠丝杆实现的。由于现今的连接器尺码愈来愈小，因此对插针机每个轴的精准度需求也愈来愈高，一般都需要体系误差在零点零一毫米之内。插针机智能化运转时时，插针主轴传递动力给凸轮使整个体系不间断地转动，完成端子裁剪以及把端子插入塑料pin孔洞的动作；塑料的位置确定是在主要的凸轮转动到一个角度范围之内的时候让塑料轴传递动力给体系实现位置转换与精准确定。所以，当前全球范围内各个大的连接器生产商比如莫仕等都花费大量精力在插针机上，以此达到节约成本和劳力，提升效率的目标。由于自动插针是属于非标自动化设备的性质决定了它在各个行业具有差异化，需要进行专门的开发设计。虽然在连接器生产上已经大规模

13、应用自动插针机，但在生产EAS产品上还尚未应用。这里所指EAS产品主要是防盗塑料钉，它由不锈钢针和塑料帽组成，用注塑机加工成型。目前插针工序由人工完成，不仅费时费力，企业还要承受人力成本上涨的压力，自动插针机的应用将极大提高劳动效率，并降低劳动强度，达到减少人力成本的目的，以至于在同行业竞争中取得优势地位。目前，自动插针机的开发成功将推动EAS行业的升级转型，由目前的劳动密集型产业向技术密集型产业过渡。插针机是连接器行业里面应用最广泛的形式，它的快慢对效率的提升有很大的影响，所以，全球范围内大的连接器厂家在提高插针机速度上都花了大力气。1.3 课题研究的内容本次毕业设计中主要完成的内容包括：(

14、1)自动插针机的机械系统设计通过对现有自动插针机的原理分析，结合多种针类产品的特性，设计出能应用于提高效率，降低生产成本的机械系统。(2)自动插针机的控制系统设计根据多种产品的生产工序以及设计好的机械系统设计控制系统，使机械系统(3)达到预定设计的目的，完成相应的工序。自动插针机的三维CAD建模、装配自动插针机的机械结构，利用Solidwork软件建立三维模型，进行装配分析，进一步改进设计结构，运用创建的立体模型，对运动深入剖析，对尺码构造等数据调节再设计。第2章 X轴Y轴工作台机械体系设计2.1 工作台外部尺码和重量预估依据给出的有用路径，绘制出工作台的简单图例，预估X轴与Y轴方向工作台承受

15、重量分别为WX与WY。预估X轴导轨支持钢球的中点距离为410mm，Y轴支持钢球的中点距离为400mm，初步设计的工作台的简单图例如下：图2-1 XY轴方向工作台简单图示 X轴方向拖板(上拖板)尺码：长宽高=42041050预估重量:重量=体积材料比重:= Y轴方向的拖板(上拖板)尺码：=上导轨(含电机)重量为夹具及工件重量:约155NX轴-Y轴工作台运动区域全部重量如下:2.2 滚动轴副的计算与选择依据给出的工作载荷Fz与预得出算的Wx和Wy得出导轨的静安全系数fSL=C0/P，公式里：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)，3

16、.05.0（运动时受冲击、振动）。依据最终结果查阅相关材料初次选择导轨：因为体系受到一般冲击，所以选取 (2-1) (2-2)依据计算出的额定静荷载初次选择导轨：选取汉机江机床厂HJG-D系列滚动直线导轨,其型号为:HJG-D25。基本参数如表2-1表2-1 HJG-D系列额定载荷/N静态力矩/N*M滑座重量导轨重量导轨长度动载荷静载荷L(mm17500260001891892880.603.1760滑座个数单向行程长度每分钟往复次数M40.64导轨的额定动载荷N根据应用速度v（m/min）与初次选择导轨的常用动额定载荷 (kN)验算导轨的使用时间Ln：额定行程长度寿命: (2-3) (2-4

17、) (2-5)导轨的额定使用寿命: (2-6) (2-7)由以上公式可知导轨的使用时间能够达到。2.3 滚珠丝杠计算初次选择丝杠材料：CrWMn钢，HRC5860，导程：l0=5mm强度计算丝杠轴向力：(N)其中：K=1.15，滚动导轨摩擦系数f=0.0030005；在车床车削外圆时：Fx=(0.10.6)Fz，Fy=(0.150.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz计算。取f=0.004,则:使用时间值：，其中丝杠 (2-8)最大动载荷：式中：fW为载荷系数，中等冲击时为1.21.5；fH为硬度系数，HRC58时为1.0。查表得中等冲击时则:依据运作情形选择滚珠丝杠螺母的构造方式

18、，而且依据最大动载荷的数值选择滚珠丝杠的型号为: CM系列滚珠丝杆副，其型号为：CM2005-5。其额定动载荷为14205N 足够用。滚珠循环形式为外部循环螺旋槽式,预紧方式采用双螺母螺纹方式。滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如表2-2表2-2 滚珠丝杠螺母副的几何参数名称计算公式结果公称直径20mm螺距5mm接触角钢球直径3.175mm螺纹滚道法向半径1.651mm偏心距0.04489mm螺纹升角螺杆外径19.365mm螺杆内径16.788mm螺杆接触直径17.755mm螺母螺纹外径23.212mm螺母内径（外循环）20.7mm传动效率计算丝杠螺母副的传动效率为： (2-9)式中：=10，为摩

19、擦角；为丝杠螺旋升角。稳定性验算丝杠两端采用止推轴承时不用稳定性验算。刚度验算滚珠丝杠受工作负载产生的导程变化量为： (2-10)Y向所受牵引力大,故用Y向参数计算丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，能够忽视。导程变形总误差为 (2-11)E级精度丝杠允许的螺距误差 =15m/m。2.4 步进电机的选用(1)步进电机启动力矩的计算设步进电机的等效负载力矩为，负载力为，依据能量守恒原理，电机所做的功与负载力所做的功有如下的关系： （2-12）式中为电机转角，为挪动机构的相应位移，为机械传动的效率。若取，则，且。所以： （2-13）上式里面：为挪动机构荷载（N），G为挪动机构质量（N），为与重力方向一

20、致的作用在挪动机构上的荷载（N），为导轨摩擦系数，为步进电机的步距角（rad）,T为电机轴荷载力矩（N.cm）。取=0.3（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），0.8=279.23。考虑到重力影响，向电机负载较大，因此G1200，所以有：考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩： （2-14）取系数为0.3，则： 对于工作方式为三相拍的步进电机：（2）步进电机的最高工作频率 （2-15）为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率,同时电机最大静转矩要足够大,查表选择两个90BF001型三相反应式步进电机.电机有关参数如表2-3:表2-3 电机参数型号主要技术参数相数步距角电压(V)相电流(A)

21、最大静转矩(n.m)空载启动频率空载运行频率分配方式90BF00140.98073.92200080004相8拍外形尺寸(mm)外直径长度轴直径重量kg转子转动惯量Kg.m9014594.51764第3章 插针机结构的计算机辅助设计3.1 SolidWorks简介SolidWorks是美国设计的CAD/CAE/CAM软件。在电子，汽车，家电等各个行业都得到了大范围的运用。SolidWorks可以说是多方面的3D开发软件，集合了模具开发、机械设计等多种运用，他的板块很多，大概有五十几个，能实现各种产品各种品层次的需求。这款软件因其具备非常强的参数化特点在造型能力方面得到行业里面的普遍肯定与大范围

22、的运用，但是因为不易掌握其运作程序也让用户在软件的熟悉有很大的障碍。3.2 SolidWorks的主要特点SolidWorks参数化设计的特点大部分有包含下述内容：立体造型、 单一数据库、以特征作为设计单位、参数化设计。1. 三维立体造型 三维立体造型是在电脑中中用某些基础要素创建机器部件的完整模型。过去的三维工程设计是工作者在纸上用各不相同的视觉角度的图示来表达物品的立体模型。对一些较繁杂的部件，就会用需多长图来表达。图上存在许多不同类型的线、标注等。然后另外部门的工作者再来严谨的看画的图，逐步领会设计人员所要表达的意思，再根据视觉图片揣摩出各种细部尺寸，这个过程很不容易。而且设计工作者也不

23、能保障所有图纸画的都是对的，因为绘图过程中会存在一些不能避免的失误。2. 在运用三维立体造型软件对物品进行设计时，设计工作者一般会用电脑来设计，在电脑上就能够立刻看到设计的物品的真实情况，甚至假如某个部位要更改都能够在软件中快速更改。物品的形状和构造愈繁杂，要更改的频率就越高，如此就更加能够展现三维立体建模软件的优势，基本上更改所花时间都不多。当需求的部件在电脑中建模成型后，设计人员就能够开展后面的设计任务，例如零件或者部件的虚拟配置、有限元分析、等。3.2. 单一数据库 SolidWorks能够自由的由三维立体模型导出二维图纸，还会自动标上尺码等，在立体或者二维的图纸上对尺码进行更改的时候，

24、和它有关的立体模型都会相应的 自动更改，而且装配、建造等相应设计也能够自动更改，以此保证信息的准确性，而减少了重复更改的时间。因为采取统一信息库，实现了所说的联动性，这个作用也与当代工业中所说的“同步”概念相一致。3. 3.将特点作为设计单位 SolidWorks从人性化的思维方法定义设计，比如将钻孔，圆角等看作部件设计的基本特质，除开充分了解设计理念以外，还在设计程序里面引入建造理念；也由于将特作为设计单位，所以能够对特点作出合乎常理的，不违背几何顺序的调节，删除等更正。特点也包含既定的几何形状，公差等，所以特点兼备功能和形状两种特点。特点分三种类型：立体特点，曲面特点和基准特点，立体特点为

25、SolidWorks 部件的只要内容。4.参数化设计 参数化设计通常指的是结合单一信息库，全部设计目标的构造比较、确定形状，而且全部设计程序里面所应用的尺码都保存在信息库里面，能够用某些参数来制约尺码关系。参数的解答一般不难，参数和设计目标的立体尺码是一一对应的关系。3.3 基于SolidWorks的零件三维造型 本设计主要对自动插针机的机械部分例如: 滚珠丝杠 、上下托板、滑块、导轨等零部件进行三维造型。3.3.1 滑块的造型操作过程首先双击桌面图标进入SOLIDWORKS界面，单击新建图标，选择进入绘图空间。进入草绘界面绘制草图，点击确定选择草绘平面见图3-1，确定后便可开始草绘，见图3-

26、2，完成后点击工具栏中的。图3-1 草绘界面选择平面图3-2 草绘主页面点击拉伸项见图3-3，进行拉伸成滑块。图3-3 拉伸操作进行边倒角的命令，在上方图形树上选取特征见图3-4，左键选择要倒的边。设置倒角宽度，然后点击“确定”完成倒角。图3-4 左边倒操作再倒右侧斜角选取，见图3-5，选择正确位置，输入倒角的数值，之后点击确定完成倒斜角操作。图3-5 右倒斜角操作最终完整的轴三维造型如图3-6所示：图3-6 滑块的三维造型3.3.2 下托板的造型操作过程首先双击桌面图标进入SOLIDWORKS界面，单击新建图标，选择单击“确定”进入绘图空间。进入草绘界面绘制草图，点击确定开始草绘，完成后点击

27、工具栏中的，点击拉伸项，进行拉伸，之后选择正面作为草绘面，进行拉伸布尔计算为“求差”。进行孔特征的创建点击右侧工具栏，左键选择打孔的工件面，然后设置空的种类和孔深。再点击定位的边或者面，设置定位尺寸。完成孔创建。便得如图3-7所示：图3-7 下托板的三维造型3.3.3 轴承端盖的造型操作过程首先双击桌面图标进入SOLIDWORKS界面，单击新建图标，选择单击“确定”进入绘图空间。进入草绘界面绘制草图点击确定开始草绘，完成后点击工具栏中的，点击拉伸项，进行拉伸完成基本框架。进行孔特征的创建，点击右侧工具栏，左键选择打孔的工件面，然后设置空的种类和孔深。再点击定位的边或者面，设置定位尺寸。完成孔创

28、建。点击镜像特征操作，建立镜像基准面，选择镜像体，完成镜像，便得如图3-8所示：图3-8 轴承端盖的三维造型3.3.4 滚珠丝杠的造型操作过程首先双击桌面图标进入SOLIDWORKS界面，单击新建图标，选择单击“确定”进入绘图空间。进入草绘界面绘制草图，点击确定开始草绘，完成后点击工具栏中的，点击拉伸项，进行拉伸完成底板，重复操作完成底板上的支座。进行孔特征的创建点击右侧工具栏，左键选择打孔的工件面，然后设置空的种类和孔深。再点击定位的边或者面，设置定位尺寸。完成孔创建。进行扫掠操作，画出螺旋线，草图绘制圆形截面，扫掠成弹簧，进行阵列，点击实例特征完成18个弹簧，再次进行拉伸操作，完成上嵌板，

29、便得如图3-9所示：图3-9 丝杠的三维造型3.3.5 丝杠螺母座的造型操作过程首先双击桌面图标进入SOLIDWORKS界面，单击新建图标，选择单击“确定”进入绘图空间。进入草绘界面绘制草图，点击确定开始草绘，完成后点击工具栏中的，点击拉伸项，进行拉伸完成内环。回转操作画出圆珠，进行圆形阵列，重复拉伸操作，完成圆环草图绘制，拉伸完成外环。进行边倒圆的命令，在右侧侧图形树上选取特征，左键选择要倒圆的边，设置倒圆半径，然后点击“确定”。完成倒圆便可得如下图3-10所示：图3-10 丝杠螺母座的三维造型3.3.6 导轨的造型操作过程首先双击桌面图标进入SOLIDWORKS界面，单击新建图标，选择单击

30、“确定”进入绘图空间。进入草绘界面绘制草图，点击确定开始草绘，完成后点击工具栏中的，点击拉伸项，进行拉伸完成轮廓。在此进行拉伸布尔计算求差，完成中间凹面。进行孔特征的创建点击右侧工具栏，左键选择打孔的工件面，然后设置空的种类和孔深。再点击定位的边或者面，设置定位尺寸。完成孔创建。便得如图3-11所示：图3-11 导轨的三维造型3.3.7 上托板的造型操作过程首先双击桌面图标进入SOLIDWORKS界面，单击新建图标，选择单击“确定”进入绘图空间。进入草绘界面绘制草图，点击确定开始草绘，完成后点击工具栏中的，点击拉伸项，进行拉伸完成轮廓。在此进行拉伸布尔计算求差，完成中间凹面。进行孔特征的创建点

31、击右侧工具栏，左键选择打孔的工件面，然后设置空的种类和孔深。再点击定位的边或面，设置定位尺寸。完成孔创建。便得如图3-12所示：图3-12 上托板的三维造型3.3.8 装配图的组装操作过程 首先双击桌面图标进入SOLIDWORKS界面，单击新建图标，选择单击“确定”.点击添加组件，选取丝杠，以轴中心作为坐标原点添加；再次添加组件，选取下托板，以下托板的轴孔作为定位基准，进行修改重定位组件；再次添加组件，选取轴承，以丝杠的一端为基准进行配对组件，也可进行重定位组件；再次添加组件，选取端盖组件，以丝杠承端面定位，进行配对组件和重定位组件；再次添加组件，选取支承架梁，以螺钉孔为定为基准，重定位组件；

32、再次添加组件，选取挡车板梁，同样以螺钉孔为基准，重定位组件；再次添加组件，选取弹簧组，选支承座接触面进行配对组件，以螺钉孔作为基准进行重定位组件；添加螺钉，选取标准件进行添加，同时进行重定位和配对组件，选择适合位置，最后如图3-13 所示：图3-13 装配图第4章 插针机操作体系设计4.1 硬件设计4.1.1 确定硬件电路的总体方案数据控制体系的电路从下面几个方面构成：1 主要控制器。就是中央处理器CPU2 总线。包含信息线路，地点位置线路，操作线路。3 存储器。包含可以读取可以编辑的程序储存器和自由读写信息的储存器。4 接口。即I/O输入输出接口。信息体系的硬件框架由下图表示：中央处理单元C

33、PU存储器RAMROM外设：键盘，显示器，打印机，磁盘机，通讯接口等输入/输出I/O接口信号变换控制对象图4-1 硬件框架4.1.2 主要操作器中央处理器的选取MCS51系列单片机是集中式中央处理器，I/O端口和局部AM等集一身的作用很大的操作器。只要增添少许外部零件就能够组成一个完备的微型机器操作体系，而且开发方式全面，命令体系功效强大，编辑自由，硬件材料齐备。这次设计采用8031芯片并将它当作主要控制芯片。4.1.3 存储器扩展电路设计(1)程序存储器的拓展单片机应用系统中拓展用的程序存储器芯片大多采用EPROM芯片。其型号有：单片机约定P0口供应八位地点位置线路，而且又能够当作数据线来用

34、，因此在分开用的时候把它作为低位的地址和信息的通道，将地址数据分开储存，以此方便给外部接储存器供应低八位的地址数据，通常将74LS373芯片当作地址锁存器，而且由中央处理器发射可以锁存的信息，把地址数据锁存到地址锁存器里面。通过上面的分析，采取2764EPROM。芯片的程序储存器拓展电路框架由下图表示： P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 A12 A8 2764A7A0 D7 D0译码电路G74LS372图4-2 扩展2764电路框图(2)信息存储器的拓展因为8031里面RAM仅有128字节，大大小于体系的需求。因此要拓展芯片外部的信息储存器。单片机运用体系信息

35、储存器拓展电路通常采取6116,6262静态RAM信息储存器。这次设计采用6264，以此当作信息储存器的拓展芯片。此拓展电路由下图表示： P2.4 P2.0ALE P0.7 P0.0 译码电路 A12 A8A7 6264A0D7D0 D0G74LS372图4-3 拓展6264电路框图(3)译码电路单片机运用体系里面，全部外部芯片都要经过总线和单片机连接。单片机信息总线和不同的外部芯片实行信息传递。因此要实行芯片选择性把控。因为外部芯片和信息储存器编码一致，所以在单片机的硬件设计里面信息储存器和外部芯片的地址译码比较繁杂。能够采取线选法与全址译码法。线选法是将独立的地址线连到外部芯片的接口，如果

36、这个地址线是低电平，就能够选择这个芯片。线选法的构造简洁，但是它采用的芯片选择数据线全部是高位的地址线，其权值很大，地址的储存容量不能够被全部用到，各个芯片间的地址数据不连贯。对RAM和I/O存储量相对大一些的运用体系，当芯片需要的选择信息比可以用到的地址线多时，大都采取全地址译码法。它把低位地址当作芯片里面的地址，同时用译码器对高位地址的线路译码，将其输出的地址选取线作为芯片选择线。此文采取全地址译码法的电路分由下面的突来表示：(4)存储器扩展电路设计8031单片机能够容纳的储存体系、程序储存器和信息储存器是单独的地址。本文选取的程序储存器2764和信息储存器6264构成了8031单片机的外

37、储存器的拓展电路，单片机外储存器拓展电路由下图表示：(5)I/O扩展电路设计(a).通用可编程接口芯片81558031单片机包含4个8位一起运行的I/O端口，但使用者一般只能用到P1和部分3 接口。所以要将I/O拓展开来。8155和微型计算机接口不难，是微型计算机体系普遍运用的端口芯片。8155Y与8031的连接方式如下图所示(b).键盘，显示器键盘和显示器是数码控制体系普遍的人和机器沟通的外在设备，能够实现信息的键入与电脑信息的展示。一般情况下，数据控制体系都实行行列式的键盘，就是将I/O口的线路设置成行和列的构造，键点设置在行和列的汇合点上。数据控制体系里面用到的显示器大部分是led与lc

38、d。下面图示里面选取的是8155接口的键盘和显示器电路。是用48键和六位led显示器构成的。为了将秒电路简洁化，键盘和显示器的字位操作用同一口，也就是8155的PA口，用8155C口负责键盘的行线，8155的PB口负责显示器的字形操作。键盘和显示器的接口电路由下图表示：4.1.4 步进电机驱动电路设计(1)脉冲分配器脉冲分配器决定了步进电机的操作形式，其功能是将数据控制装置传送过来的命令脉冲依据某种分配形式和次序配送给步进电机的各个绕组，实现电机正转和反转。数据控制体系里面一般运用集成和软件脉冲分配器。此文使用集成脉冲分配器YB013。其硬件环行分配器的步进电机接口线路图如下：(2)光电隔离电

39、路在步进电机驱动电路中，脉冲分配器输出的信息经过放大后控制步进电机的励磁绕组。假如将输出信息和功率放大器直接连接，会产生电气干扰。所以要在接口电路与功率放大器两者中增加用于分隔的电路以避免电气干扰的发生，一般是用光电耦合器来完成。光电耦合器接线由下图表示：(3)功率放大器脉冲分配器的输出功率很小，不能够达到步进电机的需求，因此有必要将其输出信号增大以达到其功率，以此保证步进电机运作常态化。所以选择的功率放大器，要根据步进电机大小来选取。4.1.5 其它辅助电路设计(1)8031的时钟电路单片机的时钟能够用2种方法实现：内在方法和外在方法。内在方法运用芯片里面的振荡电路，在xtal1,xtal2

40、引脚上外接定时零件，由下面的图例表示。晶体能够在1.212范围内随意选取，耦合电容在530PF的范围内，有对时钟有细微调节的功能，运用外在时钟方法的时候，把xtal1接地，xtal2接外面的时钟源，如图4-4。8031XTAL1XTAL2图4-4 时钟电路(2)复位电路外在电路完成的使单片机恢复原位。在时钟开启以后，只须在reset引脚上产生10ms或者之上的高电平，单片机就能够恢复原位，从此以后的中央处理器就从0000H单元开操作。在真正的应用里面，如果体系里面有有芯片要恢复原位电平和8031恢复原位的需求相统一的时候，能够将它们直接连接。当晶振频率选择6MHZ的时候，复位电路中C取22F，

41、取200，RK取1000。实用复位电路图如下所示：(3)越界报警电路为了预防工作台超过边界，在每个接近越界的地方装置限位开关。运用光电耦合电路，将行程开关接到发光二极管的阴极，光敏三极管的接口接到8031的I/O口1.0。按下其中任意一个行程开关，发光二极管就能够发光，让光敏三极管疏通，从低电平转变为高电平。803能够运用软件设计成查阅的方式及时查看到有没有越界信息。也能够将光敏三极管的集电极输出接到8031的外部中断引脚（INT0或INT1），采取中断的方法查看越界信息。越界报警电路如下图所示4.2 软件设计4.2.1 系统控制功能分析数控X-Y工作台的控制功能包括：(1)、系统初始化。例如

42、对I/O接口8155，8255A采取必须的初始化动作，预设置接口的工作的控制方法。(2)、工作台恢复原位。机器开动后工作台要能够应该自动恢复原位，亦可手动恢复原位。(3)、输入和显示制作程序。(4)、查看按键，键盘和开关。比如查看紧急停机键和行程开关等功能。4.2.2 系统管理程序控制监管是系统的重要内容，开机后就要让监管介入所有的操作之中。监管的大部分工作是接收和执行操作者的操作意图。数据控制的X轴-Y轴工作台的基础控制程序包含自动加工，刀位控制等内容。依据上述解析，监管流程图由下图表示：开始表示系统初始化机床复位加工程序输入键按下？自动加工自动加工键按下？加工数据输入手动加工键按下？ 手动

43、调整Y N图4-5 监管流程图4.2.3 步进电机控制子程序设计步进电机的操作包含速度，方位等的操作。步进电机在瞬间开动或者停下的时候，因为荷载和惯性的作用，会让电机失步，因此电机运作的时候要有一个加速和减速的缓冲阶段。运用控制进给脉冲次数与相隔时间，能够完成步进电机转角和速度的操作。(1)时间常数的确定在步进电机操作过程中，利用单片机的定时器中止，延长时间产生进给脉冲的时间间断。这种间断由传递给定时器的时间常数来主导。时间常数由下式计算：式中：T为脉冲时间间隔（ms）；为单片机机器周期（s），在时钟为6MHz时，=2s。(2)步进电机加，减速进给脉冲及脉冲时间间隔的确定设步进电机为直线加速，减速。要使步进电机不失步，应满足： (4-1)式中：为步进电机启动力矩；为负载力矩；为惯性力矩。由步进电机=3.92N.m，取步进电机的加速启动力矩则使步进电机不失不的惯性力矩 (4-2)步进电机角加速度 (4-3)又 (4-4)式中：为上升到步进电机最高频率所需时间，所以有： (4-5)加速脉冲个数： (4-6)确定加减脉冲个数都为54个又因为： (4-7)所以脉冲时刻 (4-8)综合能够得出相应的各脉冲时间点的计数器时间常数。E