车床数控化改造纵向伺服进给单元设计项目说明指导书.doc

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1、第一章 微机数控系统总体设计方案拟定 第一节 总体方案设计内容机床数控系统总体方案拟定应涉及如下内容：系统运动方式拟定、伺服系统选取、执行机构构造及传动方式拟定、计算机系统选取等内容。详细涉及：一、数控系统总体设计方案拟定（1）系统运动方式拟定。（2）伺服系统选取。（3）执行机构传动方式拟定。（4）计算机选取。应依照设计任务和规定，参照既有同类型数控机床，进行综合分析、比较和论证，拟定以上内容。二、进给伺服系统机械某些设计计算（1）进给伺服系统机械某些设计方案拟定。（2）拟定脉冲当量。（3）滚珠丝杠螺母副计算和选型。（4）导轨计算和选型。（5）进给伺服系统传动计算。（6）步进电动机计算和选用。

2、（7）设计绘制进给伺服系统一种坐标轴机械装配图。三、微机控制系统设计（1）控制系统方案拟定及框图绘制。（2）MCS-51系列单片机及扩展芯片选用。（3）I/O接口电路及译码电路设计。（4）设计绘制一台数控机床微机控制系统电路原理图。四、数控加工程序编制（1）零件工艺分析及拟定工艺路线。（2）选取数控机床设备。（3）拟定工件装夹办法及对刀点。（4）选取刀具。（5）拟定切削用量。（6）编制零件加工程序。第二节 总体设计方案拟定一、系统运动方式拟定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和持续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制系统。例如数控钻床，在工作台移动

3、过程中不进行钻孔加工，因而可选用点位控制系统。对点位控制系统规定是迅速定位，保证定位精度。若规定工作台或刀具沿各坐标轴运动有拟定函数关系，则为持续控制系统，应具备控制刀具以给定速率沿加工途径运动功能。具备这种控制能力数控机床可以加工各种外形轮廓复杂零件，因此持续控制系统又称为轮廓控制系统。例如数控铣床、数控车床等均属于此种运动方式。尚有某些采用点位控制数控机床，例如数控镗铣床等，不但规定工作台运动终点坐标，还规定工作台沿坐标轴运动过程中切削工件。这种系统叫点位/直线控制系统。依照综合伙业任务书规定，对CA6140车床纵向伺服系统进行数控化改造。根据车床加工特点，应当选用持续控制系统。二、伺服系

4、统选取伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送。指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。开环控制系统重要由步进电机驱动。开环伺服系统构造简朴、成本低廉、容易掌握、调试和维修都比较简朴。闭环控制系统具备装在机床移动部件上检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。闭环系统造价高、构造和调试较复杂，多用于精度规定高场合。半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接检测工作台位移量，而是用检测元件测出驱动轴转角，再间接推算出工作台实际位移量，也有反馈回

5、路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。由于开环控制有许多长处，因此当前国内大力发展经济型数控机床普遍采用开环控制系统。依照任务书规定，这次对车床纵向进给伺服单元进行数控化改造应采用开环控制系统。三、执行机构运动方式拟定为保证数控系统传动精度和运动平稳性，在设计机械传动装置时，普通提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适当阻尼比规定。在设计中应考虑如下几点：（1）尽量采用低摩擦传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。（2）尽量消除传动间隙。例如采用消隙齿轮等。（3）提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧办法提高系统刚度。例如采用

6、预加负载滚动导轨和滚珠丝杠副等。四、计算机选用微机数控系统由CPU、存储器扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几某些构成。微机是数控系统核心，其她装置均是在微机指挥下进行工作。系统功能和系统中所用微机直接有关。数控系统对微机规定是多方面，但重要指标是字长和速度。字长不但影响系统最大加工尺寸，并且影响加工精度和运算精度。字长较长计算机，价格明显上升，而字长较短计算机要进行双字长或三字长运算，就会影响速度。当前某些高档CNC系统，已普遍使用32位微机，主机频率由5MHz提高到2030MHz,有采用多CPU系统，减轻主CPU承担，进一步提高控制速度。原则型CNC系统多使用16位微机

7、，经济型CNC系统则采用8位微机。可采用MCS-51系列单片机或Z-80单板机构成应用系统。由于MCS-51系列单片机具备集成度高，可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性价比高等长处，因此本次设计决定采用MCS-51系列8031单片机扩展系统。五、经济型数控车床纵向伺服单元框图 车床纵向伺服单元框图第二章 车床进给伺服系统机械某些设计计算 伺服系统机械某些设计计算内容涉及：拟定系统负载，拟定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，拟定伺服电机，传动及导向元件设计、计算及选用，绘制机械某些装配图及零件工作图等。 第一节 给定条件与脉冲当量选取1、纵向移动部件总质量 200Kg

8、2、纵向运动辨别率（脉冲当量） 优于0.02mm3、最大移动速度（快进） 5000mm/min4、最大进给速度（工进） 500mm/min5、横向进给切削力（X向）即为 1800N6、垂直切削力（Y向）即为 4500N7、纵向切削力（Z向）即为 1100N一种进给脉冲使机床运动部件产生位移量称为脉冲当量，也称为机床最小设定单位。脉冲当量是衡量数控机床加工精度一种基本参数。经济型数控车床、铣床常采用脉冲当量是0.010.005mm/脉冲，经济型数控磨床经常采用脉冲当量为0.0020.001mm/脉冲。而本设计脉冲当量已给出，要优于0.02mm,因此选取0.01mm/脉冲。第二节 滚珠丝杠螺母副计

9、算和选型滚珠丝杠螺母副设计一方面要选取构造类型：拟定滚珠循环方式，滚珠丝杠预紧方式。构造类型拟定后来，再计算和拟定其她技术参数，涉及：公称直径、导程、滚珠工作圈数j、列数K、精度级别等。滚珠循环方式有外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式。而外循环插管式明显长处是：弯管由两半合成，采用冲压件，工艺性好，制造容易，成本低。因此，本设计选用外循环插管式滚珠丝杠螺母副。滚珠丝杠螺母副预紧办法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧、单螺母变导程预紧以及过盈滚珠预紧等几种。而双螺母垫片式预紧有构造简朴，刚性好，装卸以便，成本低等长处，因此本次设计采用双螺母垫片式预紧构造。滚

10、珠丝杠副计算：一、进给牵引力计算按导轨为三角形或综合导轨计算： =K+(+G)式中、切削分力（N）; G移动部件重量（N）; 导轨上摩擦系数，随导轨形式而不同； K考虑颠覆力矩影响实验系数。在正常状况下，K、可取下列数值：三角形或综合导轨 K=1.15 =0.150.18上列摩擦系数均指滑动导轨，如果采用贴塑导轨，=0.030.05；滚动导轨=0.00250.005；静压导轨=0.0005.由已知条件知，=1100N，=4500N,移动部件质量200Kg，g取10N/Kg，K取1.15.取0.05。将这些数据代入公式得：=K+(+G) =1.15X1100+0.05X(4500+200X10)

11、N =1590N二、最大动负载C计算选用滚珠丝杠螺母副直径时，必要保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万转（转）后，在它滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载最大值即称为该滚珠丝杠能承受最大动负载C，可用下式计算：C=L=n=式中 L寿命，以转为一单位； n丝杠转速（r/min）; 为最大切削力条件下进给速度（m/min）,可取最高进给速度1/21/3，由已知条件知，最高进给速度为500mm/min，本例取最高进给速度1/2。 丝杠导程（mm），初选为6mm; T为使用寿命（h）,对于数控机床取15000h; 运转系数，取值见下表，按普通运转，取1.5。 运转系数取值运转状态运转系数无冲击运

12、转1.01.2普通运转1.21.5有冲击运转1.52.5将以上数值代入公式，n=r/min=41.67r/minL=37.5C=X1.5X1590N=7983N 三、滚珠丝杠副选型 依照最打动负载C，就可查表选取滚珠丝杠副型号，查阅综合伙业指引书附录A表A-2,可选用D4006外循环垫片调节预紧双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动载荷为16400N，不不大于最大动载荷7983N,满足规定,额定静负载为57800N；精度级别选为3级。四、最大静负载验算当滚珠丝杠副在静态或低速（n10r/min）状况下工作时，滚珠丝杠副破坏形式重要是在滚珠接触面上产生塑性变形，当塑性变形超过一定限度就会破坏滚

13、珠丝杠副正常工作。普通容许其塑性变形量不超过滚珠直径万分之一。产生这样大塑性变形量时负载称为容许最大静负载。 =式中 滚珠丝杠最大轴向负荷（N），即为进给牵引力; 静态安全系数，当为普通运转时=12，当有冲击或振动时，=23，此处取2。 =2X1590N=3180N最大静负载不大于所选滚珠丝杠副额定静负载，满足规定。 五、传动效率计算滚珠丝杠螺母副传动效率 =式中 丝杠螺旋角；D4006丝杠螺旋升角为=244； 摩擦角，滚珠丝杠副滚动摩擦系数f=0.0030.004，其摩擦角约等于10，将数值代入公式得： =0.94 六、刚度验算滚珠丝杠副轴向变形会影响进给系统定位精度及运动平稳性，因而应考虑

14、如下轴向变形因素：(1)丝杠拉伸或压缩变形量查综合伙业指引书图3-4，依照=1590N，=40mm,支撑间距为1500mm,查出/L=，可算出：=X1500=(X1500)mm=9m有预紧时实际变形量为： =X=4.5m (2)滚珠与螺纹滚道接触变形查综合伙业指引书图3-5，W系列2.5圈1列丝杠副滚珠和螺纹滚道接触变形，轴向载荷为1590N,4006型号滚珠丝杠螺母副轴向弹性变形量为=5m.对其进行预紧，预紧后其实际变形量为： =X=2.5m综合以上两项变形量之和： +=7m此变形量不大于系统规定定位精度，故满足刚度规定。第三节 进给伺服系统传动计算由于步进电动机工作特点是一种脉冲走一步，每

15、一步均有一种加速过程，因而对负载惯量很敏感。为满足负载惯量尽量小规定，同步也要满足一定脉冲当量，常采用降速齿轮传动。一、初选步进电机步距角对步进电机施加一种电脉冲信号时，步进电机就回转一种固定角度，叫做步距角。电机总回转角和输入脉冲数成正比，而电机转速则正比于输入脉冲频率。步进电机步距角越小，意味着它能达到位置精度越高。普通步距角是3 、1.5或0.75。步距角大小与通电方式及转子齿数关于。本设计初选步距角0.75。二、传动比计算当机床脉冲当量、滚珠丝杠导程以及步进电机步距角拟定后，传动比计算公式如下：i=式中 脉冲当量（mm/step）; 滚珠丝杠基本导程（mm）; 步进电机步距角。将=0.

16、01mm/step,=6mm，=0.75带入得：i=三、计算齿轮齿数及各项技术参数由于进给伺服系统传递功率不大，本设计取模数m=2。采用一级降速齿轮传动。这对齿轮各某些几何参数如下表所示。齿轮几何参数名称计算公式单位齿轮1齿轮2齿 数z3240模 数m22分度圆直径d=mzmm6480齿顶圆直径 =d+2mmm6884齿根圆直径 =d-2.5mmm5975齿 宽bb=(610)mmm2020中心距AA=mm 72第四节 步进电机计算和选用一、初选步进电机1.计算步进电机负载转矩依照滚珠丝杠副所承受进给牵引力计算步进电机负载转矩（Ncm）: =式中 脉冲当量（mm/step）； 进给牵引力（N）

17、; 步距角； 电机丝杠传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积，其中一对齿轮之效率为0.98，一对轴承之效率为0.99，丝杠传动效率为0.94。将=0.01mm/step，=1590N，=0.75，=0.903代入得：=Ncm =134.52Ncm2.估算步进电机启动转矩依照负载转矩除以一定安全系数来估算步进电机启动转矩（Ncm）。 =普通纵向伺服系统安全系数取0.30.4，将=134.52Ncm代入得： =448.4Ncm3.计算最大静转矩最大静转矩表达步进电机所能承受最大静态负载转矩。查综合伙业指引书表3-22，五相十拍步进电机=0.951。由公式=得： = Ncm =471.50Ncm4.计

18、算步进电机运营频率和最高起动频率(Hz) =833.3Hz =8333Hz式中 最大切削进给速度（m/min），本例为0.5m/min； 运动部件最大快移速度（m/min），本例为5m/min； 脉冲当量（mm/step），本例为0.01mm/step.5.初选步进电机型号依照估算出最大静转矩=471.50Ncm，在综合伙业指引书查表3-23，选用型号为150BF002五相十拍步进电机,其最大静转矩为1372Ncm=471.50 Ncm，满足规定。其最高空载起动频率为2800Hz,不满足（8333Hz）规定，此项指标可暂不考虑，可以采用软件升速程序来解决。二、步进电机转矩校核计算1.等效转动惯

19、量计算丝杠传动时传动系统折算到电机轴上总转动惯量可按下公式计算： =+(+)+式中 步进电机转子转动惯量（kg）; 、齿轮转动惯量（kg）; 滚珠丝杠转动惯量（kg）;G工作台及工件等移动部件重量（N）; 丝杠导程，已选定为0.6cm.国产反映式步进电机150BF002转子转动惯量为10 kg。对于材料是钢材圆柱体，其转动惯量计算公式为：J=0.78XL.式中 D圆柱体直径（cm）; L圆柱体长度（cm）.则各某些转动惯量计算过程如下： =0.78XX=(0.78XXX2) kg=2.617kg =0.78XX=(0.78XXX2) kg=6.390kg =0.78XX=(0.78XXX150

20、) kg=29.952kgG=N代入上式： =+(+)+ =10+2.617+(6.390+29.952)+kg =37.04kg考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题： /=10/37.04=0.27基本满足惯量匹配规定。2.电机转矩计算机床在不同工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算：1）迅速空载起动转矩M在迅速空载起动阶段，加速转矩占比例较大，详细计算公式如下：M=+ =X=X =X = =f(i= =(1-)式中 M迅速空载起动转矩（Ncm）; 空载起动时折算到电机轴上加速转矩（Ncm）; 折算到电机轴上摩擦转矩（Ncm）;由于丝杠预紧时折算到电机轴上附加摩擦力矩（Ncm）; 传动系

21、统折算到电机轴上总等效转动惯量（kg），本例为37.04kg； 电机最大角加速度（rad/）;电机最大转速；运动部件最大快进速度（mm/min），本例为5000mm/min；导轨摩擦力（N）;垂直方向上切削力（N）,本例为4500N;f导轨摩擦系数，对于贴塑导轨，本例取0.05；G运动部件总质量（N），本例为N;i齿轮降速比，本例为40/32,即为1.25；脉冲当量（mm/step），本例为0.01mm/step;步进电机步距角（）,本例为0.75；运动部件从停止起动加速到最大快进速度所需时间（s）,普通取0.20.5s,本例取0.2s; 滚珠丝杠预加载和，普通取1/3，为进给牵引力（N），此

22、例中为1590N;滚珠丝杠导程（cm）,此例为0.6cm;滚珠丝杠未预紧时传动效率，普通取0.9,本例取0.9； 传动链总效率，普通可取0.70.85,本例取0.8。将以上数据代入公式可得： =X=1042r/min =X=37.04XXNcm =198.60Ncm折算到电机轴上摩擦转矩 =Ncm=31.04Ncm附加摩擦转矩=(1-)=(1-) =(1-)Ncm =9.62Ncm以上三项共计：M=+=198.60+31.04+9.62 =239.26Ncm2）迅速移动时所需转矩 =(31.04+9.62) Ncm =40.66Ncm3)最大切削负载时所需转矩=+ =(31.04+9.62+)

23、Ncm =145.70Ncm从上面计算可以看出，M、三种工况下，以迅速空载起动时所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩根据。从综合伙业指引书表3-22查出，当步进电机为五相十拍时=0.951,则最大静转矩为=（239.26/0.951）Ncm=251.59Ncm从表3-23查出150BF002型步进电机最大静转矩为13.72Nm,不不大于所需最大静转矩，可以满足规定。3.校核步进电机起动矩频特性和运营矩频特性前面已经计算出此机床最大快移时需步进电机最高起动频率为8333Hz,切削进给时所需步进电机运营频率为833.3Hz。从表3-23中查出，150BF002型步进电机容许最高起动频率为28

24、00Hz，运营频率为8000Hz,如果直接起动，则会产生失步现象，因此必要采用升降速控制（用软件实现），也可采用高低压驱动电路，还可将步进电机输出转矩扩大一倍左右。而当迅速运动和切削进给时，150BF002型步进电机运营矩频特性完全可以满足规定。第五节 齿轮传动强度校核验算一、弯曲疲劳强度校核先选取齿轮材料，拟定许用应力。小齿轮材料：40Cr,调质，硬度为230280HBS,计算中取260HBS.大齿轮材料：45钢，正火，硬度为170210HBS,计算中取200HBS.小齿轮许用弯曲应力：=155+0.3HBS=(155+0.3X260)MPa=233MPa大齿轮许用弯曲应力：=140+0.2

25、HBS=(140+0.2X200)MPa=180MPa弯曲疲劳强度计算式为： =式中 K载荷系数，普通取1.31.7，当原动机为电动机、工作机载荷较平稳、齿轮支撑为对称布置或齿轮制造精度较高时取较小值; T齿轮传递名义转矩，单位为Nmm; b工作齿宽，单位为mm; m模数; z齿数； 齿轮复合齿形系数。校核小齿轮弯曲疲劳强度：将K=1.35，=13720Nmm,b=20mm,m=2，=32，=4.07代入公式得， =X4.07=58.894MPa=233MPa校核大齿轮弯曲疲劳强度： 大齿轮齿数为40，查表取=4.01，代入公式得， =58.894X=58.460MPa=180MPa大小齿轮均

26、满足弯曲疲劳强度规定。二、接触疲劳强度校核小齿轮许用接触应力值： =380+HBS=(380+260)MPa=640MPa大齿轮许用接触应力值： =380+0.7HBS=(380+0.7X180)MPa=506MPa选用和中最小值，即=506MPa.齿轮传动接触疲劳强度校核式为：式中 a齿轮中心距，单位为mm，本例为72mm； u减速传动比，本例为1.25；将数据代入公式得： =427.43经校核，大小齿轮均满足接触疲劳强度规定。第六节 滚动轴承选取和寿命验算一、滚动轴承选取依照滚珠丝杠直径，选取一对型号为6206深沟球轴承承受径向力，选取一对型号为7206B角接触球轴承承受轴向力。二、深沟球

27、轴承寿命验算6206深沟球轴承，其基本额定动载荷为19500N,其额定静载荷为11500 N.深沟球轴承所承受轴向力为0，其所承受径向力估算值为： =N=1073.5N式中 径向力，单位为N; G纵向移动部件总重量，单位为N，本设计为N；滚珠丝杠重量，本设计算出来为147N.则=1073.5N.滚动轴承寿命计算公式为： =式中 轴承基本额定寿命，单位为h； n轴承工作转速，单位为r/min,即为n=r/min=833r/min;C基本额定动载荷，本例为19500N；P当量动载荷，以计算出为1073.5N；温度系数，此处取为1；载荷性质系数，此处取为1.5；寿命系数，球轴承=3，滚子轴承=10/

28、3.将以上数据代入公式得： =h=35532h则深沟球轴承满足寿命规定。三、角接触球轴承寿命验算型号为7206B角接触球轴承基本额定动载荷为20500N,基本静载荷为13800N，其接触角为40，能承受更大轴向力。其力学模型如下图所示： =1.14 =+0.05()=1590+0.05X(+147)N=1697.35N式中 内部轴向力，单位为N；外部轴向力，单位为N;其径向力为： =tan20=tan20=X0.364=124.85N则两对轴承所承受内部轴向力为： =1.14=1.14X124.85N=142.33N两轴承面对面安装，1端（左端）为压紧端轴承，其所承受轴向力为： =+=(169

29、7.35+142.33)N=1839.68N2端（右端）为放松轴承，其所承受轴向力为： =142.33N由：=14.74e=1.14,则查表可得：=0.57,=0.35.则1轴承所承受当量动载荷为： =+=(0.35X124.85+0.57X1839.68)N=1092.32N由：=1.14=e=1.14，查表可得：=0，=1.则2轴承所承受当量动载荷为： =124.85N取、中较大值，及以作为寿命校核根据。将C=20500N,P=1092.32N代入寿命计算公式得：= =39187h15000h因此，这一对角接触球轴承可以满足使用寿命规定。第七节 齿轮间隙消除进给伺服系统中减速齿轮，除了自身

30、规定较高运动精度和工作平稳性外，还必要尽量消除齿侧传动间隙，否则，进给运动会产生反向死区，影响传动精度和系统稳定性。惯用消除齿轮间隙办法有如下两种：一、偏心套调节法这种办法是将电机通过偏心套装在减速箱壳体上，通过偏心套转动可以以便地调节两齿轮中心距，从而达到消除齿侧间隙目。该办法构造简朴，传动刚度好，能传递较大转矩，但齿轮磨损后齿侧间隙不能自动补偿。二、双片薄齿轮错齿调节法其示意图如下所示：双薄片齿轮调节构造1、6、8 齿轮 2、5 螺钉 3 螺母 4 轴套 7 拉簧该构造中，两个齿数相似薄片齿轮1、8与另个一种宽齿6啮合。两薄片齿轮之间可以做相对回转运动。每个薄齿轮上分别联接三个沉头螺钉2，

31、5并在齿轮1上开有三个较大通孔。齿轮8上三个螺钉2从齿轮1上三个大孔中穿过后，再通过拉簧7与齿轮1上螺钉5相联，螺母3可防止拉簧滑出。由于拉簧7拉力作用使齿轮1、8之间产生回转，分别与宽齿轮6两侧贴紧，从而消除了齿侧间隙。该机构由于拉簧作用，啮合时完全消除了齿轮侧隙，并且可以自动补偿。局限性之处是构造较复杂，不适当传递大力矩。在负载不大齿轮传动装置中被广泛应用。本设计采用此办法消除齿轮间隙。第三章 微机数控系统硬件电路设计第一节 绘制机床数控系统硬件框图一、数控系统构成数控系统是由硬件和软件两某些构成。硬件是构成系统基本，有了硬件，软件才干有效运营。硬件电路可靠性直接影响到数控系统性能指标。二

32、、机床硬件电路构成机床硬件电路由如下五某些构成：（1）主控制器，即中央解决单元（CPU）;（2）总线，涉及数据总线、地址总线和控制总线；（3）存储器，涉及程序存储器和数据存储器；（4）接口，即I/O输入/输出接口电路；（5）外围设备，如键盘、显示屏及光电输入机等。机床数控系统硬件框图如下图所示。机床数控系统硬件框图第二节 CPU和存储器CPU采用8031芯片，由于8031片内无程序存储器，需要有外部存储器支持，同步8031只有128B内部数据存储器，也远远不能满足控制系统规定。故扩展了16KB程序存储器，由两片2764实现。并且其内部数据存储器只有128B,因此有扩展了16KB数据存储器，由两

33、片6264实现。80C31芯片用来传送外部存储器地址和数据，口传送高8位地址，口传送低8位地址和数据，故要采用74LS373地址锁存器，锁存低8位地址，ALE作为其选通信号，当ALE为高电平，锁存器输入和输出透明，即输入低8位存储器地址在输出端浮现，此时不需锁存。当ALE从高电平变为低电平，浮现下降沿时，低8位地址锁存入地址锁存器，74LS373输出不再随输入变化,这样口就可以用来传送读写数据了。8031芯片口和74LS373送出口共构成16位地址，2764和6264芯片都是8KB，需要13根地址线。低8位接74LS373芯片输出，接8031芯片。系统采用全地址译码，两片2764芯片片选信号分

34、别接74LS138译码器，系统复位后来程序从0000H开始执行。两片6264芯片片选信号分别接74LS138译码器，单片机扩展系统容许程序存储器和数据存储器独立变址（即容许地址重叠），8031芯片控制信号接2764引脚，读写控制信号分别接6264芯片,以实现外部数据存储器读写。由于8031芯片内部没有ROM,故始终要选外部程序存储器，故其必要接地。第三节 I/O接口芯片扩展由于80C31只有P口和P口某些能提供顾客作为I/O口使用，不能满足输入输出口规定，因而系统扩展了一片8279和一片8255A可编程I/O接口芯片。8279片选信号接74LS138端。芯片8255片选信号接74LS138端。

35、74LS138有三个输入A、B、C分别接到8031、，输出为8个输出，均为低电平有效。I/O接口与外设连接是：键盘行线接8279,8279采用外部译码方式，SLSL经74LS138（2）译码器输出；按键盘横线，SLSL由74LS138（3）译码器输出，经驱动后输出到显示屏各位公共阳极，输出线OUTA、OUTB作为8位段数据输出口，控制74LS138(3)译码，当位切换时，输出低电平，使74LS138(3)输出全为高电平，当键盘上出既有效闭合健时，键输入数据自动进入8279FIFO RAM存储器，并向80C31申请中断，80C31响应中断，读取FIFO RAM中输入键值。更新显示屏输出，仅需变化

36、8279种显示缓冲器RAM中内容。还使用了用可编程输入输出芯片8255A扩展输入输出接口电路。第四节 所用芯片工作方式和性能特点简介一、8031单片机芯片MCS51系列单片机是美国Intel公司在MCS48系列单片机基本上推出产品，于1980年问世，它集成度很高，是集片内存储器、片内输入/输出部件和CPU于一体优良单片机系统，在国内已广泛地被应用于经济型数控机床。MCS51系列单片机重要有三种型号：8031、8051和8071。而8031片内无ROM，使用时需扩展ROM，可用在现场修改和更新程序存储器应用场合，其价格低廉，使用灵活，非常适合在国内使用。因此本设计使用8031单片机。其性能和特点

37、如下所示：（一）8031单片机基本特性8031单片机具备如下特点：（1）具备功能很强8位中央解决单元（CPU）；（2）片内有时钟发生电路（6MHz或12MHz）,每执行一条指令时间为2s或1s；（3）片内具备128字节RAM；（4）具备21个特殊寄存器；（5）可扩展64KB字节外部数据存储器和64KB外部程序存储器；（6）具备4个I/O接口，32根I/O总线；（7）具备2个16位定期器/计数器；（8）具备5个中断源，配备2个中断优先级；（9）具备一种全双工串行接口；（10）具备位寻址能力，合用逻辑运算。从上述特性可知，一块8031功能几乎相称于一块Z80CPU、一块RAM，一块Z80CTC、两

38、块Z80PIO和一块Z80SIO所构成微机系统。可以看出这种芯片集成度高、功能强、只需增长少量外围器件就可以构成一种完整微机系统。（二）8031芯片引脚及其功能8031芯片具备40根引脚，其引脚如下图所示：8031管脚图40根引脚按其功能可以分为四类：1.电源线 2根:编程和正常操作时电源电压，接+5V。:地电平。2.晶体振荡器 2根:振荡器反相放大器输入。使用外部振荡器时必要接地。:振荡器反相放大器输出和内部时钟发生器输入。当使用外部振荡器时用于输入外部振荡信号。3.I/O口 共有、四个8位口，32根I/O总线，其功能如下：（1）()是I/O端口0引脚。端口0是一种8位漏极开路双向I/O端口

39、。在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位地址和8位双向数据端口（在此时内部上拉电阻有效）。（2）端口1引脚，是一种带内部上拉电阻8位双向I/O通道，专供顾客使用。（3）()端口2引脚。端口2是一种带内部上拉电阻8位双向I/O通道，在访问外部存储器时，它输出高8位地址。（4）端口3引脚。端口3是一种带内部上拉电阻8位双向I/O口，该口每一种均可独立地定义第一I/O口功能或第二I/O口功能。作为第一功能使用时，口构造与操作与口完全相似，第二功能如下： 口引脚 第二功能 D(串行输入口) D(串行输出口) (外部中断) (外部中断) (定期器0外部输入) (定期器1外部输入) (外部数据存储器写

40、选通) (外部数据存储器读选通)4.控制线（1）:程序存储器使能引脚，是外部程序存储器读选通信号，低电平有效。从外部程序存储器取数时，在每个机器周期内二次有效。（2）/：为高电平时，CPU执行内部程序存储器指令。为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器指令。因8031芯片没有内部程序存储器，故必要接地。（3）ALE/:ALE是地址锁存使能信号。作为地址锁存容许时高电平有效。由于端口是分时传送数据和低8位地址，故访问存储器时，ALE信号锁存低8位地址。虽然在不能访问外部存储器时，也以1/6振荡频率固定频率产生ALE,因而可以用它作为外部时钟信号。ALE重要是提供一种定期信号，在从外部程序存储器取指令时，把口低位地址字节锁存到外接地址锁存器中。（4）RST/VPD:是复用/备用电源端。在振荡器运营时，使RST引脚至少保持两个机器周期为高电平，可实现复位操作，复位