1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：車床橫刀架進(jìn)給數(shù)控改造校區(qū)(函授站)：專 業(yè)：機(jī)電一體化班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：導(dǎo)師姓名： 起止時(shí)間：畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職稱 教授 校區(qū)(函授站) 專業(yè) 機(jī)電一體化 題目 車床橫刀架進(jìn)給數(shù)控改造 任務(wù)與要求1完成一臺(tái)機(jī)床工作臺(tái)的數(shù)控改造；要求工作臺(tái)能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位(或連續(xù))控制；2改造部分進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個(gè)坐標(biāo)軸的機(jī)械裝配圖一張（a1）；3計(jì)算機(jī)i/o接口、驅(qū)動(dòng)電路等電路原理設(shè)計(jì)圖一張（a1）；4設(shè)計(jì)說明書8000字左右（前言，控制系統(tǒng)總體方案的分析及框圖，機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說明，硬件電路設(shè)計(jì)說明，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，結(jié)束語，參考文獻(xiàn)，后記，附錄）；5

2、選步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，脈沖當(dāng)量取0.01mm/step；6旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的轉(zhuǎn)換用滾動(dòng)絲杠；7. 能用鍵盤輸入命令，控制工作臺(tái)；能實(shí)時(shí)顯示工作臺(tái)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)位置；有超越邊界報(bào)警，并停止運(yùn)動(dòng)。原始數(shù)據(jù)：1. 工作臺(tái)（或刀架）重g=155 n；2工作臺(tái)行程l=0300mm；3工作臺(tái)最大移動(dòng)速度vmax=3m/min； 工作臺(tái)工作進(jìn)給速度vmax=1m/min；4切削分力：fx= 340n，fy=950n，fz=1390 n；5工作臺(tái)尺寸：300550mm2；6各傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)壽命1500048000h。開始日期 完成日期 目 錄緒論 1第一章總體設(shè)計(jì)方案的擬訂31-1 總體方案確定 31-2 數(shù)控工作臺(tái)及其控

3、制系統(tǒng) 4第二章 車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 52-1 脈沖當(dāng)量的選擇 52-2 切削力的計(jì)算 52-3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 62-4 齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算142-5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型15第三章 車床微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)203-1 單片機(jī)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)內(nèi)容203-2 mcs-51 系列單片機(jī)簡(jiǎn)介213-3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)283-4 i/o 接口電路及輔助電路設(shè)計(jì)373-5 典型零件加工程序設(shè)計(jì)46參考文獻(xiàn)50致謝51緒 論隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型，普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)、

4、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床最早是從美國(guó)開始研制的。1948年，美國(guó)帕森斯公司在研制加工直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。并于1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進(jìn)和自動(dòng)編程研究，于1955年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到20世紀(jì)50年代末，由于價(jià)格和技

5、術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價(jià)格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展自1952年，美國(guó)研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測(cè)量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的nc系統(tǒng)。第三代數(shù)控：從1965年

6、開始采用小、中規(guī)模集成電路的nc系統(tǒng)。第四代數(shù)控：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。目前，第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，具有很強(qiáng)的程序存儲(chǔ)能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價(jià)格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。近年來，微電子和

7、計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。所有這些高級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)。三、我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況我國(guó)從1958年由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等首先研制數(shù)控機(jī)床，并試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。從1965年開始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到60年代末和70年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機(jī)等獲得成功。與此同時(shí)，還開展了數(shù)控加工平面零件自動(dòng)編程的研究。1972-1979年是數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和使用階段。例如：清華大學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車、銑、

8、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降臺(tái)銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。從80年代初開始，隨著我國(guó)開放政策的實(shí)施，先后從日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國(guó)ge公司的mtc-1數(shù)控系統(tǒng)等。在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開發(fā)出bso3經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和bso4全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部706所研制出mnc864數(shù)控系統(tǒng)等。進(jìn)而推動(dòng)了我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國(guó)數(shù)控機(jī)床在品種上、性能上以及水平上均有了新的飛躍。我國(guó)的數(shù)控機(jī)床已跨入一個(gè)新的發(fā)展階段。四、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平看，高精度

9、、高速度、高柔性、多功能和高自動(dòng)化是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單臺(tái)主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動(dòng)化程度，還要求具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的fancu，德國(guó)的siemens和美國(guó)的a-b公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微機(jī)處理機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到1mb以上，機(jī)床分辨率可達(dá)0.1微米，高速進(jìn)給可達(dá)100m/min,控制軸數(shù)可達(dá)16個(gè)，并采用先進(jìn)的電裝工藝。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動(dòng)已由模擬式向數(shù)

10、字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。五、數(shù)控機(jī)床改造的意義數(shù)控機(jī)床改造在國(guó)外已發(fā)展成一個(gè)新興的工業(yè)部門，早在60年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)和生產(chǎn)上的原因。我國(guó)是擁有300多萬臺(tái)機(jī)床的國(guó)家。而這些機(jī)床又大多是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，不論資金和我國(guó)機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將我國(guó)現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改裝，是我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的課題。用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床，正是適應(yīng)了這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)

11、床改造中引入微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，同時(shí)，在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動(dòng)化改裝方案，有較大的通用性與可調(diào)性。而且所投入的改造費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能數(shù)控裝置的1/3至1/5，用戶承擔(dān)的起。從若干單位成功應(yīng)用的實(shí)例可以證明，投入使用后，確實(shí)成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國(guó)提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。同時(shí)，它還可以作為全功能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為今后使用全功能數(shù)控機(jī)床，培養(yǎng)人才，積累維護(hù)、使用經(jīng)驗(yàn)，而且也是實(shí)現(xiàn)

12、我國(guó)傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)朝機(jī)電一體化的方向過渡的主要內(nèi)容之一。第一章 車床微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國(guó)力的強(qiáng)弱。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應(yīng)包括以下內(nèi)容：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出數(shù)個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析、比較和論證，最后確定一個(gè)可行的總體方案。1-1 總體方案確定一、系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順、逆圓插補(bǔ)、暫停、循

13、環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，由于在銑削加工中，要求工作臺(tái)或刀具沿各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)有確定的函數(shù)關(guān)系，即刀具以給定的速率相對(duì)于工件沿加工路徑運(yùn)動(dòng)，所以不能選用點(diǎn)位系統(tǒng)，因?yàn)辄c(diǎn)位控制系統(tǒng)要求工件相對(duì)于刀具移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削。因此，應(yīng)選用連續(xù)控制系統(tǒng)。x52k型銑床改造屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，加工精度要求不高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)，因閉環(huán)控制系統(tǒng)適用于精度要求較高的機(jī)床設(shè)計(jì)，且閉環(huán)控制系統(tǒng)的造價(jià)昂貴。二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于mcs-51系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)，因此采用mcs-51系列的80

14、31單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、i/o接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。三、機(jī)械傳動(dòng)方式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副以及滾動(dòng)導(dǎo)軌。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的消隙齒輪結(jié)構(gòu)。第二章 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載、確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣量計(jì)算，空載起動(dòng)及切削力計(jì)算，確

15、定伺服電機(jī)，傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及選用，繪制機(jī)械部分裝配圖及零件工作圖。現(xiàn)分述如下：2-1 系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的選擇任務(wù)給定：脈沖當(dāng)量取0.01mm/step2-2 計(jì)算切削力任務(wù)給定：切削分力：fx= 340n，fy=950n，fz=1390 n2-3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定之后，再計(jì)算和確定其他技術(shù)參數(shù)，包括：公稱直徑d0（絲杠外徑d）、導(dǎo)程l0、滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)k、精度等級(jí)等。滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。如參考書1中的圖4-4所示。我們?cè)诖诉x用

16、螺旋槽式外循環(huán)：在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔，同螺母的螺紋滾道相切，形成滾珠返回通道。為防止?jié)L珠脫落，螺旋槽用鋼套蓋住。在通孔口設(shè)有擋珠器，引導(dǎo)滾珠進(jìn)入通孔。擋珠器用圓鋼彎成弧形桿，并焊上螺栓，用螺帽固定在螺母上。它的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，螺母外徑尺寸較小。缺點(diǎn)是：螺旋槽同通孔不易連接準(zhǔn)確，擋珠器鋼性差、耐磨性差。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等。本設(shè)計(jì)采用雙螺母螺紋式預(yù)緊結(jié)構(gòu)，它通過調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較緊湊，工作可靠，滾道磨損時(shí)可隨時(shí)調(diào)整，預(yù)緊量不很準(zhǔn)確，應(yīng)用較普遍。一、縱

17、向進(jìn)給絲杠1.計(jì)算進(jìn)給率引力(n)作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)部件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。計(jì)算進(jìn)給牽引力fm(n)橫向?qū)к墳檠辔残危?jì)算：f=kfx+f(fz+2fy+g)fx= 340n，fy=950n，fz=1390 n；k=1.4 =0.2 g=155 nf=1.4*340+0.2(1390+2*950+155)=1165n式中 考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù),綜合導(dǎo)軌取k=1.4 -滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù):0.2;-溜板及刀架重力: =155 n.作用在珠絲杠滾上的進(jìn)給牽引力為1165n2.計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載利用滾珠絲杠副

18、的直徑d0時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載c，可以用下式計(jì)算： = = 式中 -滾珠絲杠導(dǎo)程,初選=6; -最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的(),此處=0.5m/min -使用壽命,按15000h; -運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取=1.5; -壽命，以10轉(zhuǎn)為1個(gè)單位。將數(shù)據(jù)分別帶入上式得： =50r/min=45=1.21165=4916 n 3.選擇滾珠絲杠螺母副從附錄表中查出, wl2005 列2.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副,額定動(dòng)載荷為8800 n,可滿足要求，選

19、定精度為3級(jí).4. 傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：=式中 螺旋升角, wl2005 =433-摩擦角取10將各數(shù)據(jù)帶入上式得：=0.9655.剛度驗(yàn)算橫向進(jìn)給絲杠支承方式如圖2-2所示，最大牽引力為1165 n，支承間距=450，因絲杠長(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊，螺母及軸承預(yù)緊。 圖2-2計(jì)算如下：（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量（）查圖4-6，根據(jù)=1165n,=20,查出=4.210,可算出=4.210450=1.8910(2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量查圖4-7 =8.5因進(jìn)行了預(yù)緊 =8.5=4.25(3) 支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形采用8120推力球軸承,考慮到進(jìn)行了預(yù)緊,故綜

20、合以上幾項(xiàng)變形之和:顯然此變形量已大于定位精度的要求,應(yīng)該采取響應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì),因橫向溜板空間的限制,不宜再加大滾珠絲杠的直徑,估采用貼塑導(dǎo)軌見效摩擦力,從而減小最大牽引力.重新計(jì)算如下: 從圖4-6查出當(dāng)時(shí),和不變,則,定位精度為,估此變形量仍不能滿足,如果將滾珠絲杠再經(jīng)過預(yù)拉伸,剛度還可提高四倍,則變形量可控制在要求的范圍之內(nèi).6.穩(wěn)定性校核計(jì)算臨界負(fù)載 =式中 -材料彈性模量,鋼: =20.610 n/;-截面慣性矩()絲杠: =,為絲杠內(nèi)徑;-絲杠兩支承端距離();-絲杠支承方式系數(shù),從表4-13中查出，一端固定,一端簡(jiǎn)支=2.00 =1.6788=0.3899=78214 n=67

21、.7(一般=2.54)此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。三、 橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)。其幾何參數(shù)如下:名稱 符號(hào) 公式 公稱直徑 20導(dǎo)程 5接觸角 433鋼球直徑() 3.175滾道法面半徑 1.651偏心距 0.045螺紋升角 433螺桿外徑 19.4螺桿內(nèi)徑 16.78螺桿紋接觸直徑 16.835螺母螺紋直徑 23.212螺母內(nèi)徑 20.6352-4 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算1.傳動(dòng)比計(jì)算已確定脈沖當(dāng)量=0.01滾珠絲杠導(dǎo)程=6，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75。可計(jì)算出傳動(dòng)比 =0.8可選定齒輪齒數(shù)為: =或因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)取2。2-5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，必須首先根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖計(jì)

22、算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，分別計(jì)算各種工況下所需的等效力矩，在根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)、運(yùn)行矩頻特性選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。一、步進(jìn)電機(jī)計(jì)算1.等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的慣量（）可由下式計(jì)算： =+式中 -步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）;、-齒輪、的傳動(dòng)慣量（）;-滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）。參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150bf，起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=10。 =0.7810=0.78106.42=2.62=0.7810=0.78*1082=6.39=0.78104150=29.952=155 n代入上式： =+=10+2.62+=36.474考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)

23、系統(tǒng)慣量匹配問題 /=10/36.474=0.274基本滿足匹配的要求。2.電機(jī)力矩的計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面按個(gè)階段計(jì)算：（1） 快速空載起動(dòng)力矩起 。在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 起 =+ =10= =將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。 =500 。起動(dòng)加速時(shí)間 =30 =36.47410=636.6 n折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： = =94 n附加摩擦力矩： = =805.30.19=153 n上述三項(xiàng)合計(jì)：起 =+ =636.6+94+153=881.5 n（2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩快 快=+=94+153=247 n（3）最大切削負(fù)

24、載時(shí)所需力矩切 切=+=+ =94+153+=94+153+127.96 =375 n從上面的計(jì)算可以看出，起、快和切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以次作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，=0.951。最大靜力矩=881.5/0.951=927 n 。按此最大靜轉(zhuǎn)距從表查出，型最大靜轉(zhuǎn)距為13.72 n 。大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，可作為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)距頻特性和運(yùn)行距頻特性。3.計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率 =5000 hz=1000 hz從表中查出 型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2800 hz運(yùn)行頻率為8000 hz ，

25、 130bf001步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線如圖2-3，2-4所示，可以看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500hz時(shí)，m=100，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（881.5）直接使用將會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率將到1000hz時(shí)，起動(dòng)力矩可增到588.4，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可以將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，130bf001型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性（圖2-4）完全可以滿足要求。第三章 車床微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3-1 單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容當(dāng)前，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中廣泛采用美

26、國(guó)intel 公司的mcs-51系列單片計(jì)算機(jī)，因此本章著重介紹用mcs-51系列單片微機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，方法及步驟。單片微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)包括以下幾部分內(nèi)容：一、繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。車床硬件電路由以下五部分組成。1.主控制器，即中央處理單元cpu2.總線，包括數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線。3.存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4.接口，即i/o輸入/輸出接

27、口電路。5.外圍設(shè)備，如鍵盤，顯示器及光電輸入機(jī)等。見圖3-1ramrom cpu光電隔離功 率放大器i/o接口步進(jìn)電機(jī) 外 設(shè)鍵盤，顯示器及其他 圖3-1 ca6140車數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖（開環(huán)系統(tǒng)）二、選擇中央處理單元cpu的類型在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，cpu的選型應(yīng)考慮以下因素：1.時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，這個(gè)指標(biāo)將控制數(shù)據(jù)處理的速度。2.可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（包括rom和ram）的容量。3.指令系統(tǒng)功能，影響編程的靈活性。4.i/o擴(kuò)展的能力，即對(duì)外設(shè)控制的能力。5.開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路。此外還要考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求。目前在經(jīng)濟(jì)

28、型數(shù)控機(jī)床中，推薦使用mcs-51系列單片微機(jī)作為主控制器。三、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)應(yīng)該包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，要考慮cpu與eprom時(shí)序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量等問題。在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中還應(yīng)該包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)。四、i/o即輸入/輸出接口電路設(shè)計(jì)應(yīng)包括接口芯片的選擇，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤顯示電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)（例如復(fù)位電路，越界報(bào)警電路，掉電保護(hù)電路等）。此外，不同的數(shù)控系統(tǒng)還要求配備不同的外設(shè)，這些部分的電路設(shè)計(jì)也應(yīng)包括。3-2 mcs-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介mcs-51系列單片微機(jī)是美

29、國(guó)intel公司在mcs-48系列單片微機(jī)基礎(chǔ)上推出的產(chǎn)品，于1980年問世，它的集成度很高，是集片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)輸入/輸出部件和cpu于一體的優(yōu)良的單片機(jī)系統(tǒng)，在我國(guó)已廣泛地應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。mcs-51系列單片機(jī)主要有三種型號(hào)的產(chǎn)品：8031、8051和8751。三種型號(hào)的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少數(shù)差異。8751具有片內(nèi)eprom,但價(jià)格是8051的1015倍，所以適合于開發(fā)樣機(jī)，小批量生產(chǎn)和需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步完善的場(chǎng)合。8051的eprom程序是intel公司制作芯片時(shí)為用戶置備的，因此在國(guó)內(nèi)很難采用8051型芯片。而8031片內(nèi)無rom，適用于需擴(kuò)展rom，可在現(xiàn)場(chǎng)修改和更新

30、程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)合，其價(jià)格低，使用靈活，非常適合在我國(guó)使用。因此選用8031芯片一、 8031單片機(jī)的基本特征8031單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：1具有功能很強(qiáng)的8位中央處理單元（cpu）。2片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生器（6或12mhz）、每執(zhí)行一條指令時(shí)間為2或1。3片內(nèi)具有128字節(jié)ram。4具有21個(gè)特殊寄存器。5可擴(kuò)展64k字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64k字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器。6具有4個(gè)i/o口，32根i/o線。7具有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。8具有5個(gè)中斷源，配備2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。9具有一個(gè)全雙工串行接口。10具有位尋址能力，適用邏輯運(yùn)算。從上述特性可以看出，一塊8031的功能幾乎相當(dāng)于一塊z80cpu、一

31、塊ram，一塊z80ctc、兩塊z80pio和一塊z80sio所組成的微機(jī)系統(tǒng)。可以看出這種芯片集成度高，功能強(qiáng)，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。二、 8031芯片引腳及其功能8031芯片具有40根引腳，其引腳圖如圖3-2所示40根引腳按其功能可分為四類：1. 電源線2根 vcc：編程和正常操作時(shí)的電源電壓，接+5v。vss：地電平。2. 晶振：2根xtal1：振蕩器的反相放大器輸入。使用外部震蕩器是必須接地。xtal2：振蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)用于輸入外部振蕩信號(hào)。圖3-2 8031芯片引腳及功能圖3. i/o口共有p0、p1、p2、

32、p3四個(gè)8位口，32根i/o線，其功能如下：（1）p0.0p0.7 （ad0ad7）是i/o端口o的引腳，端口o是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o端口。在存取外部存儲(chǔ)器時(shí)，該端口分時(shí)地用作低8位的地址線和8位雙向的數(shù)據(jù)端口。（在此時(shí)內(nèi)部上拉電阻有效）（2）p1.0p1.7端口1的引腳，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o通道，專供用戶使用。（3）p2.0p2.7 （a8a15）端口2的引腳。端口2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址a8a15（4）p3.0p3.7端口3的引腳。端口3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o端口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義第一i/

33、o口功能或第二i/o口功能。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)與操作與p1口完全相同，第二功能如下示：口引腳 第二功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 （外部中斷）p3.3 （外部中斷）p3.4 t0（定時(shí)器0外部輸入）p3.5 t1（定時(shí)器1外部輸入）p3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）由上面看出，單片機(jī)和z80單板機(jī)不同，不是將地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線分開，而是地址線、數(shù)據(jù)線和部分控制均由i/o口完成。4控制線（1）：程序存儲(chǔ)器的使能引腳，是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。從外部程序存儲(chǔ)器取數(shù)時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)二次

34、有效。（2）：ea為高電平時(shí)，cpu執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。ea為低電平時(shí)，cpu僅執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令。因8031芯片沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，故ea必須接地。vpp是在8751eprom編程時(shí)+21v的編程電源輸入端。（3）：ale是地址鎖存使能信號(hào)。作為地址鎖存允許時(shí)高電平有效。因?yàn)閜0端口是分時(shí)傳送數(shù)據(jù)和8位地址。故訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale信號(hào)鎖存低8位地址。即使在不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，也以1/6振蕩頻率的固定頻率產(chǎn)生ale，因此可以用它作為外部的時(shí)鐘信號(hào)。ale主要是提供一個(gè)定時(shí)信號(hào)，在從外部程序存儲(chǔ)器取令時(shí)，把p0口的低位地址字節(jié)鎖存到外接的地址鎖存器中。（4）是復(fù)位/備用電源端。在

35、振蕩器運(yùn)行時(shí)，使rst行腳至少保持兩個(gè)機(jī)器周期位高電平，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器清零，即程序從0000h單元開始執(zhí)行。在vcc關(guān)斷前加上vpd（掉電保護(hù)）ram的內(nèi)容將不變。三、 8031芯片的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及地址分配8031芯片內(nèi)部無程序存儲(chǔ)器，只有256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址從00hffh。其地址分配如下圖3-3所示：圖3-3 8031芯片存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)8031芯片內(nèi)部256字節(jié)的空間被分為兩部分，其中內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）地址為00h7fh，特殊功能寄存器（sfr）的地址為80hffh。在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的00h1fh為四個(gè)工作寄存器區(qū)，其中：0區(qū) 00h07h1區(qū) 08h0fh2區(qū)

36、10h17h3區(qū) 18h1fh每個(gè)區(qū)都有8個(gè)8位寄存器r0r7。可以用來暫存運(yùn)算的中間結(jié)果以提高運(yùn)算速度，其中的r0和r1還可以用來存放8位地址。要確定采用哪個(gè)工作寄存器區(qū)，可通過標(biāo)志寄存器psw中的rs0、rs1輛未來指定。從20h2fh是“位尋址”空間：在此空間中cpu既可對(duì)其執(zhí)行按字節(jié)操作，又可對(duì)其中每個(gè)單元的8位二進(jìn)制代碼執(zhí)行按位的操作。從30h7fh是可以按字節(jié)尋址的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在此區(qū)域中可以設(shè)置堆棧。由于8031復(fù)位后堆棧指針sp指向工作寄存器區(qū)（即sp=07h），所以必須在初始化程序中對(duì)sp設(shè)置30h以后的地址區(qū)間為初值。8031芯片內(nèi)部設(shè)有程序存儲(chǔ)器，且僅有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

37、器，因而在組成控制系統(tǒng)時(shí)可根據(jù)需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于地址線是16位的，故最多能擴(kuò)展64k程序存儲(chǔ)器和64k數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其地址均為0000hffffh，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為獨(dú)立編址；因此eprom和tam的地址分配比較自由，編程時(shí)不必考慮地址沖突問題。四、 特殊功能寄存器 8031芯片內(nèi)的特殊功能（sfr）是用于對(duì)片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理、監(jiān)視、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器。是一個(gè)具有特殊功能的ram區(qū)，其地址為80hffh。這些特殊功能寄存器的地址分配見表3-1：表3-1特殊功能寄存器名稱及地址標(biāo)識(shí)符名稱 地址 acc b psw sp dptr p0 p1p2p3

38、ipietomdtcont2conth0tl0th1tl1th2tl2rldhrldlsconsbufpcon 累加器 b寄存器 程序狀態(tài)字堆棧指針數(shù)據(jù)指針（包括dph和dpl）口0口1口2口3中斷優(yōu)先級(jí)控制允許中斷控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（低位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（低位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（低位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)再裝載（高位字節(jié)）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2自動(dòng)再裝載（低位字節(jié)）串行控制串行數(shù)據(jù)線控制電源控制0e0h0f0h0d0h81h83h和82h8

39、0h90h0a0h0b0h0b8h0a8h89h88h0c8h8ch8ah8dh8bh0cdh0cch0cbh0cah98h99h87h內(nèi)放標(biāo)志寄存器，置位或清零，表示操作結(jié)果的某些特性。加1、減1指令不影響這些標(biāo)志。溢出標(biāo)志ov和進(jìn)位標(biāo)志cy是兩種性質(zhì)不同的標(biāo)志。溢出是指在有正負(fù)號(hào)兩個(gè)數(shù)運(yùn)算時(shí)，結(jié)果數(shù)超過+127 -128。當(dāng)用于補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，因?yàn)樵谟蟹?hào)的結(jié)果不能用8位數(shù)表示時(shí)，ov將被置位，而進(jìn)位位是指兩個(gè)數(shù)最前一位（第七位）相加（或相減）有否進(jìn)位（或借位）。p標(biāo)志表示累加器中運(yùn)算結(jié)果1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)還是奇數(shù)來決定。有關(guān)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)的特殊功能寄存器在后面敘述。五、 mcs51系列

40、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)介在設(shè)計(jì)mcs51系列單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件線路時(shí)，不可避免的要涉及到mcs51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)。下面對(duì)mcs51系列單片機(jī)指令系統(tǒng)的尋址方式和主要指令作一簡(jiǎn)單介紹：mcs51系列指令系統(tǒng)共有111條基本指令，其中單字節(jié)指令49條，雙字節(jié)指令45條，三字節(jié)指令17條。1.mcs51指令系統(tǒng)尋址方式簡(jiǎn)介指令是由助記符來表達(dá)，助記符是由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。其規(guī)定的格式如下：操作碼 目的操作數(shù) 源操作數(shù)操作碼反映了指令的功能，助記符代表了指令的操作對(duì)象。操作數(shù)可以是數(shù)據(jù)也可以是地址。也就是說操作數(shù)指定了參與操作的數(shù)或數(shù)所在單元的地址。而如何得到這個(gè)地址就叫尋址方式。mcs51指令系

41、統(tǒng)共有七種尋址方式。（1）立即尋址（2）直接尋址（3）寄存器尋址（4）j寄存器間接尋址（5）變址尋址（6）相對(duì)尋址（7）位尋址2. mcs51系列指令系統(tǒng)主要指令簡(jiǎn)介mcs51系列指令系統(tǒng)111條指令可以分為五類（1） 數(shù)據(jù)傳輸類 29條（2） 算術(shù)操作類 24條（3） 邏輯操作類 24條（4） 控制程序轉(zhuǎn)移類 17條（5） 布爾變量操作類 17條在這些指令中，使用得最多的是數(shù)據(jù)傳輸類指令，這類指令又可以分成三種：（1）單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送（2）和外部ram傳送數(shù)據(jù)（3）程序存儲(chǔ)器和累加器a之間數(shù)據(jù)傳送用助記符movc表示。六、 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器mcs-51系列單片機(jī)提供兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/

42、計(jì)數(shù)器，即t0和t1。它們能用來作定時(shí)器（實(shí)際是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)算）或外部時(shí)間計(jì)數(shù)器。它們具有兩種工作方式和四種模式，其工作原理如圖3-4所示。+12振蕩器 tfx加1計(jì)數(shù)器 tmod 中斷 相應(yīng)位 tcon相應(yīng)位 tx端 控制信號(hào) 圖3-4 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)+1計(jì)數(shù)器，加1計(jì)數(shù)器脈沖有兩個(gè)來源，一個(gè)是外部脈沖源，一個(gè)是系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器。計(jì)數(shù)器對(duì)兩個(gè)脈沖源之一進(jìn)行輸入計(jì)數(shù)，每輸入一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)器全為1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，同時(shí)從高位溢出一個(gè)脈沖，并使特殊寄存器tocn中的溢出中斷標(biāo)志置1。如定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)狀態(tài)，則表示定時(shí)的

43、時(shí)間到，若工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，則表示計(jì)數(shù)回零。所以加1計(jì)數(shù)器的基本功能是對(duì)是如脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，至于其工作于定時(shí)還是計(jì)數(shù)狀態(tài)，則取決于外接什么樣的脈沖源。當(dāng)脈沖源為時(shí)鐘振蕩器（等間隔的脈沖序列）時(shí)，脈沖數(shù)率以脈沖間隔時(shí)間就是定時(shí)時(shí)間，因此為定時(shí)功能；當(dāng)脈沖源為間隔不等的外部脈沖發(fā)生器時(shí)，就是外部事件的計(jì)數(shù)器，此時(shí)為計(jì)數(shù)功能。用作“定時(shí)器 ”時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期寄存器加1，因此，也可以把它看作是在累計(jì)機(jī)器周期。由于一個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)振蕩周期，所以，它的計(jì)數(shù)速率是振蕩頻率的1/12。用作“計(jì)數(shù)器”時(shí)，寄存器在其對(duì)應(yīng)的外輸入端t0或t1有一個(gè)“10”的跳變時(shí)加1。由于識(shí)別一個(gè)從 “10”的跳變要用兩個(gè)機(jī)器周

44、期（24個(gè)振蕩周期）所以最快的計(jì)數(shù)速率是振蕩頻率的1/24。 七、 中斷系統(tǒng)mcs-51系列單片提供5個(gè)中斷源。配備兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。兩個(gè)為輸入外部中斷請(qǐng)求，低電平有效，兩個(gè)為片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器和溢出中斷請(qǐng)求和；一個(gè)為片內(nèi)串行口中斷請(qǐng)求ti和ri。這些中斷請(qǐng)求源的引腳都為p3口的第二功能。對(duì)于每個(gè)中斷可編程為高優(yōu)先級(jí)或低優(yōu)先級(jí)中斷，并能實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套。各中斷源所對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址和優(yōu)先級(jí)如下：中斷源入口地址優(yōu)先級(jí)0003h0000bh10013h2001bh3串行口中斷0023h4cpu從此地址開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序，直到遇到一條reti指令為止。8031cpu對(duì)于中斷源開放以及優(yōu)先級(jí)的控制是由特殊寄存器中的ie和ip寄存器來完成的。3-3 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)mcs-51系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，mcs-51系列的最小系統(tǒng)用一片8031外擴(kuò)一片eprom就能滿足功能的要求，對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，可利用mcs-51 的擴(kuò)展功能，構(gòu)成功能強(qiáng)、規(guī)模較大的系統(tǒng)。一、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 mcs51的程序存儲(chǔ)器的尋址空間為64k字節(jié)，8031片內(nèi)不帶rom，用作程序存儲(chǔ)器的器件是eprom。外部程序