C6163車床改造課程設(shè)計C6163車床縱向進給機構(gòu)數(shù)控化改造

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1、 C6163車床縱向進給機構(gòu)數(shù)控化改造 第 40 頁 共 40 頁 目目錄 1一、緒論 3 11.1選題目的及意義 3 11.2 設(shè)計任務(wù)及總體方案的確定 3 1二、機械系統(tǒng)的改造設(shè)計 6 12.1主傳動系統(tǒng)的改造 6 22.2主軸脈沖發(fā)生器的安裝 6 22.3 進給系統(tǒng)的改造 6 22.4 安裝防護 6 2三、進給傳動部件的計算與選型 7 23.1 切削力的計算 7 23.2滾珠絲杠螺母副的計算與選型 8 23.3 同步帶減速機構(gòu)設(shè)計 13 2四、電動機的計算與選型 17 24.1 縱向直流電動機的計算與選型 18 24.2 同步帶傳動功率的校核 22

2、 2五、電動機驅(qū)動電路設(shè)計 22 35.1光電隔離電路 22 35.2 單極性可逆PWM電路設(shè)計 23 3六、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計 23 36.1硬件電路設(shè)計 24 3七、數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計 37 3總結(jié) 38 3致謝 39 3參考文獻 40 一 緒論 1.1 選題目的及意義 車床是金屬切削加工最常用的一類機床,當(dāng)工件隨主軸回轉(zhuǎn)時,通過到家的縱向和橫向移動,能夠加工內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋等,借助成型刀具,還能加工各種成形回轉(zhuǎn)表面。 臥式車床刀架的縱向和橫向進給運動,是由主軸回轉(zhuǎn)運動經(jīng)掛輪傳遞而來,通過進給箱變速后,由光杠或

3、絲杠帶動溜板箱、床鞍以及中滑板產(chǎn)生移動。進給參數(shù)依靠手工調(diào)整,改變參數(shù)時需要停車。刀架的縱向進給和橫向進給不能聯(lián)動,切削次序需要人工控制,致其效率低下并且無法加工復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件。 對普通車床的數(shù)控化改造,主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改成用微機控制的并能獨立運動的進給伺服系統(tǒng);將手動刀架換成能自動換刀的電動刀架。這樣,利用數(shù)控裝置,車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)、切削順序和刀具都可按程序自動進行調(diào)節(jié)和更換,再加上縱、橫向的聯(lián)動進給功能,所以,可以加工出普通車床加工不了的曲線、曲面等復(fù)雜零件。加工精度高,尺寸分散度小,易于裝配??梢詫崿F(xiàn)多工序集中加工,提高了相

4、關(guān)加工精度,同時減少被加工零件在機床間的頻繁搬運。擁有自動補償?shù)裙δ?,簡化了傳統(tǒng)機床加工工藝中的工序,機床利用率大幅度提高。由于采用自動化加工技術(shù),可大大降低操作者的勞動強度,減少廢品的產(chǎn)生,提高工作效率。 1.2 設(shè)計任務(wù)與總體方案的確定 將C6163普通車床(如圖1-1所示)改造成采用16位單片機半閉環(huán)控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床,要求該車床進給兩坐標(biāo)聯(lián)動并且能夠?qū)崿F(xiàn)直線插補和圓弧插補并增配自動回轉(zhuǎn)刀架和主軸脈沖發(fā)生器,能車削螺紋。 圖1-1 普通車床C6163 1.2.1 已知參數(shù)及設(shè)計參數(shù) 最大加工直徑:630; 床鞍

5、上最大加工直徑:350; 最大加工長度:1500; 縱向?qū)к夐L度:2000; 主電動機功率:11; 冷卻泵電機功率:0.12; 主軸通孔直徑:105; 主軸轉(zhuǎn)速:14級 12.5~1120; 托板和刀架的總重力G:1500; 最大進給速度:縱向:, 橫向:0.4; 最大刀架快移速度:縱向:6, 橫向:4; 脈沖當(dāng)量:縱向:0.01/脈沖, 橫向:0.005/脈沖; 定位精度:縱向:0.01, 橫向:0.005; 啟動加速時間:縱向:200; 橫向:100; 電動刀架

6、轉(zhuǎn)位數(shù):4 1.2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式、進給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇,以及進給傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。 (1)系統(tǒng)的運動方式:該車床改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位,兩坐標(biāo)直線/圓弧插補的功能。所以數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計成連續(xù)控制型。 (2)進給伺服系統(tǒng)的類型:按任務(wù)要求采用步進電機的開環(huán)控制系統(tǒng)。這樣改造后的車床屬于經(jīng)濟型數(shù)控車床,在保證一定加工精度的前提下,簡化了結(jié)構(gòu),降低了成本。 (3)數(shù)控系統(tǒng)處理器的選擇:依據(jù)技術(shù)指標(biāo)中最大加工尺寸、最高控制速度,以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟性要求,決定選用MCS-51系列的8位單片機作為數(shù)控

7、系統(tǒng)的CPU。MCS-51系列8位機具有功能多、速度快、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點。 (4)根據(jù)系統(tǒng)的要求,需要擴展程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等;還要選擇步進電動機的驅(qū)動電源以及主軸電動機的交流變頻器等。 (5)為了加工安全還需安裝縱向和橫向限位開關(guān)。 (6)主軸電動機的交流變頻器的選擇及主軸脈沖發(fā)生器的選擇。 (7)為了達到設(shè)計要求中的速度和精度,縱向與橫向進給傳動應(yīng)選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副;為了消除傳動間隙、提高傳動剛度,滾珠絲杠 的螺母應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu)。 (8)為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)矩,同時也

8、為了是傳動系統(tǒng)的負(fù)載慣量勁可能地減小,傳動鏈中應(yīng)設(shè)有減速機構(gòu)。減速機構(gòu)選則同步帶,其綜合了帶傳動、鏈條傳動以及齒輪傳動的優(yōu)點,在許多領(lǐng)域已經(jīng)替代了齒輪傳動和鏈傳動。 二 機械系統(tǒng)的改造設(shè)計 2.1 主傳動系統(tǒng)的改造 普通車床進行數(shù)控化改造時,為了減少工作量,一般保留原有的主傳動機構(gòu)和變速操縱機構(gòu)。改造后使其主運動和進給運動分離,主電機的作用僅為帶動主軸旋轉(zhuǎn),主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止由數(shù)控系統(tǒng)來控制。 若要提高車床的自動化程度,需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速,可用2-4速的多速電動機代替原有的單速主電動機;當(dāng)多速電動機仍不滿足要求時,可用交流變頻器來控制主軸電動機,以實現(xiàn)無極變速。

9、采用交流變頻器實現(xiàn)主軸電機的無極變速,本設(shè)計選用F1000-G0110T3C型變頻器,該型號適配電機11KW,額定輸出電流為23A。 2.2主軸脈沖發(fā)生器的安裝 主軸脈沖發(fā)生器是為了加工螺紋而安裝的主軸檢測裝置,微機從主軸脈沖發(fā)生器中取出與螺距相應(yīng)的脈沖數(shù),使主軸旋轉(zhuǎn)角度與進給量保持一定關(guān)系,確保螺距的準(zhǔn)確性。主軸脈沖發(fā)生器的安裝通常有兩種:一種是同軸安裝,另一種是異軸安裝。一般經(jīng)濟型數(shù)控改造多采用同軸安裝。本設(shè)計選用1200線主軸脈沖發(fā)生器,采用同軸安裝方式并采用波紋管與主軸柔性連接,該連接方式在實現(xiàn)角位移傳遞的同時,能夠吸收車床的部分振動,從而使脈沖發(fā)生器平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。 2.3 進給系

10、統(tǒng)的改造 拆除掛輪架所有齒輪并尋找主軸,安裝主軸脈沖發(fā)生器;拆除原機床進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光桿、操縱桿、齒條等;在縱溜板、橫溜板的下面絲杠螺母座托架;在原進給箱位置安裝縱向伺服電機與減速箱總成,在橫溜板后部安裝橫向伺服電機與減速箱總成;拆除四方刀架及上溜板總成,在橫溜板上方安裝電動刀架。 2.4 安裝防護 普通車床的數(shù)控化改造中應(yīng)根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的防護措施,比如滾珠絲杠副由于精度要求較高,工作時需防塵防灰,尤其不能讓金屬削進入滾道,所以縱向絲杠應(yīng)安裝防護罩。大托板與導(dǎo)軌接觸的兩端面要貼上橡膠片,防止雜質(zhì)進入滑動導(dǎo)軌面損傷導(dǎo)軌。 三 縱向進給傳動部件的計算和選型 3.1

11、 切削力的計算 切削力是指在切屑過程中產(chǎn)生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力,或通俗的講是在切削加工時,工件材料抵抗刀具切削時產(chǎn)生的阻力。車削外圓時的切削力如圖3-1所示。主切削力與切削速度的方向一致,垂直向下,是計算車床主軸電動機切削功率的依據(jù);進給力與進給方向平行且方向相反;背向力與進給方向相垂直,對加工精度的影響較大。 Fz Fx Fy 圖3-1 車削力分析 設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼,σb=650MPa;選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15;刀具幾何參數(shù)為:主偏角60,前角10,刃傾角-5,;切削用量為:背吃刀量

12、ap=3mm,進給量f=0.6mm/r,切削速度為105m/min。 查表3-1,得: =2795 =1.0 =0.75 =-0.15 查表3-3,得主偏角的修正系數(shù)=0.94;刀傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為1.0. 由經(jīng)驗公式 得: =2673.4N 由::=1:0.35:0.4,算得縱向進給切削力==935.69N, ==1069.36N 3.2滾珠絲杠螺母副的計算和選型 滾珠絲杠副的作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動,其螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠,使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動時,帶動滾珠沿螺紋滾道滾動。螺

13、母上設(shè)有返向器,與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過盈配合,可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長工作壽命,可設(shè)置潤滑件和密封件。 3.2.1 精度的選擇 滾珠絲杠副的精度直接影響數(shù)控機床的定位精度,在滾珠絲杠精度參數(shù)中,其導(dǎo)程誤差對機床定位精度最明顯。一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意300行程變動量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3~1/2,在最后精度驗算中確定。對于車床,選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1~3級(1級精度最高),Z軸為2~5級,考慮到本設(shè)計的定位精度要求和改造的經(jīng)濟性,選擇X軸精度等級為3級,Z軸為4級。 3.2.2 絲杠導(dǎo)程的確定 選擇導(dǎo)程跟所需要

14、的運動速度、系統(tǒng)等有關(guān),通常在:4、5、6、8、10、12、20中選擇,規(guī)格較大,導(dǎo)程一般也可選擇較大(主要考慮承載牙厚)。在速度滿足的情況下,一般選擇較小導(dǎo)程(利于提高控制精度),本設(shè)計中初選縱向絲杠導(dǎo)程為8,橫向絲杠導(dǎo)程為5。 3. 2.3 最大工作載荷的計算 最大工作載荷是指滾珠絲杠螺母副在驅(qū)動工作臺時所承受的最大軸向力,也叫進給牽引力,其實驗計算公式如表3-1所示。 表3-1 實驗計算公式及參考系數(shù) 導(dǎo)軌類型 實驗公式 矩形導(dǎo)軌 1.1 0.15 燕尾導(dǎo)軌 1.4 0.2 綜合或三角導(dǎo)軌 1.15 0.15-0.18 表中為考慮顛覆

15、力矩影響時的實驗系數(shù);為滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù);為移動部件總重量。 查表3-1選擇綜合導(dǎo)軌,取1.15,取0.16,為1500; 算得=1.15935.69+0.16(2673.4+1500) =1743.8 3.2.4 最大動載荷的計算 載荷隨時間急劇變化且使構(gòu)件的速度有顯著變化(系統(tǒng)產(chǎn)生慣性力),此類載荷為動載荷。比如起重機以等速度吊起重物,重物對吊索的作用為靜載,起重機以加速度吊起重物,重物對吊索的作用為動載。 對于滾珠絲杠螺母副的最大動載荷計算公式如下: 式中:—滾珠絲杠副的壽命系數(shù),單位為r,(T為使用壽命,普通

16、機床T取5000-10000h,數(shù)控機床T取15000h;n為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速); —載荷系數(shù),一般取1.2~1.5,本設(shè)計取1.2; —硬度系數(shù)(HRC58時取1.0;等于55時取1.11;等于52.5時取1.35;等于50時取1.56;等于45時取2.40); —滾珠絲杠副的最大工作載荷,單位為N。 本設(shè)計中車床Z向承受最大切削力條件下最快的進給速度,初選絲杠基本導(dǎo)程,則絲杠轉(zhuǎn)速。取滾珠絲杠使用壽命,帶入得=90(單位r);加工過程平穩(wěn)或輕度沖擊,取載荷系數(shù),硬度系數(shù),代入,求得 :=9377.6N。 3.2.5 滾珠絲杠螺母副的選型 初選滾珠絲桿

17、副時應(yīng)使其額定動載荷, 當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下長時間承受工作載荷時,還應(yīng)使額定靜載荷。 根據(jù)計算出的最大動載荷=9377.6N,選擇江蘇啟東潤澤機床附件有限公司生產(chǎn)的FL5008-3型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副,采用雙螺母螺紋式預(yù)緊,精度等級為4級,其參數(shù)如表3-2所示。 表3-2 FL5008-3型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù) 公稱直徑/ 導(dǎo)程/ 鋼球直徑/ 絲杠外徑/ 絲杠底徑/ 額定載荷/ 接觸剛度 / 1897 50 8 4.763 48.6 45.24 66 31 3.2.6 滾珠絲杠副的支承方式 滾珠絲杠副的支

18、承主要用來約束絲杠的軸向竄動,為了提高軸向剛度,絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合??紤]到縱向絲杠長度較大,本設(shè)計縱向絲杠采用雙推—雙推支承方式,該方式臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性高,有熱膨脹的余地。 3.2.7 傳動效率的計算 滾珠絲杠的傳動效率一般在0.8~0.9之間,其計算公式如下: = 式中:—螺距升角,根據(jù),可得=2.91; —摩擦角,一般取=10′。 算得: =94.57% 3. 2.8 剛度的驗算 滾珠絲杠副工作時受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用,引起導(dǎo)程的變化,從而影響定位精度和運動的平穩(wěn)性。軸向變形主要包括

19、絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母間滾道的接觸變形、支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形。 因轉(zhuǎn)矩和絲杠-螺母滾道接觸對絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小,所以、可以忽略不計,所以絲杠的拉伸或壓縮變形量為: =(“+”號代表拉伸,“-”代表壓縮) 式中:—絲杠的最大工作載荷,單位為; —滾珠絲杠兩端支承間的距離,單位為; —絲杠材料的彈性模量,鋼; —絲杠的橫截面面積,單位按絲杠螺紋的底徑確定。 根據(jù)前面的設(shè)計,為1743.8,取1990,為45.24,算得: 查表3-3可知,,所以剛度足夠。 表3-3 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程

20、公差和行程變動量 有效行程 精度等級 1 2 3 4 5 大于 至 — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 400 500 8 7 10 9 15 13 20 19 27 26 1600 2000 18 13 25 18 35 25 48 36 65 51 3. 2.9 壓桿穩(wěn)定性校核 由于滾珠絲杠本身比較細長又受軸向力的作用,若軸向負(fù)載過大,則會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象,不失穩(wěn)時的臨界載荷Fk應(yīng)該滿足: = 式

21、中:—絲杠支承系數(shù),雙推-雙推方式時,取4,其他方式如表3-4所示; —滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù),一般取2.5~4,垂直安裝時取最小值,本設(shè)計取4; —滾珠絲杠兩端支承間的距離,單位為,本設(shè)計中該值為1990; —按絲杠底徑確定的截面慣性矩(,單位為),本設(shè) 中將代入算出=205513.36。 由以上數(shù)據(jù)可以算出: 臨界載荷遠大于工作載荷(3233.76N),故絲杠不會失穩(wěn)。 表3-4 絲杠支承系數(shù) 支承方式 雙推-雙推 雙推-簡支 單推-單推 雙推-自由 取值 4 2 1 0.25

22、 3.3 同步帶減速機構(gòu)設(shè)計 同步帶也叫同步齒形帶,它綜合了帶傳動、鏈條傳動以及齒輪傳動的優(yōu)點,主要用在驅(qū)動帶輪與被動帶輪之間要求有固定傳動比的情況。同步帶是通過帶上的凸齒與帶輪上的齒槽強制嚙合而工作,即當(dāng)主動帶輪轉(zhuǎn)動時能通過帶齒與帶輪的依次嚙合將動力傳給從動輪,因此主動輪和從動輪的線速度相同。同步帶的張緊力小,輪軸上的壓力輕,因此可以延長軸承的使用壽命。同步帶結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,工作時不會打滑,線速度可達,可用于高速場合,傳動比可達到10,效率可達98%,維護保養(yǎng)方便,運轉(zhuǎn)費用低,因此應(yīng)用日益廣泛。 3.3.1 傳動比的確定   初選電機型號為110BYG2602,四相混合式

23、,最大靜轉(zhuǎn)矩為,步距角為 由和可得: 式中:—電機編碼器分辨率,單位為度/脈沖; —絲杠分辨率,單位為度/脈沖; —絲杠導(dǎo)程,其值為8; —脈沖當(dāng)量,本設(shè)計中Z軸為0.01/脈沖。 初選電機型號為130BYG2502,查表4-5知:步距角為0.9。 所以傳動比 由縱向床鞍的最快移動速度,可以算出主動輪的 最高轉(zhuǎn)速: 3.3.2 傳遞功率的估算 由運動學(xué)可知,對該傳動機構(gòu)傳遞功率的研究只要考慮三種工作狀態(tài),他們 分別是:最大負(fù)載且最大工進速度、快速空載啟動、最快空載移動。由運動學(xué)可 知,最后一種狀態(tài)的傳遞功率一定小于快

24、速空載啟動(最后時刻)的瞬時傳遞功 率,所以只需要比較前二者。 預(yù)選步進電機在轉(zhuǎn)速為 750時,對應(yīng)的步進電機脈沖頻率為。 從表6-4查得,當(dāng)脈沖頻率為6000Hz時,電動機的輸出轉(zhuǎn)矩約為 對應(yīng)的輸出功率為 據(jù)表3-18取工作情況系數(shù)KA=1.2,則由公式(3-14),求得帶的設(shè)計功率。 3.3.3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的設(shè)計功率Pd,查表3-6選擇同步帶,型號為H型,節(jié)距。 表3-6 同步帶型號 型號 節(jié)距/ 基準(zhǔn)帶寬傳遞功率范圍/ 基準(zhǔn)帶寬/ 說明 XL(特輕型) 5.080 0.004~0.573 9.5 GB/

25、T 11616-1989 GB/T 11362-1989 L(輕型) 9.525 0.05~4.76 25.4 H(重型) 12.700 0.6~55 76.2 3.3.4 確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑 H型小帶輪轉(zhuǎn)速在時的最少許用齒數(shù)為14,為了提高傳動精度, 取小齒輪數(shù),則小帶輪節(jié)圓直徑,根據(jù)傳動比 算出大齒輪數(shù),則大帶輪節(jié)圓直徑。 當(dāng)主動輪最高轉(zhuǎn)速時,同步帶的線速度為: 遠小于H型帶的極限速度,所以滿足要求。 3.3.5 中心距、節(jié)線長度和帶齒數(shù)的確定 初選中心距,圓整后取。則帶的節(jié) 線長度。根據(jù),《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》表3-

26、13,選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度,相應(yīng)的齒數(shù)z=48。 實際中心距。 3.3.6 校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) 嚙合齒數(shù) ,式中為取整函數(shù)。一般情況下,應(yīng)該保證。當(dāng)不滿足要求時,可以增大或不變時減小節(jié)距。 通過計算,得出, 滿足要求。 3.3.7 計算基準(zhǔn)額定功率 基準(zhǔn)額定功率就是所選型號同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率,其計算公式如下: 式中: —單位為; —帶寬為基準(zhǔn)帶寬b時的許用工作拉力,單位N,如表3-8所示; —帶寬為基準(zhǔn)帶寬b時的單位長度質(zhì)量(線密度),單位; —同步帶線速度

27、,上述3.3.4中已算出其值為2.38。 表3-8 同步帶基準(zhǔn)寬度下的許用拉力和線密度 帶型號 基準(zhǔn)帶寬b/ 許用拉力/ 線密度/ XL 9.5 50.17 0.022 L 25.4 244.46 0.095 H 76.2 2100.85 0.448 經(jīng)計算, 3.3.8 確定實際同步帶寬度 實際所需同步帶寬度的計算公式如下: 式中:—選定型號的基準(zhǔn)寬度,H型其值為19.1; —小帶輪嚙合系數(shù),根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》表3-22,當(dāng)時,其值為1。 經(jīng)計算得出:17.62。根據(jù)《數(shù)控技

28、術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》表3-11,選定最接近的帶寬19.1,若選擇雙邊擋圈,則最小寬度20.3mm,擋圈厚度為2mm。 3.3.9 同步帶工作能力的驗算 用下式來計算同步帶的額定功率: 式中:—齒寬系數(shù),其值為。 —小帶輪嚙合系數(shù),取1; 經(jīng)計算得出:,所以滿足要求。 四 電動機的選擇及其驅(qū)動電路設(shè)計 直流電動機是最早出現(xiàn)的電動機,也是最早能實現(xiàn)調(diào)速的電動機。長期以來一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。它具有良好的線性調(diào)速特性,簡單的控制性能,較高的效率,優(yōu)異的動態(tài)特性。隨著永磁材料和工藝的發(fā)展,已將直流電動機的勵磁部分用永磁

29、材料代替,產(chǎn)生永磁直流電動機,這種電機結(jié)構(gòu)簡單,用電量少,所以目前在中小功率范圍內(nèi)運用廣泛。 近年來,直流電動機的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計算機進入控制領(lǐng)域以及新型電力電子功率元件的不斷出現(xiàn),使采用全控型的開關(guān)功率元件進行脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制方式已成為主流,并作為其數(shù)字控制的基礎(chǔ)。如果直流電機要求工作在正反轉(zhuǎn)場合,這時還需要使用可逆PWM控制方式,其又分為單極性驅(qū)動與雙極性驅(qū)動兩種,一般大功率電機驅(qū)動采用單極性驅(qū)動方式。 電動機的驅(qū)動離不開半導(dǎo)體功率器件,在對直流電機電樞電壓的控制和驅(qū)動中,對半導(dǎo)體功率器件的使用上又可以分為兩種方式:線性放大驅(qū)動和開關(guān)驅(qū)動,由于前者在工

30、作時有大量功率消耗在元器件上,致使效率很低,因此絕大多數(shù)直流電機采用開關(guān)驅(qū)動方式,該方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài),通過脈寬調(diào)制來控制電動機的電樞電壓,實現(xiàn)調(diào)速。 4.1 縱向步進電動機的計算與選型 4.1.1 轉(zhuǎn)動慣量的折算 折合到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量如下: 式中: —電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,單位為,本設(shè)計初選電機值為15; 、—同步帶帶輪的轉(zhuǎn)動慣量,單位為; 、分別為帶輪的外徑和寬度,單位為; —滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量,取值為112.1

31、3; 、—分別為重力加速度,取9.8和導(dǎo)程,其值換算為 0.8。 計算得出: = 4.1.2 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量分為快速空載啟動和承受最大工作負(fù)載兩種情況進行計算。 1) 快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 由《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》式4-8式可知包括三部分:快速空 載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩、移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為滾珠絲杠副傳動效率很高,根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》式4-12式可知,相對于和很小,可以忽略不

32、計。則有 根據(jù)式4-9,考慮縱向傳動鏈的總效率=0.9,計算快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩: 其中——對應(yīng)縱向空載最快移動速度的步進電機最高轉(zhuǎn)速,為750r/min ——步進電機由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時間,為0.2s 其中: 式中——縱向空載最快移動速度,為3600mm/min ——縱向步進電機步距角,為0.75 ——縱向脈沖當(dāng)量,本設(shè)計中為0.01mm/脈沖 帶入=750r/min。 將上面數(shù)值帶入=2.301Nm 由式4-10可知,移動部件運動時,折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為: 式中——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù),滑動導(dǎo)軌取1.6 ——垂直方向

33、的負(fù)載,空載取0 ——縱向傳動鏈總效率,取0.9 將上面數(shù)據(jù)帶入=0.17Nm 最后帶入=2.301+0.17Nm=2.47Nm 2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 由式4-13可知: 包括三部分:折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩、移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。相對于和很小,可忽略不計。則有: 其中,折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由式 計算可得 =0.662Nm 再由式4-10計算承受最大工作負(fù)載狀態(tài)下,移動部件運動時折算到電動機

34、轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩: 將數(shù)值帶入上式得=0.473Nm 最后由式,求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩:=0.662+0.473=1.135Nm 經(jīng)過上述計算后,得到加在步進電機轉(zhuǎn)軸上的最大 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩: =max{,}=2.47Nm 3)步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制,當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時,其輸出轉(zhuǎn)矩會下降,可能造成丟步,甚至堵轉(zhuǎn)。因此,根據(jù)來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足: Nm 對于前面預(yù)選的110BYG2602型步進電動機,由表4-5可知,其最大靜轉(zhuǎn)矩=20Nm,可見完全滿足上式的要求。 4)步進電動機的性能校核 ①最快工

35、進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定縱向最快工進速度=800mm/min,脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖,由式4-16求出電動機對應(yīng)的運行頻率 從表4-7可以看出,在此頻率下,電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=14.6Nm,遠大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=2.47Nm ,滿足要求。 ②最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定縱向最快空載移動速度,仿照式4-16求出電動機對應(yīng)的運行頻率 從表4-7可以看出,在此頻率下,電動機的輸出轉(zhuǎn)矩=10 Nm,大于快速空載啟動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=2.47Nm,滿足要求。 ③最快空載移動時電機運行頻率校核 最快空載移動速度,對應(yīng)電動機運行頻率=6000Hz。查表4

36、-5可知110BYG2602的極限運行頻率為20000Hz,可見沒有超出極限。 ④啟動頻率的計算 已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量=,電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量,查表4-5可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時最高空載啟動頻率=1800Hz,則由式4-17可以求出步進電機克服慣性負(fù)載的啟動頻率為: 783Hz 上式說明,要想保證步進電機起步時不失步,任何時候的啟動頻率都必須小于783Hz。實際上,在采用軟件升降頻時,啟動頻率選的很低,通常只有100Hz。綜上所述,本例中縱向進給系統(tǒng)選用110BYG2602步進電動機,可以滿足設(shè)計要求。 4.2同步帶傳遞功率的校核 分兩種工作

37、情況,分別進行校核。 (1)快速空載啟動 電動機從靜止到加速至=750r/min,,同步帶傳遞的負(fù)載轉(zhuǎn)矩=2.47Nm,傳遞的功率為 (2)最大工作負(fù)載、最快工進速度 帶需要傳遞的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩=1.135Nm,任務(wù)書給定的最快工進速度,對應(yīng)電動機轉(zhuǎn)速 160r/min, 傳遞的功率為 可見,兩種情況下同步帶傳遞的負(fù)載功率均小于帶的額定功率668.73W。因此選擇的同步帶功率合格。 5電動機驅(qū)動電路設(shè)計 5.1 光電隔離電路 光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號,對輸入和輸出電路可以進行隔離.因而具有良好的電絕緣能力并能夠有效地抑制系統(tǒng)

38、噪聲,消除接地回路的干擾,具有響應(yīng)速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等特點。光電隔離在強-弱電接口、特別是在微機系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。 光電耦合器分為兩種:一種為非線性光耦,另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的,這類光耦適合于開關(guān)信號(數(shù)字信號)的傳輸,不適合于傳輸模擬量;線性光耦的電流傳輸手特性曲線接進直線,并且小信號時性能較好,能以線性特性進行隔離控制。 5.2 單極性可逆PWM電路設(shè)計 可逆PWM電路分雙極性和單極性兩種,前者有低速運行平穩(wěn)的優(yōu)點,但存在著電流波動大,功率損耗大的缺點,尤其是必須增加死區(qū)來避免開關(guān)直通的危險,限制了開關(guān)頻率的提高,因此只

39、用于中小功率直流電機的控制。由于本設(shè)計選用的直流電機功率較大,尤其是在啟動加速時刻,故選擇后者。單極性驅(qū)動又分T型和H型,以H型應(yīng)用最多。一般對中大功率的直流電機驅(qū)動電路可以用相應(yīng)的MOS管和續(xù)流二級管(肖特基管)搭建H橋驅(qū)動電路。使用MOS管,其開關(guān)速度快,同時又是電壓驅(qū)動型,驅(qū)動電路簡單而且導(dǎo)通后內(nèi)阻小,通過電流大,這樣加在電機的電壓就接近電源電壓,使電機能正常工作。使用續(xù)流二級管,用來保護元器件不被感應(yīng)電壓擊穿或燒壞,以及提供電機制動回路。 6 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的“大腦”,其設(shè)計也是普通機床進行數(shù)控化改造的核心工程,對機床而言,數(shù)控系統(tǒng)通過對輸入的加工程序進行

40、數(shù)據(jù)處理和運算后,輸出控制信號,控制主軸、進給軸和其他輔助裝置正確、及時和可靠地執(zhí)行加工程序所規(guī)定的任務(wù),同時接受從機床反饋來的各種信息,對機床控制進行調(diào)整。任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成,在處理信息方面,軟件和硬件對要完成的任務(wù)是等價的,硬件處理速度快,線路復(fù)雜,軟件設(shè)計靈活,適應(yīng)性強,但速度較慢。隨著高性能微處理器的誕生,現(xiàn)代數(shù)控已越來越傾向于軟件控制。 數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制,最重要的運算是插補運算,最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補償。位置控制的實質(zhì)就是位置負(fù)反饋,即指令位置和實際位置進行比較,用位置偏差進行控制;插補運算就是根據(jù)加工程序所確定的坐標(biāo)點,通過一定的運算法則實時

41、獲得位置指令;刀具補償就是要解決編程軌跡和刀具中心不相符的矛盾。 6.1 硬件電路設(shè)計 6.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其使用微機結(jié)構(gòu)的劃分,一般可分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜,在一些標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足當(dāng)今數(shù)控機床高速度、高精度和許多復(fù)雜功能的要求,代表當(dāng)今數(shù)控發(fā)展的水平。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求,本設(shè)計將采用較經(jīng)濟的單微處理器數(shù)控結(jié)構(gòu),對于一般切削加工而言,其速度和精度已能滿足實際要求。 數(shù)控機床單微處理器硬件結(jié)構(gòu)電路概括起來有以下幾個部分組成: (1)中央處理單元CPU; (

42、2)總線,包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線; (3)存儲器,包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器; (4)輸入輸出接口電路; (5)外圍設(shè)備,如鍵盤、顯示器及光電編碼器等。 6.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 根據(jù)設(shè)計要求,確定數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能: (1) 讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù); (2) 讀取操作面板開關(guān)及按鈕信號; (3) 讀取螺紋/光電編碼器信號 ; (4) 讀取電動刀架刀位信號; (5) 接受車床行程開關(guān)信號; (6) 控制LED顯示; (7) 控制電動刀架自動選刀; (8) 控制縱向、橫向電動機驅(qū)動; (9) 控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止; (10)

43、 控制交流變頻器; (11) 控制冷卻泵啟停; (12) 可與PC進行串行通信。 綜合上述所要實現(xiàn)的功能,選用intel8031作為主控芯片,接晶振電路、復(fù)位電路,由于8031無內(nèi)部存儲器,選用2764作為程序存儲器,選6264作為數(shù)據(jù)存儲器,8031P0口8位地址數(shù)據(jù)分時復(fù)用,因此得選74LS373鎖存器,另外考慮到8031IO口較少,用8155擴展IO口,之后分別接刀架電機、縱橫向電機、6位數(shù)碼管、報警顯示等外圍電路。由于由8031控制的芯片較多,選74LS138譯碼器做片選,保證8031能夠準(zhǔn)確尋址并發(fā)送、接受控制指令。74ls06 六高壓輸出反相緩沖器-驅(qū)動器用來提高電路的驅(qū)動能

44、力。 6.1.3 主控芯片及相關(guān)芯片的簡介 1、8031單片機 8031是最常見的mcs51系列單片機,是inter公司早期的成熟的單片機產(chǎn)品,應(yīng)用范圍涉及到各行各業(yè),下面介紹一下它的引腳圖等資料。 <8031管腳圖> 8031引腳功能 (1)主電源引腳Vss和Vcc ① Vss接地 ② Vcc正常操作時為+5伏電源 (2)外接晶振引腳XTAL1和XTAL2 ① XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端,是外接晶體的一個引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時,此引腳接地。 ② XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外

45、接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時,此引腳接外部振蕩源。 (3)控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD,ALE/ , 和 /Vpp ① RST/VPD 當(dāng)振蕩器運行時,在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平(由低到高跳變),將使單片機復(fù)位 在Vcc掉電期間,此引腳可接上備用電源,由VPD向內(nèi)部提供備用電源,以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ② ALE/ 正常操作時為ALE功能(允許地址鎖存)提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器,ALE 引腳以不變的頻率(振蕩器頻率的 )周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此,它可用作對外輸出的時鐘,或用于定時目的。但要注意,每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖,A

46、LE 端可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)八個LSTTL電路。 對于EPROM型單片機,在EPROM編程期間,此引腳接收編程脈沖( 功能) ③ 外部程序存儲器讀選通信號輸出端,在從外部程序存儲取指令(或數(shù)據(jù))期間, 在每個機器周期內(nèi)兩次有效。 同樣可以驅(qū)動八LSTTL輸入。 ④ /Vpp 、 /Vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當(dāng) /Vpp為高電平時,訪問內(nèi)部程序存儲器,當(dāng) /Vpp 為低電平時,則訪問外部程序存儲器。 對于EPROM型單片機,在EPROM編程期間,此引腳上加21伏EPROM編程電源(Vpp)。 ☆8031引腳功能: Vcc:+5V電源電壓。 Vs

47、s:電路接地端。 P0.0~P0.7:通道0,它是8位漏極開路的雙向I/O通道,當(dāng)擴展外部存貯器時,這也是低八位地址和數(shù)據(jù)總線,在編程校驗期間,它輸入和輸出字節(jié)代碼,通道0吸收/發(fā)出二個TTL負(fù)載。 P1.0~P1.7:通道1是8位擬雙向I/O通道,在編程和校驗時,它發(fā)出低8位地址。 通道1吸收/發(fā)出一個TTL負(fù)載。 P2.0~P2.7:通道2是8位擬雙向I/O通道,當(dāng)訪問外部存貯器時,用作高8位地址總線。通道2能吸收/發(fā)出一個TTL負(fù)載。 P3.0~P3.7:通道3準(zhǔn)雙向I/O通道。通道3能吸收/發(fā)出一個TTL負(fù)載,P3通道的每一根線還有 ☆另一種功能: P3.0

48、:RXD,串行輸入口。 P3.1:TXD,串行輸出口。 P3.2:INT0,外部中斷0輸入口。 P3.3:INT1,外部中斷1輸入口。 P3.4:T0,定時器/計數(shù)器0外部事件脈沖輸入端。 P3.5:T1,定時器/計數(shù)器1外部事件脈沖輸入端 P1.0-- 1 40 --VCC P1.1-- 2 39 --P0.0/AD0 P1.2-- 3 38 --P0.1/AD1 P1.3-- 4 37 --P0.2/AD2 P1.4-- 5 36

49、--P0.3/AD3 P1.5-- 6 35 --P0.4/AD4 RTS P1.6-- 7 34 --P0.5/AD5 CTS P1.7-- 8 33 --P0.6/AD6 RST/Vpp-- 9 32 --P0.7/AD7 I/O RXD/P3.0-- 10 31 --EA/VPP DATA TXD/P3.1-- 11 30 --ALE/PLOG INT0/P3.2-- 12 29 --PSEN INT1/P3.3-- 13 28 --P2.7/A15

50、 T0/P3.4-- 14 27 --P2.6/A14 SCLK T1/P3.5-- 15 26 --P2.5/A13 WR/P3.6-- 16 25 --P2.4/A12 RD/P3.7-- 17 24 --P2.3/A11 XTAL1-- 18 23 --P2.2/A10 XTAL2-- 19 22 --P2.1/A9 VSS 20 21 --P2.0/A8 P3.6:WR,外部數(shù)據(jù)存貯器寫脈沖。 P3.7:RD,外部數(shù)據(jù)存貯器讀脈沖。 R

51、ST/VpD:引腳9,復(fù)位輸入信號,振蕩器工作時,該引腳上2個機器周期的高電平可以實現(xiàn)復(fù)位操作,在掉電情況下(Vcc降到操作允許限度以下), 后備電源加到此引腳,將只給片內(nèi) RAM供電。 ALE/PROG:引腳30,地址鎖存有效信號,其主要作用是提供一個適當(dāng)?shù)亩〞r信號,在它的下降沿用于外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存貯器的低8位地址鎖存,使總線P0輸出/輸入口分時用作地址總線(低8位)和數(shù)據(jù)總線,此信號每個機器出現(xiàn)2次,只是在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間才不輸出ALE。所以,在任何不使用外部數(shù)據(jù)存貯器的系統(tǒng)中,ALE以1/6振蕩頻率的固定速率 輸出,因而它能用作外部時鐘或定時,8751內(nèi)的EPROM編

52、程時,此端輸編程脈沖信號。 PSEN:引腳29,程序選通有效信號,當(dāng)從外部程序存貯器讀取指令時產(chǎn)生,低電平時,指令寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上。 EA/VPP:引腳31,當(dāng)保持TTL高電平時,如果指令計數(shù)器小于4096,8051執(zhí)行內(nèi)部ROM的指令,8751執(zhí)行內(nèi)部EPROM的指令,當(dāng)使TTL為低電平時, 從外部程序存貯器取出所有指令,在8751內(nèi)的EPROM編程時,此端為21V編程電源輸入端。 XTAL1:引腳18,內(nèi)部振蕩器外接晶振的一個輸入端,HMOS芯片使用外部振蕩源時,此端必須 接地。 XTAL2:引腳19,內(nèi)部振蕩器外接晶振的另一個輸入端,HMOS芯片使用外部振蕩器時

53、,此端用于輸入外部振蕩信號。 2、74LS373 八 D 鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性) 373 的輸出端 Q0~Q7 可直接與總線相連。 當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時,Q0~Q7為正常邏輯狀態(tài),可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時,Q0~Q7 呈高阻態(tài),即不驅(qū)動總線,也不為總線的負(fù)載,但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時,Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時,D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用,使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。 引出端符號: D0~D7 數(shù)據(jù)輸入端 OE 三態(tài)

54、允許控制端(低電平有效) LE 鎖存允許端 Q0~Q7 輸出端 真值表: Dn LE OE Qn H H L H L H L L X L L Q0 X X H 高阻態(tài) 3、74LS138 74LS138 為3 線-8 線譯碼器 共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式。 工作原理 ①當(dāng)一個選通端(E1)為高電平,另兩個選通端((/E2))和/(E3))為低電平時,可將地址端(A0、A1、A2)的二進制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如:A2A1A0=110時,則Y6輸出端輸出低電平信號。 ②利用

55、 E1、E2和E3可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器;若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 ③若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時,74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。 ④可用在8086的譯碼電路中,擴展內(nèi)存。 4、2764 2764是8K*8字節(jié)的紫外線镲除、電可編程只讀存儲器,單一+5V供電,工作電流為75mA,維持電流為35mA,讀出時間最大為250nS,28腳雙列直插式封裝。各引腳的含義為: A0-A12為13根地址線,可尋址8K字節(jié);O0-O7為數(shù)據(jù)輸出線;CE為片選線;OE為數(shù)據(jù)輸出選通線;PGM為編程脈沖輸入端;Vpp是編程電源;Vcc是主電源。 正常工作(只讀)時

56、,Vpp=Vcc=+5V,~PGM=+5V。 編程時,Vpp=+25V(高壓),~PGM端加入寬度為50ms的負(fù)脈沖。 EPROM電路 EPROM 2764的外部引線如圖所示。這是一塊8K8bit的EPROM芯片,它的引線與SRAM芯片6264是兼容的。這給使用者帶來很大方便。因為在軟件調(diào)試過程中,程序經(jīng)常需要修改,此時可將程序先放在6264中,讀寫修改都很方便。調(diào)試成功后,將程序固化在2764中,由于它與6264的引腳兼容,所以可以把2764直接插在原6264的插座上。這樣,程序就不會由于斷電而丟失。 l下面介紹2764各引腳的含義: ①A0一A12:13根地址輸入線。用于尋址

57、片內(nèi)的8K個存儲單元。 ②D0~D7:8根雙向數(shù)據(jù)線,正常工作時為數(shù)據(jù)輸出線。編程時為數(shù)據(jù)輸入線。 ③OE:輸出允許信號。低電平有效。當(dāng)該信號為0時,芯片中的數(shù)據(jù)可由D0~D7端輸出。 ④CE:選片信號。低電平有效。當(dāng)該信號為0時表示選中此芯片。. ⑤PGM:編程脈沖輸入端。對EPROM編程時,在該端加上編程脈沖。讀操作時該信號為1。 ⑥VPP:編程電壓輸入端。編程時應(yīng)在該端加上編程高電壓,不同的芯片對VPP的值要求的不一樣,可以是+12.5V,+15V,+21V,+25V等。 說明: EPROM的一個重要優(yōu)點是可以擦除重寫,而且允許擦除的次數(shù)超過上萬次。一片新的或擦除干凈EPR

58、OM芯片,其每一個存儲單元的內(nèi)容都是FFH。要對一個使用過的EPROM進行編程,則首先應(yīng)將其放到專門的擦除器上進行擦除操作。擦除器利用紫外線光照射EPROM的窗口,一般經(jīng)過15—20min即可擦除干凈。擦除完畢后可讀一下EPROM的每個單元,若其內(nèi)容均為FFH,就認(rèn)為擦除干凈了。 5、Intel6264芯片 Intel 6264的特性及引腳信號 Intel 6264的容量為8KB,是28引腳雙列直插式芯片,采用CMOS工藝制造 A12~A0(address inputs):地址線,可尋址8KB的存儲空間。 D7~D0(data bus):數(shù)據(jù)線,雙向,三態(tài)。 OE(output e

59、nable):讀出允許信號,輸入,低電平有效。 WE(write enable):寫允許信號,輸入,低電平有效。 CE1(chip enable):片選信號1,輸入,在讀/寫方式時為低電平。 CE2(chip enable):片選信號2,輸入,在讀/寫方式時為高電平。 VCC:+5V工作電壓。 GND:信號地。 Intel 6264的操作方式 Intel 6264的操作方式由OE,WE, CE1 , CE2的共同作用決定 ① 寫入:當(dāng)WE和CE1為低電平,且OE和CE2為高電平時,數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開,數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7~D0寫入被選中的存儲單元。 ② 讀出:當(dāng)OE和CE1為低電

60、平,且WE和CE2為高電平時,數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通,被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線D7~D0上。 ③ 保持:當(dāng)CE1為高電平,CE2為任意時,芯片未被選中,處于保持狀態(tài),數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。 6、8155I/O口擴展芯片 (1)、8155的結(jié)構(gòu)和引腳 8155有40個引腳,采用雙列直插封裝,其引腳圖和組成框圖如圖所示。 (a)、 地址/數(shù)據(jù)線AD0~AD7(8條) (b)、 I/O口總線(22條):PA0~PA7、PB0~PB7、 PC0~PC5。 (c)、控制總線(8條) ALE —— 地址鎖存(輸入) IO / /M—— IO口/RAM選擇,

61、0:選內(nèi)RAM; 1:選內(nèi)IO口 /CE —— 片選線 /RD、/WR —— 讀、寫控制 TIMERIN —— 定時器輸入(輸入定時器所需時鐘) TIMEROUT —— 定時器輸出(輸出所產(chǎn)生的方波脈沖) (2) 8155的RAM和I / O口地址編碼 (3) 8155的工作方式與基本操作   有三種基本操作: a、作單片機片外256B數(shù)據(jù)存儲器   IO / /M = 0,與其它數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。用MOVX訪問。 b、作擴展I / O口使用   IO / /M = 1,PA口、PB口、PC口,可通過編程決定如何使用。 1)命令寄存器(命令控制字) —— I /

62、O口工作方式 I / O口工作方式有四種: A口、B口 基本I / O口, C口輸入; A口、B口 基本I / O口, C口輸出; A口選通I / O、B口基本I / O、C口作聯(lián)絡(luò)線; A口、B口選通I / O、C口作聯(lián)絡(luò)線。 2)狀態(tài)標(biāo)志寄存器 —— PA口、PB口狀態(tài)標(biāo)志。 狀態(tài)標(biāo)志寄存器: BF —— 緩沖器滿標(biāo)志; INTR —— 端口中斷請求標(biāo)志; INTE —— 端口中斷允許標(biāo)志; TIMER —— 定時器中斷請求。 命令寄存器,只寫不讀; 狀態(tài)標(biāo)志寄存器,只讀不寫; 這二者使用同一地址 c、作定時器擴展使用 可以通過編程決定輸出4種信號,即

63、有四種工作臺方式。 單方波; 連續(xù)方波; 單脈沖; 連續(xù)脈沖。 由兩個8位寄存器,決定14位定時器計數(shù)常數(shù)及四種工作方式。 由命令寄存器的最高兩位對定時器進行四種控制。 簡單的I/O接口擴展 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中,經(jīng)常采用TTL電路或CMOS電路鎖存器、三態(tài)門電路作為I/O口擴展芯片。這種I/O口一般都是通過P0口擴展,不占用單片機的I/O口資源,只需一根地址線作片選線用。這種方法具有電路簡單、成本低、配置靈活方便等特點。 7、 六位數(shù)碼管 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件,其基本單元是發(fā)光二極管。 led數(shù)碼管(LED Segment Di

64、splays)是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件,引線已在內(nèi)部連接完成,只需引出它們的各個筆劃,公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點,還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位,1,2,3,4,5,6,8,10位等等....,led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類,了解LED的這些特性,對編程是很重要的,因為不同類型的數(shù)碼管,除了它們的硬件電路有差異外,編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路,它們的發(fā)光原理是一樣的,只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅,綠,藍,黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表,時鐘,車站,家電等場合。選用時要注

65、意產(chǎn)品尺寸顏色,功耗,亮度,波長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片 圖1 這是一個7段兩位帶小數(shù)點 10引腳的LED數(shù)碼管 圖2 引腳定義 每一筆劃都是對應(yīng)一個字母表示 DP是小數(shù)點. LED數(shù)碼管引腳定義 10引腳的LED數(shù)碼管 驅(qū)動方式 概述 數(shù)碼管要正常顯示,就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼,從而顯示出我們要的數(shù)字,因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同,可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動,或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單,顯示亮度高,缺點是占用I/O端口多,如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來驅(qū)動,要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢:),實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動,增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動態(tài)顯示驅(qū)動 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一,動態(tài)驅(qū)動是將

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