石家莊鐵道大學四方學院畢業設計基于單片機的磨床控制系統設計THEDESIGNOFGRINDERCONTROLSYSTEMBASEDONMCU2011屆電氣工程系專業電氣工程及其自動化學號20076275學生姓名安美霞指導老師馬麗完成日期2011年5月25日畢業設計成績單學生姓名安美霞學號20076275班級07104專業電氣工程及其自動化畢業設計題目基于單片機的磨床控制系統設計指導教師姓名馬麗指導教師職稱高級工程師評定成績指導教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績院長主任簽字年月日畢業設計任務書題目基于單片機的磨床控制系統設計學生姓名安美霞學號20076275班級07104專業電氣工程及其自動化承擔指導任務單位電氣工程系導師姓名馬麗導師職稱高級工程師一、主要內容用單片機控制磨刀電機、磨刀進給電機和主軸電機的速度和位置，實現管道磨削的自動控制。二、基本要求1根據要求設計磨床控制系統。2要求系統具有手動和自動兩種工作方式手動工作方式下，要能根據工藝要求實現對磨削厚度的設定，可單獨控制每個電機的啟動、停止和調速；自動方式下，自動加工時能自動實現各個電機啟動、調速和停止，從而實現管道磨削的自動控制。3要求顯示磨刀進給的實際行程、每次的實際進刀量和當前進刀次數。4編寫程序并調試仿真通過。三、主要技術指標1主軸電機為三相籠型異步電動機，由變頻器控制，電機速度和旋轉方向可以通過單片機或旋鈕對變頻器的控制來實現。2磨刀進給電機為三相籠型異步電動機，由變頻器控制，具有快進、快退、慢進、慢退四種速度，通過單片機可以根據工藝要求實現高、低速切換。3磨刀電機為三相籠型異步電動機，不需要調速，通過單片機控制可以實現電機的啟動和停止。4系統有手動和自動兩種工作方式。5需要設置功能鍵和數字鍵來設置參數。6無論哪種工作方式都能顯示磨刀進給的實際行程（99999MM）、每次的實際進刀量（0199MM）和當前進刀次數（19次）。四、應收集的資料及參考文獻1單片微型計算機原理及接口技術高峰科學出版社2電機原理及拖動彭鴻才機械工業出版社五、進度計劃1第1周第2周調研、收集材料，完成開題報告2第3周第5周分析、確定方案3第6周第11周設計系統、編寫單片機程序4第12周第15周撰寫論文5第16周完善論文，答辯教研室主任簽字時間年月日畢業設計開題報告題目基于單片機的磨床控制系統設計學生姓名安美霞學號20076275班級07104專業電氣工程及其自動化一、本課題研究背景十八世紀30年代，為了適應鐘表、自行車、縫紉機和機械等零件淬硬后的加工，英國、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。1876年在巴黎博覽會展出的美國布朗夏普公司制造的萬能外圓磨床，是首次具有現代磨床基本特征的機械。磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，主要類型有外圓磨床、內圓磨床、坐標磨床、無心磨床、平面磨床、砂帶磨床、導軌磨床、工具磨床、多用磨床、專用磨床等。二、國內外研究現狀1900年前后，人造磨料的發展和液壓傳動的應用，對磨床的發展有很大的推動作用。到了1920年前后，無心磨床、雙端面磨床和超精加工機床等相繼制成使用；50年代又出現了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現了砂輪線速度達6080M/S的高速磨床和大切深、緩進給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機的數字控制和適應控制等技術在磨床上得到了廣泛的應用。微處理機的數字控制使磨床的磨削速度具有一致的信號，可以按照指令信號進刀，從程序上就可以控制整個操作流程，具有多功能，高性能，高速度，低功耗的優點。三、研究方案1主軸電機通過單片機控制繼電器，由繼電器的常開觸點分別控制變頻器的正反轉的外部輸入端子，從而實現對電機正反轉的控制，主軸旋轉的速度由電位器進行調節。主軸速度的檢測采用霍爾元件。磨刀進給電機是由單片機控制繼電器，繼電器的常開觸點控制變頻器的外部輸入端子，從而具有快進、快退、慢進和慢退四種速度。磨刀小車的位移采用編碼器進行檢測。磨刀電機采用中間繼電器和接觸器實現對三相異步電動機的控制，從而實現電機的啟動和停止。2數字鍵的設定，采用智能按鍵，即設定三個按鍵，一個作為設定鍵，一個作為數值的設置鍵，一個作為設定數值的移位鍵。數碼顯示采用兩個四位的七段數碼管，采用動態掃描的方法顯示。外擴一片8155芯片來擴展I/O接口。在程序的設計中由于按鍵比較多，因此采用行列矩陣式鍵盤，利用這種行列矩陣式需要N個行線和M個列線，即可組成MN個按鍵的鍵盤。3使用KEILC軟件編寫、調試程序，調試完成后用PROTEUS進行仿真。四、預期達到效果可以實現手動和自動兩種工作方式的切換。手動方式下可以根據工藝要求實現對磨削厚度的設定，單獨控制各個電機的啟動、停止和調速；自動方式下可以實現管道磨削的自動控制。通過設置的功能鍵和數字鍵來設置參數。數碼管可以顯示設定的參數并且顯示加工過程中磨刀進給的實際行程、每次的實際進刀量和當前進刀次數。指導教師簽字時間年月日摘要本課題是以單片機為控制芯片，設計了磨床控制系統。磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。磨床控制系統分為手動方式和自動方式。在手動方式下，可以根據工藝要求設定磨削厚度，單獨控制各個電機；在自動方式下，可以實現管道的自動磨削控制。在設置磨刀進給的總行程、磨刀在低速時的進刀次數和進刀量的數值大小時，采用智能按鍵，即一個按鍵作為數值大小的設定，另一個按鍵作為數值的移位設定鍵，這樣就可以避免設置過多的數值鍵，從而簡化了程序的設計。該系統是以單片機C51語言為基本工具，在KEILVISION4軟件環境下編寫和調試程序，利用PROTEUS軟件進行磨床控制系統的仿真，模擬磨床的操作流程，可以完成手動方式和自動方式的操作，并且可以實現兩種操作方式的切換。關鍵詞單片機磨床智能按鍵C51PROTEUSABSTRACTTHESUBJECTDESIGNSGRINDERCONTROLSYSTEMBASEDONASINGLECHIPMICROCOMPUTER,WHICHISUSEDASTHEMAINCONTROLUSINGABRASIVETOOLS,GRINDERSGRINDTHESURFACEOFTHEWORKPIECEGRINDERCONTROLSYSTEMCONSISTSOFMANUALMODEANDAUTOMATICMODEINMANUALMODE,WECANSETTHETHICKNESSOFTHEWORKPIECEGRINDEDACCORDINGTOTHEDIFFERENTTECHNOLOGICALREQUIREMENTSANDCONTROLTHEMOTORSSEPARATELYINAUTOMATICMODE,ITCANACHIEVEGRINDINGTHEPIPELINEAUTOMATICALLYWHENSETTINGFEEDMOTORDISPLACEMENT,SHARPENINGMOTORFEEDINGTIMESANDFEEDINGVOLUMEATLOWSPEED,WEDESIGNTWOSMARTKEYSONEISUSEDFORCONTROLLINGTHESETTINGVALUESANOTHERISFORMOVINGTHENEXTSETTINGVALUESINTHISWAY,WECANSETUPASFEWVALUEKEYSASPOSSIBLE,WHICHSIMPLIFYTHEDESIGNOFTHEPROGRAMTHISSYSTEMISBASEDONMCUC51LANGUAGEKEILVISION4PLATFORMISUSEDTOPROGRAMANDDEBUGPROTEUSPLATFORMISUSEDTOSIMULATETHEOPERATIONOFTHEGRINDERTHEPROGRAMCANCOMPLETETHEMANUALANDAUTOMATICOPERATIONSANDSWITCHTHETWOOPERATIONSKEYWORDSMCUGRINDERSMARTKEYC51PROTEUS目錄第1章磨床的背景及發展111磨床的背景112磨床的發展1第2章磨床系統的設計要求及方案221磨床系統設計要求222設計方案2第3章系統設計431系統主要組成432單片機芯片4321P0P3輸入/輸出引腳5322控制信號引腳633并行口擴展63318155內部結構及地址分配63328155的命令控制字734電機和變頻器835霍爾元件836編碼器937鍵盤938顯示10第4章電氣接線及原理圖1141電氣接線1142系統原理圖11第5章軟件設計及調試1251軟件設計12511主程序模塊12512LED顯示模塊13513按鍵查詢模塊14514鍵值判斷模塊15515按鍵設定模塊16516磨刀進給小車自動停止模塊18517手動程序模塊19518自動程序模塊20519外部中斷模塊2152軟件調試22第6章系統仿真2361仿真軟件PROTEUS2362程序的調試與仿真23第7章結論與展望24參考文獻25致謝26附錄27附錄A外文資料27附錄B電氣接線圖38附錄C系統原理圖39附錄D程序40第1章磨床的背景及發展11磨床的背景十八世紀30年代，為了適應鐘表、自行車、縫紉機和機械等零件淬硬后的加工，英國、德國和美國分別研制出使用天然磨料砂輪的磨床。這些磨床是在當時現成的機床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的。它們結構簡單，剛度低，磨削時易產生振動，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。1876年在巴黎博覽會展出的美國布朗夏普公司制造的萬能外圓磨床，是首次具有現代磨床基本特征的機械。磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削。大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，主要類型有外圓磨床、內圓磨床、坐標磨床、無心磨床、平面磨床、砂帶磨床、導軌磨床、工具磨床、多用磨床、專用磨床等1。12磨床的發展作為現代制造技術之一，磨床在現代制造領域中占有重要地位。1900年前后，人造磨料的發展和液壓傳動的應用，對磨床的發展有很大的推動作用。隨著近代工業特別是汽車工業的發展，各種不同類型的磨床相繼問世。自動測量裝置于1908年開始應用到磨床上。到了1920年前后，無心磨床、雙端面磨床、輥磨床、導軌磨床，研磨機和超精加工機床等相繼制成使用；50年代又出現了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現了砂輪線速度達6080M/S的高速磨床和大切深、緩進給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機的數字控制和適應控制等技術在磨床上得到了廣泛的應用。微處理機的數字控制使磨床的磨削速度具有一致的信號，可以按照指令信號進刀，方便快捷，從程序上就可以控制整個操作流程，具有多功能，高性能，高速度，低功耗的優點2。數控磨床可以實現多品種的中、小批量生產自動化，可以提高生產效率，減少成本，提高加工精度。自動測量反饋和數字顯示裝置的應用提高了機床自動化程度，節省了輔助時間，減少勞動強度。磨床是金屬切削行業的一個重要分支，隨著工業的發展，對機械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工顯得更加重要。尤其在汽車、電力、船舶、冶金、軍工、航空航天等行業，數控磨床發揮著越來越大的作用。第2章磨床系統的設計要求及方案21磨床系統設計要求（1）用單片機控制磨刀電機、磨床小車電機和主軸電機的速度和位置，實現管道磨削的自動控制，要能根據工藝要求實現對磨削厚度的設定。電機采用三相籠型異步電動機，其中主軸電機由變頻器控制正/反轉和旋轉速度，旋轉速度從0到額定轉速之間可調，用電位器調節；磨刀電機只控制電機的起動和停止，只能單方向旋轉，不用調速；磨刀進給電機由變頻器控制，具有快進、快退、慢進、慢退四種速度。（2）要求系統具有手動和自動兩種工作方式手動工作方式下，可單獨控制每個電機的啟動、停止和調速；自動方式下，自動加工時能自動實現各個電機啟動、調速和停止。（3）需要設置功能鍵和數字鍵來設置參數。磨刀進給總行程，單位MM；設定范圍99999MM。磨刀進給低速時每次進刀量，單位MM；設定范圍0199MM。磨刀進給低速時總進刀次數，單位次；設定范圍19次。用數碼管顯示設定的參數；用數碼管顯示加工過程中磨刀進給的實際行程、每次的實際進刀量、當前進刀次數；用LED指示燈指示各電機工作狀態運行時綠燈亮，否則綠燈滅。（4）編寫程序并調試仿真通過。22設計方案主軸電機是通過單片機控制兩個繼電器，由繼電器的常開觸點分別控制變頻器的正反轉的外部輸入端子，從而實現電機正反轉的控制。主軸旋轉的速度由電位器進行調節，可以實現無級變速。主軸速度的檢測采用霍爾元件，采用外部中斷的方式，中斷N次后主軸轉過一圈，在自動的工作方式下，每次磨刀小車電機停止時啟動進行主軸圈數的檢測。磨刀小車電機是通過單片機控制繼電器，由繼電器的常開觸點控制變頻器的外部輸入端子，從而具有快進、快退、慢進、慢退四種速度。磨刀小車的位移采用編碼器進行檢測，即單片機在固定的時間內對脈沖數進行讀取、累加并轉換成毫米單位后就可以得到磨刀小車的位移。磨刀電機只需控制電機的啟動和停止，單方向的旋轉。采用中間繼電器和接觸器實現對三相異步電動機的控制，從而實現電機的啟動和停止。功能鍵和數字鍵的設定，采用智能按鍵，即設定三個按鍵，一個作為設定鍵，一個作為數值的設置鍵，一個作為設定數值的移位鍵。數值的移位鍵和數值的設定鍵采用外部中斷的方式。數據的顯示采用兩個四位一體的LED數碼管，前四位顯示磨刀進給的實際行程，后四位顯示當前的進刀次數和每次的實際進刀量。進刀次數和進刀量之間采用作為間隔符。為了減少驅動電路，采用動態掃描的方法顯示。由于89C51的I/O口數量有限，所以外擴一片8155芯片來擴展I/O接口。利用外擴的8155I/O口驅動顯示電路。由于在系統設計中按鍵比較多，因此采用行列矩陣式鍵盤，這樣就可以減少鍵盤與單片機接口時所占用的I/O口線的數目。利用這種行列矩陣式需要N個行線和M個列線，即可組成MN個按鍵的鍵盤。采用單片機C51語言,在KEILVISION4軟件環境下進行程序的編寫和調試，采用PROTEUS軟件進行磨床系統的仿真，并觀察仿真結果。第3章系統設計31系統主要組成磨床控制系統主要由單片機、并行口擴展、磨刀電機、磨刀進給電機、主軸電機、變頻器、鍵盤、顯示、霍爾元件、編碼器幾部分組成。系統框圖如圖31所示。圖31系統框圖32單片機芯片單片機作為磨床系統的控制中心，根據磨床系統的控制特點和仿真軟件的類型，選用AT89C51型號的單片機。AT89C51是一個8位的CPU，具有4KROM程序存儲器，128BRAM數據存儲器，可尋址64KB外部數據存儲器和64KB外部程序存儲器的控制電路，兩個16位的定時/計數器，一個可編程全雙工串行接口，5個中斷源、2個優先級嵌套中斷結構，4個8位的并行雙向口，32條可編程的I/O線，各個雙向口的每一位均由鎖存器、輸出驅動器和輸入緩沖組成3。AT89C51芯片引腳如圖32所示。圖32AT89C51引腳圖321P0P3輸入/輸出引腳P0口具有雙重功能（1）可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設備。由于P0為開漏輸出，在作為通用I/O使用時，需要在外部接上拉電阻；（2）在有外接存儲器和I/O接口時常作為低八位地址/數據總線，即低八位地址與數據分時使用P0口。此時低八位地址由ALE信號的下跳沿使它鎖存到外部地址鎖存器中，傳送數據信息4。P1口具有單一的接口功能，P1口的每一位都可以作為可編程的輸入或輸出口線。P2口具有雙重功能（1）作為輸入口或輸出口使用，外接輸入/輸出設備；（2）在有外接存儲器和I/O接口時，作為系統地址總線，輸出高八位地址，與P0口的低八位地址一起組成16位地址總線。P3口為雙重功能口（1）可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設備；（2）作為第二功能使用時，每一位的定義如表33所示。表33P3口的第二功能P3口各位第二功能P30RXD（串行輸入）P31TXD（串行輸出）P32（外部中斷0輸入）INTP33（外部中斷1輸入）P34T0（定時器0外部計數器脈沖輸入）P35T1（定時器1外部計數器脈沖輸入）P36（外部數據存儲器讀選通信號）RDP37（外部數據存儲器寫選通信號）W322控制信號引腳ALE地址鎖存允許線，配合P0口引腳的第二功能使用。片外存儲器訪問選擇線，可以控制使用片內ROM還是片外ROM。等于EA1，則允許使用片外ROM；等于0，則只使用片外ROM。片外ROM選通線，在訪問片外ROM時，系統自動產生一個負脈沖，PSN作為片外ROM芯片的讀選通信號。RST復位線，可以使89C51處于復位工作狀態。通常89C51有自動復位和人工按鍵復位兩種。33并行口擴展用8155芯片擴展并行接口。8155片內具有256字節的靜態RAM，2個8位、1個6位的可編程并行I/O接口，1個14位的減法計數器，以及一個地址鎖存器5。3318155內部結構及地址分配圖348155內部結構圖8155內部結構圖如圖34所示，AD0AD7為三態地址/數據線，可以與89C51單片機總線直接相連。由于8155片內有地址鎖存器，由總線送來的地址信號在地址鎖存允許信號ALE下降沿予以鎖存。256字節靜態RAM14位定時計數器ABCAD07ALERESTTIMERINIOUTA口PA0P7PB0P7PC0P5VC5VSGNDB口C口IO/MCWRRD8155PA和PB口為8位并行I/O口，PC口為6位并行I/O口。PA、PB口可以工作于基本的I/O方式和選通I/O方式，而PC口只能工作在基本的I/O方式。當PA或PB口工作在選通I/O方式時，PC口部分或全部口用作PA或PB口的聯絡信號。TIMERIN為片內定時/計數器的輸入時鐘信號。TIMEROUT為計數器計滿回零后的輸出信號。RESET為復位信號，高電平有效，復位后各端口處于基本的輸入輸出狀態。為端口/存儲器的選擇信號。8155地址分配如表35所示。當MIO為1時，片內端口及定時/計數器的地址由AD0AD2編碼確定。當為I/MI/O0時，選中片內RAM00HFFH256個單元。和用來讀寫片內RAM和實RDW現數據由I/O端口輸入/輸出操作信號5。表358155地址分配I/OAD0AD1AD2000命令/狀態口001PA口010PB口011PC口100TIME低八位1（I/O口）101TIME高八位0存儲器AD0AD700HFFH內部RAM3328155的命令控制字8155的命令控制字包含對定時器/計數器、并行口和中斷控制，其命令控制字格式如表36所示。表368155命令控制字格式TM2TM1IEBIEAPPPBPATMER工作方式B口中斷允/禁A口中斷允/禁I/O端口的工作方式B口I/OA口I/OPA、PB分別用來選擇A口和B口是輸入還是輸出置1，選擇輸出方式；置0，選擇輸入方式。IEA、IEB分別用來選擇A口和B口是允許中斷還是禁止中斷置1，選擇允許中斷；置0，選擇禁止中斷。P、P用來選擇并行口的工作方式，并行口的工作方式如表37所示。表37并行口工作方式PP工作方式00PA、PB為基本的I/O方式，PC為輸入方式11PA、PB為基本的I/O方式，PC為輸出方式01PA、PB為基本的I/O方式，PC為選通I/O方式，PC2PC0為A口聯絡信號10PA、PB為選通I/O方式，PC為聯絡信號34電機和變頻器磨床系統電氣部分主要包括一個主軸電機、一個磨刀電機、一個磨刀進給電機。根據系統要求電機全部選用三相籠型異步電動機。變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電，能實現對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因素、過流/過壓/過載保護等功能6。在系統的設計中選用兩個變頻器，一個變頻器采用外部控制的方式控制主軸電機的正/反轉，用電位器調節旋轉速度,從0到額定轉速之間可調；另一個變頻器采用外部控制的方式，控制磨刀進給電機。變頻器選擇三菱FRA540型變頻器。變頻器外部接線端子如圖38所示7。圖38變頻器外部接線端子35霍爾元件霍爾元件是一種磁敏元件，利用霍爾效應制成的半導體，多用于電機轉速的測量。使用霍爾元件檢測主軸轉過的圈數，主軸每轉過一轉，產生N個脈沖，當單片機每檢測到N個脈沖，就可以認為主軸轉過一轉。霍爾元件結構比較簡單，它由霍爾片、4根引線和殼體組成。霍爾片是一塊矩形半導體單晶薄片，在長度上焊有兩根控制電流端引線A和B。它們在薄片上的焊點稱為激勵電極，在薄片的兩側端面的中央以點的形式對稱焊接C和D兩根引出線，RSTSTFSTRHRL正轉反轉高速低速頻率設定電位器MFRA540UVW三相電源CM它們在薄片上的焊點稱為霍爾電極。霍爾效應是指當載流導體處于與電流相垂直的磁場時，在其兩端產生電位差，這一現象稱為霍爾效應。霍爾效應的產生是由于運動電荷受磁場中洛侖茲力的作用。使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，在轉軸的圓周上粘上磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。在圓周上粘上一粒磁鋼，可以實現旋轉一周，獲得一個脈沖輸出。因此根據脈沖數目，就可以檢測主軸轉過的圈數。36編碼器編碼器是將機械轉動的位移轉換成數字信號式的傳感器，在測量方面應用廣泛，具有精度高，分辨率高，可靠性高的特點。使用編碼器進行檢測磨刀進給小車行程，磨刀進給小車每前進/后退1MM對應M個脈沖。程序處理上，單片機在固定時間對脈沖數進行讀取、累加并轉換成毫米單位后就可以得到磨刀進給小車的行程。在程序仿真時，設定脈沖當量為02MM/MP，即一個脈沖對應02MM。編碼器從結構上分碼盤式和增量式，在測量中采用的是增量式編碼器。增量式光電編碼器是碼盤隨位置的變化輸出一系列的脈沖信號，然后根據位置變化的方向用計數器對脈沖進行加/減計數，以此達到位置檢測的目的。它是由光源、透鏡、主光柵碼盤、鑒向盤、光敏元件和電子線路組成。增量式光電編碼器的工作原理是由旋轉軸轉動帶動在徑向有均勻窄縫的主光柵碼盤旋轉，在主光柵碼盤的上面有與其平行的鑒向盤，在鑒向盤上有兩條彼此錯開90相位的窄縫，并分別由光敏二極管接收主光柵碼盤透過來的信號。工作時，鑒向盤不動，主光柵碼盤隨轉子旋轉，光源經透鏡平行射向主光柵碼盤，通過主光柵碼盤和鑒向盤后由光敏二極管接收相位差90的近似正弦信號，再由邏輯電路形成轉向信號和計數脈沖信號。為了獲得絕對位置角，在增量式光電編碼器有零位脈沖，即主光柵每旋轉一周，輸出一個零位脈沖，使位置角清零8。37鍵盤鍵盤是單片機應用系統最常用的輸入設備，操作人員可以通過鍵盤向單片機系統輸入指令、地址、數據，實現簡單的人機通訊。在磨床控制系統中，由于獨立按鍵比較多，為了避免占用太多的I/O口線，把按鍵做成鍵盤，鍵盤排列成行列矩陣式。每一個行線和列線的交叉處不相通，是通過一個按鍵連通的。行線由單片機的P10P13控制，列線由單片機的P14P16控制，組成43的12個按鍵的鍵盤。由于AT89C51單片機的P1口在內部有上拉電阻，因此外部的上拉電阻可省略。38顯示系統的顯示模塊采用LED數碼管顯示。LED數碼管選用共陽極數碼管，即陰極接低電平的發光二極管就可以導通點亮，接高電平的不亮。數碼管的顯示需要兩組信號控制，一組是字段輸出口的字形代碼，用來控制顯示的字形；另一組是位輸出口的控制信號，用來選擇第幾個數碼管顯示，稱為位選。數碼管的位選和段選由擴展的并行接口8155芯片控制。數碼管的顯示采用動態掃描的方法。動態掃描是單片機系統中應用最為廣泛的一種顯示方式。輪流選通數碼管的公共端，使各個數碼管輪流點亮。這種方式不但能提高數碼管的發光效率，而且由于各個數碼管的字段線是并聯使用的，從而可以簡化硬件電路圖。在輪流點亮的過程中，每個數碼管點亮的時間是極為短暫的（約1MS），但由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各個數碼管并非同時點亮，但只要掃描速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據。當顯示完一位后，開始顯示下一位時，需要將數碼管的位選關閉，不然同時選通幾個數碼管，就會出現亂碼顯示9。第4章電氣接線及原理圖41電氣接線電氣接線圖見附錄B，變頻器的外部接線說明如表41所示。表41變頻器的外部接線繼電器常開觸點變頻器的外部端子功能KA1STF（變頻器1正轉端子）控制主軸電機的正轉KA2STR（變頻器1反轉端子）控制主軸電機的反轉KA3STF（變頻器2正轉端子）控制磨刀進給電機的正轉KA4STR（變頻器2反轉端子）控制磨刀進給電機的反轉KA5RH（變頻器2高速端子）控制磨刀進給電機的加速KA6RL（變頻器2低速端子）控制磨刀進給電機的減速42系統原理圖系統原理圖見附錄C，89C51和8155的I/O分配說明如表42所示。表4289C51和8155I/O分配89C51I/O口控制功能8155I/O口控制功能P10P13鍵盤的行線PA0PA7位選控制P14P16鍵盤的列線PB0PB7段選控制P00P07連接8155AD0AD7PC0控制繼電器KA1P30控制繼電器KA7PC1控制繼電器KA2P31手動方式標志PC2控制繼電器KA3P32/INT0外接中斷脈沖PC3控制繼電器KA4P33/1外接中斷脈沖PC4控制繼電器KA5P34/T0外接磨刀進給電機的脈沖PC5控制繼電器KA6P35/T1外接主軸電機的脈沖第5章軟件設計及調試51軟件設計本系統的軟件主要包括主程序模塊、自動程序模塊、手動程序模塊、LED顯示模塊、外部中斷模塊、按鍵查詢模塊、鍵值判斷模塊、按鍵設定模塊、磨刀進給電機的自動停止模塊。程序見附錄D。511主程序模塊圖51主程序流程圖主程序流程圖如圖51所示。進入主程序后調用顯示模塊和按鍵掃描模塊，然后進行按鍵的判斷，如果是手動按鍵，就調用手動程序。如果不是手動按鍵，判斷調用顯示模塊是自動按鍵或自動標志為1嗎設定成功嗎調用自動程序開始按鍵掃描是手動按鍵嗎調用手動程序YYYNNN是不是自動按鍵或者自動標志是否為1，如果滿足條件，就調用自動程序。如果不滿足條件，就返回繼續掃描按鍵。512LED顯示模塊圖52顯示程序流程圖磨刀進給的總行程、磨刀進給低速時每次進刀量、磨刀進給低速時進刀次數通過LED數碼管顯示。顯示程序流程圖如圖52所示。開始閃爍標志置1嗎初始化顯示參數取顯示數據輸出段碼是當前顯示位閃爍嗎進入閃爍的設定輸出位選通信號指向下一顯示數據延時關閉所有位顯示8位數據顯示完嗎YYYNNN返回在進行磨刀進給的總行程、磨刀進給低速時每次進刀量、磨刀進給低速時進刀次數的設定時，為了方便觀察數值的設定變化，采用閃爍的方式，即當前設定的數值閃爍。設定閃爍變量SET1，如果變量SET1等于0則顯示的數據不閃爍，變量SET1等于1則當前設定的數值閃爍。采用延時的方法，進行數碼管的選通和關閉。這樣就可以實現當前設定數值的閃爍。對于磨刀進給的總行程、磨刀進給低速時每次進刀量的數據顯示帶小數位，只要讓查表所得的段碼值再與上0X7F，就可以點亮相應的小數位。磨刀進給低速時每次進刀量、磨刀進給低速時進刀次數之間使用間隔符，共陽極的段碼為0XBF。設定顯示的數據依次從左到右為磨刀進給的總行程、磨刀進給低速時進刀次數、磨刀進給低速時每次進刀量。在其他方式下，顯示的數據表示當前磨刀進給的總行程，當前的進刀次數和當前的進刀量。513按鍵查詢模塊鍵盤掃描流程圖如圖53所示。程序中首先進行行掃描，在P1口輸出0X0F，讀入P1口的狀態，進行TEMPTEMP/手動標志SBITP3_0P30/定義位變量作為磨刀啟動/停止的控制位/各個變量的定義/UNSIGNEDCHARKEY,AUT,CLEAR,JINDAO,QUANSHU,STAT,SUCCESUNSIGNEDCHARZUOYI,CNT,XIATIAO,SET,SET1,IUNSIGNEDCHARS1,S2,SS1,SS2UNSIGNEDINTS0,SS0,SS3,S3,S,N,SEND,S5,S90,MUNSIGNEDCHARZHU,ZHUF,KJIN,MJIN,KTUI,MTUI,MO,TE/TE作為PC8155輸出的中間變量；FLOATMP/脈沖當量UNSIGNEDCHARLEDMAP0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90/數碼顯示表UNSIGNEDCHARLEDEND80,4,7,0,0,0,0,0/絕對位移UNSIGNEDCHARLED8/顯示緩沖/延時子程序/VOIDDELAYUNSIGNEDCHARMSUNSIGNEDCHARKWHILEMSFORK0K4|0XF0IFTEMP1/第一列，鍵值0KEYKEY0ELSEIFTEMP2/第二列，鍵值4KEYKEY4ELSEIFTEMP4/第三列，鍵值8KEYKEY8ELSEKEY16/無按鍵則KEY置初值16/按鍵掃描/VOIDKEY_DOWNP10XF0/列線口輸出高電平，行線口輸出低電平IFP10XF0/讀P1口，如果不等于0XF0說明有鍵按下KEYSCAN/調用按鍵掃描WHILEP10XF0/等待按鍵的釋放/數據處理程序/VOIDSHUJULED0S0/1000/取S0第一位整數，存到LED0中LED1S01000/100/取S0第二位整數，存到LED1中LED2S01000100/10/取S0第三位整數，存到LED2中LED3S0100010010/取S0第四位整數，存到LED3中LED4S1/取S1第一位整數，存到LED4中LED6S2/10/取S2第一位整數，存到LED6中LED7S210/取S2第一位整數，存到LED7中/外部中斷程序/VOIDZUOVOIDINTERRUPT0USING0/外部中斷0左移脈沖ZUOYIIFZUOYI8ZUOYI0VOIDXIAVOIDINTERRUPT2USING0/外部中斷1下調位移脈沖XIATIAOVOIDJINJIVOIDINTERRUPT1USING0/計數器T0中斷磨刀進給脈沖CNTSINTCNTMP10VOIDQUANVOIDINTERRUPT3USING0/計數器T1中斷主軸圈數的檢測/QUANSHU/鍵值判斷程序/VOIDPANDUANWHILE1COM81550X0FIFKEY2/設定鍵鍵值/IFTE0X3F/判斷電機是否停止轉動SUCCES0/重新進入設定則設定成功標志置0SET1KEY16BREAKIFKEY1/清零鍵鍵值/IFKJIN1|MJIN1|MTUI1|MTUI1/只有進給正反轉停止，才可以清零KEY16BREAKELSECLE