基于單片機(jī)控制的數(shù)控X-Y工作臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)—總體設(shè)計(jì)

機(jī)械論文編號:JX557  論文字?jǐn)?shù):29793,頁數(shù):70

目  錄

摘  要 I
ABSTRACT II
1  前言 1
1.1  課題設(shè)計(jì)研究背景和意義 1
1.2  研究的內(nèi)容 1
1.3  研究的技術(shù)路線 1
2  總體方案的確定 2
2.1  機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇 2
2.1.1  導(dǎo)軌副的選用 2
2.1.2  絲桿螺母副的選用 2
2.1.3  減速裝置的選用 2
2.1.4  伺服電動(dòng)機(jī)的選用 2
2.1.5  檢測裝置的選用 2
2.2  控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3
2.3  繪制總體方案圖 3
2.4  本章小結(jié) 3
3  機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與設(shè)計(jì) 4
3.1  導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算 4
3.2  銑削力的計(jì)算 4
3.3  直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 4
3.3.1  滑塊承受工作載荷Fmax的計(jì)算及導(dǎo)軌型號的選取 4
3.3.2  距離額定壽命L的計(jì)算 5
3.4  滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 5
3.4.1  最大工作載荷Fm的計(jì)算 5
3.4.2  最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算 5
3.4.3  初選型號 5
3.4.4  傳動(dòng)效率η的計(jì)算 6
3.4.5  剛度的驗(yàn)算 6
3.4.6  壓桿穩(wěn)定性校核 6
3.5  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用 6
3.6  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 7
3.6.1  計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq 7
3.6.2  計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq 7
3.6.3  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 9
3.6.4  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 9
3.7  增量式選轉(zhuǎn)編碼器的選用 10
3.8  繪制進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 11
3.9  本章小結(jié) 11
4  控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 12
4.1  控制系統(tǒng)微控制器的選擇與使用 12
4.1.1  AT89C52單片機(jī)主要性能參數(shù)及功能特性 12
4.1.2  AT89C52單片機(jī)的引腳功能 14
4.1.3  AT89C52單片機(jī)復(fù)位電路 16
4.1.4  AT89C52單片機(jī)振蕩電路 16
4.2  控制系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)與選擇 17
4.2.1  控制系統(tǒng)的電源硬件原理圖 17
4.2.2  隔離電源的選擇 17
4.2.3  控制系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)類型選擇 18
4.2.4  AT89C52及其擴(kuò)展芯片電源設(shè)計(jì) 18
4.2.5  TLP521-1光耦合器輸入端電源設(shè)計(jì) 20
4.3  光電隔離電路設(shè)計(jì) 21
4.3.1  光耦合器的選用 21
4.3.2  TLP521-1光耦合器的主要參數(shù)及工作參數(shù) 21
4.4  開關(guān)量輸入通道電路設(shè)計(jì) 22
4.4.1  開關(guān)量輸入通道總體硬件電路圖 23
4.4.2  開關(guān)量輸入通道電路分析 23
4.5  I/O接口芯片的應(yīng)用電路設(shè)計(jì) 23
4.5.1  74LS373擴(kuò)展8位并行輸出口 23
4.5.2  74LS244擴(kuò)展8位并行輸出口 24
4.5.3  74LS240擴(kuò)展8位并行輸出口 24
4.5.4  8255A可編程并行輸出 24
4.6  步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28
4.6.1  步進(jìn)電機(jī)的工作原理 28
4.6.2  步進(jìn)電機(jī)脈沖分配信號的設(shè)計(jì) 29
4.6.3  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 30
4.6.4  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)電路圖 31
4.7  鍵盤與LED顯示電路設(shè)計(jì) 31
4.7.1  鍵盤電路設(shè)計(jì) 31
4.7.2  顯示電路設(shè)計(jì) 32
4.8  本章小結(jié) 34
5  仿真控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 35
5.1  Proteus簡介 35
5.2  Keil簡介 35
5.3  仿真控制系統(tǒng)硬件原理圖 35
5.4  本章小結(jié) 36
6  控制系統(tǒng)人機(jī)接口軟件設(shè)計(jì) 37
6.1  鍵盤與顯示總程序 37
6.1.1  鍵盤與顯示總程序流程圖 37
6.1.2  鍵盤與顯示總程序原理 37
6.2  顯示程序 37
6.2.1  顯示程序流程圖 37
6.2.2  顯示程序流程圖解釋 37
6.2.3  LED顯示原理 38
6.3  鍵盤掃描程序 39
6.3.1  鍵盤掃描程序流程圖 39
6.3.2  鍵盤掃描程序解釋 39
6.4  本章小結(jié) 39
7  結(jié)論與展望 41
參考文獻(xiàn) 42
附  錄 43
附錄A  人機(jī)界面程序 43
附錄B  外文文獻(xiàn)翻譯原文 47
附錄C  外文文獻(xiàn)翻譯譯文 52
謝  辭 59

摘  要

本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的數(shù)控X-Y工作臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)—總體設(shè)計(jì)，首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)對機(jī)械傳動(dòng)部件進(jìn)行計(jì)算與選型，其次是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選型；由于系統(tǒng)采用的是半閉環(huán)控制，因此機(jī)械系統(tǒng)裝配有增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。
在系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)上，CPU采用的是AT89C52單片機(jī)，通過設(shè)有輸出穩(wěn)定直流電的驅(qū)動(dòng)電源、光電隔離電路、開光量輸入電路等，大大提高了微機(jī)的抗干擾能力，防止微機(jī)受干擾而誤動(dòng)。在外圍電路的設(shè)計(jì)上，使用了可編程控制器8255A、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003、三態(tài)緩沖器74LS240/74LS244、鎖存器74LS373、8位8段共陰極數(shù)碼管等芯片，在外圍電路芯片的選擇上以盡量節(jié)省I/O口、性價(jià)比較高、技術(shù)成熟以及市場上通用芯片為基準(zhǔn)，故控制系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，性能更優(yōu)越。
系統(tǒng)的人機(jī)接口設(shè)計(jì)了一個(gè)四行四列的矩陣式鍵盤作為指令的輸入，和一個(gè)8位8段共陰數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示電路；程序在Keil軟件進(jìn)行編譯和調(diào)試，并在Proteus環(huán)境中實(shí)現(xiàn)程序及電路的仿真。
關(guān)鍵字：步進(jìn)電機(jī) X-Y工作臺 單片機(jī) 微控制器
Design of X-Y NC Worktable Based on Microcontroller
                                ——Overall Design
ABSTRACT

The NC XY table system design is based on the microcomputer, first, calculation and chooses the transmission parts according to the design task, second, the calculation of step motor selection; because the system uses a semi-closed loop control, the mechanical system is equipped with incremental rotary encoder.
In the control circuit design, used an AT89C52 microcontroller for CPU, with stable DC output by the driving power, optical isolation circuit and Switch output circuit and so on. Raise the level of protect their own computer interference. To prevent interference to computer malfunction.In the design of the external circuit, use a programmable controller 8255A, ULN2003 stepper motor driver IC, tri-State buffer 74LS240/74LS244, flip-latch 74LS373, 8-bit Common cathode LED digital tube and some other chips, the choices of the external circuit chip basis on try to save on I/O port, high costly with price lower, mature technology and Universal chip market,so control system circuit is Simple, and Superior performance.
Man-machine interface of the system use a 4*4 Matrix keyboard for command input, and a 8-bit common cathode LED digital tube; program compiler and debug in Keil, and use Proteus environment to achieve in the process and circuit simulation.
Key words: Step-motor  X-Y table  Chip-Single Microcomputer  Microcontroller