1、 數控CA6140車床橫向進給改造的設計 作者:司琰（北京人文大學理工學院機電一體化系0901班）指導教師：李木 職稱：教授 目 錄緒 論.3第1章 數控機床改造的目的.41.1數控機床的概述.4 1.2數控機床的發展.41.3二十一世紀初切削加工技術發展的主要趨勢.51.4數控機床改造的意義.6 1.5數控機床的優越特性和發展前景.6第2章 數控機床改造的方法及原理.7 2.1系統運動方案的確定.7 2.2伺服系統的選擇.8 2.3執行機構傳動方式的確定.8 2.4計算機的選擇.8第3章 機床伺服系統機械部分設計計算.9 3.1脈沖當量.103.2滾珠絲杠螺母副的計算和選型.11 3.3 齒

2、輪傳動比計算.14 3.4 步進電機的計算和選型.15第4章 單片機微機數控系統硬件電路設計內容.20 4.1電氣控制系統的設計方案.20 4.2 主控制器.20 4.3 譯碼器.22 4.4 存儲器.224.5 I/O接口控制芯片以及外設連接說明.22總結.23參考文獻.24緒 論近年來我國企業的數控機床占有率逐年上升，在大中企業已有較多的使用，在中小企業甚至個體企業中也普遍開始使用。在這些數控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態。 2001年，我國機床工業產值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達4

3、7.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產數控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。近年來我國出口額增幅較大的數控機床有數控車床、數控磨床、數控特種加工機床、數控剪板機、數控成形折彎機、數控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數控機床品種以中低檔為主。數控機床是機械、電子、自動化及電機拖動于一體化的裝備。它是有計算機作為控制核心，來控制異步電機，從而控制機床的換刀、走刀、停頓的。隨著數控機床的發展，使機械制造進

4、入一個嶄新的階段，是機械制造業中的一次技術革命。數控機床作為期間的產品價格也十分昂貴，對大對數企業來說，更換設備所需資金太大，老的設備得不到利用。結合我國的實際國情，所以把普通機床改造成為經濟型數控機床就有十分重大的意義。也是我國發展數控產品的主要渠道之一。 第1章、 數控機床改造的目的11數控機床的概述數字控制是近代發展起來的一種自動控制技術，是用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法，簡稱數控。數控機床是一個裝有程序控制系統的機床，該系統能夠邏輯地處理具有使用號碼，或其他符號編碼指令規定的程序。其實程序控制系統就是所說的數控系統。數控系統是一種控制系統，它自動閱讀輸入載體上事先

5、給定的數字植，并將其譯碼，從而使機床動作和加工零件。數控系統包括：數控裝置，可編程序控制器，主軸驅動及進給驅動裝置等部分。所以數控機床是一種高度機電一體化的產品，也是集多種新技術于一體的機電一體化裝備。數控機床作為機電一體化產品的典型代表，在先進制造技術領域里起著至關重要的作用。12數控機床的發展數控機床是一種高效的自動化機床，它較好地滿足了機械行業零部件加工的高性能，高精度與高動化的要求。在機械產品中，是機械制造業中的一次技術革命。1952年美國PARSONS公司與麻省理工學院合作試制了世界上第一臺三坐標數控立式銑床。54年美國Bendix-Cooperation公司生產了第一臺工業用數控機

6、床。先是由電子管控制，隨后經歷了晶體管控制，集成電路控制（NC）,計算機控制（CNC）,直到現在的微處理器控制（MNC）。我國從1958年開始研制數控機床，70年代初得到廣泛發展，數控技術在車床，銑床，鉆床，鏜床，磨床，齒輪加工機床。電加工機床等得到應用，并指出加工中心。目前我國能夠生產多種類型的數控機床，生產幾千臺，并有向國外出口。但我國生產的數控機床在精度，速度，數控系統的功能及傳感元件等方面比先進國家都有一定差距，近幾年我國機床業受到世界市場的沖擊，迫使我國的機床質量有很大的提高，面向21世紀，我國數控機床的生產一定能達到國際先進水平。數控機床也向（1）具有先進的自檢能力。（2）向高速，

7、高精度發展（3）更高的生產率和利用率。（4）單元模塊化。（5）有更強的通訊功能，圖像編程和顯示功能的方向發展。機床作為工作母機和維修工具，早已成為各個工業領域不可或缺的必要裝備。數控機床的產生與發展，更是制造高質量、高效率、高一致性產品的有力保障。隨著人類社會的飛速發展與進步，各種新材料、新技術、新工藝、新結構、新配件不斷涌現，各個領域不斷提出新的要求，這一切都使得機床的結構、性能千變萬化。計算機技術的高速發展又使得機床數控系統正在以更短的周期更新。面對如此的形勢，機床制造者在不斷努力跟蹤時代的步伐，機床的使用者、維修者也要努力跟上。為使讀者及時了解數控機床的技術與知識，加深數控機床使用與維修

8、理念上的認識。13 21世紀初切削加工技術發展的主要趨勢21世紀，我們正處于制造技術快速發展的時期。隨著制造技術的發展，也進入了以發展高速切削、開發新的切削工藝和加工方法、提供成套技術為特征的發展新階段。其主要趨勢有四個方面：(1)高速切削將成為切削加工的新工藝 當前，以高速切削為代表的干切削、硬切削等新型切削工藝已經顯示出很多的優點和強大的生命力，這是制造技術為提高加工效率和質量、降低成本、縮短開發周期對切削加工提出的要求。因此，發展高速切削等新型切削工藝，促進制造技術的發展是現代切削技術發展最顯著的特點。當代高速切削不只是切削速度的提高，而是需要制造技術全面進步和進一步創新達到切削速度和進

9、給速度的成倍提高，并帶動傳統切削工藝的變革和創新，使制造業整體切削加工效率有顯著的提高。(2)實現難加工材料加工技術的重大突破 長期以來，難加工材料如奧氏體不銹鋼、高猛鋼、淬硬鋼、復合材料、耐磨鑄鐵等一直是切削加工中的難題，不僅切削效率低，而且刀具壽命短。隨著制造業的發展，21世紀這些材料的用量將迅速增加，加工矛盾將更加突出。與此同時，產品的材料構成將不斷優化，新的工程材料也不斷問世，而每一種新型材料的采用都對切削加工提出了新的要求。(3)滿足制造業對切削加工新技術和新產品需求 進入21世紀以后，產品多樣化和個性化的趨勢將進一步加劇，制造業的產品更新速度也勢必大大加快。每一種新產品的開發都意味

10、著零件功能、結構、材料的重大變更，也是對切削加工提出新的開發任務。制造業對切削加工新技術、新產品的需求在21世紀初將達到空前的高度。(4)環境保護對切削加工行業提出挑戰 隨著社會的發展，人們在環境保護、生態平衡等方面獲得了高度共識，并成為全球的共同行動綱領。以降耗、節能、節材、減廢、有利于環境保護和人身健康、實行清潔安全生產的“綠色工程”已在工業發達國家興起。實行“綠色工程”，開發“綠色制造技術”是新世紀切削加工發展的重要課題。14數控機床改造的意義數控機床改造在國外已發展成一個新心的工業部門。早在60年代已經開始迅速發展，并有專門企業經營這門業務。其發展的原因是多方面的。首先是技術的原因。在

11、過去的20年里，金屬切削的基本原理變化不大，但社會生產力的巨大發展，要求制造技術向自動化及精密化前進。而刀具材料和電子技術卻有很大進步，特別是微電子技術，電子計算機進步，反映到控制系統中來，它既能幫助機床自動化又能提高加工準確度。這些技術進步和高生產率的要求，精密加工和型面加工的增多等，突出了舊機床技術改造的必要性及迫切性。其次是經濟上的原因。舊機床設備更新，支付很多費用。若采用“改造”技術（主要是數控技術）加以現代化，則可以節約50%還多的資金。這種事半功倍的技術，不僅為資金不充沛的小型企業技術改造開創了新路，而且對實力雄厚的大型企業也有極大的經濟吸引力。第三是市場的原因。目前許多國家設備更

12、新所需的數控機床數量，按機床工業現狀是無力及時提供的。因此，機床“改造”就成為滿足機床市場需求的主要補足手段。第四是生產上的原因。在工業生產中，多品種，中批量及小批量生產是現代機械制造業的基本特征，占有相當大的比重。完成這些生產任務，不外乎選擇通用機床專用機床或數控機床，根據幾者的相比較，得知數控機床最能適應這一需要。15 數控機床的優越特性和發展前景 數控機床之所以在國民經濟發展和國防尖端工業建設中占有重要的地位和作用，而且受到各國的重視，主要是數控機床具有如下的優越性和發展前景：(1)能加工具有復雜形狀曲線或曲面的零件 數控機床可以加工傳統機床所不能加工的具有復雜形狀曲線或曲面的零件。如變

13、螺距螺紋、錐面上的螺旋線、非圓齒輪、拋物面、雙曲面等。特別是那些由一定的數字理論方程式所描述的并要求有足夠精度的曲線和曲面，如螺旋槳、葉片、高速飛行不可的。(2)提高加工精度并保證加工重復精度的一致性 數控機床是按預先編制好的加工程序進行工作的，I旺過程中無需人的參與或調整，因此不受操作工人的技術水平和情緒的影響，故加工精度穩定。另外，數控機床可以通過采用在線自動補償(實時補償)技術來消除或減少熱變形、力變形、重量變形和刀具磨損的影響，使加工精度的一致性得到保證。這在傳統機床上則是無法做到的。(3)稱為柔性自動化加工裝備 數控機床被稱為柔性自動化加工裝備。是因為用數控幾床加工零件時不需要制作專

14、用的模具或模板，加工對象(零件)的改變，也不用改變機床結構裝置和進行復雜的調整，一般只要變換加工程序軟件即可，而程序軟件可以由編程人員在機外預先編好。因此，大大減少了加工前的生產準備和調整時間；另外，部分現代的數控機床，具有更為優異的柔性加工功能，如柔性加工單元具有自動上、下料，更換刀具和變速乃至檢測等功能。因比可以進行混流加工(即在一臺機床上連續交替加工不同的零件)，又如數控銑鏜加工中心、車削加工中心等能夠在工件一次裝夾后完成全部或大部分多種工序(如鉆、銑、鏜、擴孔和攻絲等)的加工，從而使加工周期縮短，生產效率提高，機床利用率也大大提高，最終導致加工成本的降低。數控機床的柔性具備了傳統輔鏜床

15、的萬能性和剛性自動化機床的高效率性，兩種特性兼備優點。數控機床除單臺機床的柔性外，還可以組成柔性制造單元(FMC)、柔性制造生產線(FMS)，并以此為基礎發展成計算機集成制造系統(CMS)。(4)可以實現全自動化和較長時間的“無人看管加工” 數控機床是由電腦控制的設備，在配有適當的刀庫、工件毛坯庫、上下料裝置和多種傳感器的條件下，不僅具有全自動加工功能，而且具有對加工過程進行自動監控、檢測、報警及修正誤差等功能。因此，可以實現白班有人看管和做好各種準備工作后，二、三、班則可以在“無人看管”的條件下(國外稱為“熄燈生產”)進行24小時乃至72小時的連續加工。這不僅改善了镕動條件，解決了晚上和節假

16、日(含周六、周日)連續工作的問題，也大大提高了勞動生產率，設備利用率，縮短生產周期和增加企業的經濟效益。(5)適應信息化的發展 數控機床通過因特網(Intemet)、外聯目(Extranet)現在已可實現遠程故障診斷、維修，已初步具備遠程控制和調度，進行異地分散網絡化生產的可能。從而為今后進一步實現制造過程網絡化、智能化提供必備的基礎條件。 第二章、數控機床改造的方法及原理21系統運動方案的確定數控系統按運動方式可分為點位控制系統，點位/直線系統和連續控制系統。如果工件相對于刀具移動過程中不進行切削，可選用點位控制方式。例如數控鉆床，在工作臺移動過程中鉆頭并不進行鉆孔加工，因此數控系統可采用點

17、為控制方式。對點位控制系統的要求是快速定位，保證定位精度。如果要求工作臺或刀具沿各坐標軸的運動有確定的函數關系，即連續控制系統應具備控制刀具以給定速率沿加工路徑運動的功能。具備這種控制能力的數控機床可以加工各種外形輪廓復雜的零件，所以連續控制系統又稱為輪廓控制系統。例如數控銑床，數控車床等均屬于此種運動方式。在點位控制系統中不具有連續控制系統中才具有的軌跡計算裝置，而連續控制系統中卻具有點位系統的功能。還有一些采用點位控制的數控機床，例如數控鏜床等，不但要求工作臺運動的終點坐標，還要求工作臺沿坐標軸運動過程中切削工作。這種系統叫點位/直線系統。其控制方法與點位系統十分相似，故有時也將這兩種系統

18、統稱為點位控制系統22伺服系統的選擇伺服系統可分為開環控制系統，半閉環控制系統和閉環控制系統。開環控制系統中，設有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向傳送的。指令發出后，不再反饋回來，故稱開環控制。開環伺服系統主要由步進電機驅動。開環伺服系統結構簡單，成本低廉，容易掌握，調試和維修都比較簡單。目前國內大力發展的經濟型數控機床普遍采用開環伺服系統。閉環控制系統具有裝在機床移動部件上的檢測反饋元件來檢測實際 位移量，能補償系統的誤差，因而伺服控制精度高。閉環系統多采用直流伺服電機驅動或交流伺服電機驅動，閉環系統造價高，結構和調試較復雜，多用于精度要求高的場合。半閉環控制系統與閉環系統不同，不直

19、接檢測工作臺的位移量，而是用檢測元件測出驅動軸的轉角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環系統和閉環系統之間。23執行機構傳動方式的確定為確?？刂葡到y的傳動精度和工作平穩，在設計機械傳動裝置時，通常提出低摩擦，低慣量，高剛度，無間隙，高諧振以及有適宜阻尼比的要求。在設計中應考慮以下幾點：（1）盡量采用低摩擦的轉動和導向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副，滾動導軌，塑導軌等。（2）盡量消除傳動間隙。例如采用消除齒輪等。（3）提高系統剛度?？s短傳動鏈可以提高系統的傳動剛減小傳動鏈誤差。可采用預緊的方法提高系統剛度。例如采用預加負載的滾動導軌和滾珠絲杠副等。24計算機的選擇微機數

20、控系統由CPU，存儲器擴展電路I/O接口電路，伺服電機驅動，檢測電路等幾部分組成。微機市數控系統的核心，其他裝置均是在指揮下進行的。系統的功能和系統中所用微機直接相關。數控系統對微機的要求是多方面的，但主要指標是字長和速度。字長不僅影響系統的最大加工尺寸，而且影響加工的精度和運算的精度。字長較長的計算機，價格顯著上升，而字長較短的計算機，要進行雙字長或三字長的運算，就會影響速度。目前一些高檔的CNC系統，已普遍使用32位微機，主機頻率由5MHz提高到20-30MHz，有的采用多CPU系統，減輕主CPU的負擔，進一步提高控制速度。標準型的CNC系統多使用16位微機 ，經濟型CNC系統則普遍采用8

21、位機。可采用MCS-51系列單片微機。第三章、機床進給伺服系統機械部分設計計算伺服系統機械部分設計計算內容包括：確定系統的負載，確定系統脈沖當量，運動部件慣量計算，空載起動及切削力矩計算。確定伺服電機，傳動及導向元件的設計，計算及選用，繪制機械部分裝配圖及零件工作圖等。將普通車床CA6140改造成MCS-51系列單片機控制的經濟型數控車床，采用步進電機開環控制，縱向和橫向均具有直線和圓狐插補功能，也具有升降功能。其主要設計參數如下：加工最大直徑：在床面上 400mm 在床鞍上 210mm最大加工長度：1000mm溜板及刀架重量： 橫向W=80kgf=800N最大移動速度（快進）：1.2m/mi

22、n最大進給速度（工進）：0.22m/min主電機功率： 7.5kw起動加速時間： 30ms橫向定位精度： 0.015mm1脈沖當量根據機床精度要求確定脈沖當量，橫向：0.005mm/step32橫向進給滾珠絲杠螺母副的計算和選型3.2.1絲杠計算 1計算進給牽引力Fm（N），橫向導軌為燕尾形導軌 Z 1,J1Fm= kFy+f（Fz+G+2FX）= 1.15670+0.04（2680+800+21072）= 995.46 N 式中K-考慮顛復力矩影響的實驗系數，綜合導軌取K=1.4f，-滑動導軌摩檫系數0.030.05 G-溜板及刀架重力：G=800N 2計算最大負載C： C = L= n=

23、式中L0-滾珠絲杠導程。初始L0=5mmVs-最大切削力下的進給速度，可提高進給速度（1/2-1/3）此處VS =0.22m/min T-使用壽命，按15000h；fw運轉系數，按一般運轉取fw=3-1.5；L-壽命，以106轉為1單位。 L= = n= C = =4158N 3滾珠絲杠螺母 可采用W1L2005外循環螺母紋調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈。其額定動負載為8800N，精度等級按表415選為3級.4傳動效率計算式子中r螺旋升角，W1L2005=4033 -摩擦角取10 滾動摩擦系數0.0030.004 =0.9655剛度驗算：絲杠的拉伸或壓縮變形量1：L=FmL0EF=1

24、.410-4 =（2）珠滾與羅紋滾道間接觸變形2 。查圖4-7，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量Q ；因此進行預緊，2=1/2q=3m （3）支撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形3， 3=2m 綜合以上變形量之和：計算如下 2=1+2+3=0.00815mm（定位精度）從上面計算可以看出，設計過程要反復修改參數，反復計算，才能達到滿足的要求。6穩定性較核：滾珠絲杠兩端采用了專用的滾珠絲杠軸承，不會產生失穩現象，不需要穩定性較核。3.2.2橫向滾珠絲杠副幾何參數表31 W1L2005滾珠絲杠幾何參數 名稱符號計算W1L2005螺紋滾道公稱直徑do標準20導程Lo標準5接觸角標準 4033鋼球

25、直徑dq標準3.915滾道法面直徑RR=0.52 dq1.651偏心矩ee=( R- dq/2)sin0.045螺紋升角=arc tg(Lo/do) 4033螺桿螺紋外徑dd= do-(0.20.25) dq19.4螺桿內徑d1d1 = do +2e-2R16.788螺桿接觸直徑dzdz = do - dq cos16.835螺紋螺母螺紋直徑DD= do -2e+2R23.212螺母內徑D1D1= do +(0.20.25) dq20.63533 齒輪傳動比計算 3.3.1、橫向進給齒輪傳動比計算： 以確定縱向進給脈沖當量p=0.005，滾珠絲杠導程L0=5mm； 初選步進電機步距角為0.75

26、0?？捎嬎愠鰝鲃颖萯； i=(360 p)/(bL0) =(3600.01) (0.755) =0.48考慮結構問題，不當使大齒輪直徑過大，以免影響橫向溜板有效行程，故用兩級齒輪將速：可選齒輪齒數為i= Z1 =24 Z2=40 Z3 =20 Z4=25 因進給運動齒輪受力不大，模數m取2。有關參數請參照表32表32 傳動齒輪幾何參數齒 數24402025分度圓d=mz48804050齒頂圓da=d+2m52844454齒根圓df=d-21.25m43753545齒 寬( 68)m20202020中心矩A=( d1+d2)/2644534 橫向進給步進電機的計算和選型3.4.1等效傳動慣量計算

27、： 傳動系統折算到電機軸上的總的傳動慣量J(cm2)可由下式計算： J=JM+J1+( Z1/Z2)2（J2+Js）+(G/g) (L0/2)2 式中JM-步進電機轉子傳動慣量(cm2)； J1 ，J2-齒輪Z1，Z2的轉動慣量(cm2)；Js-滾珠絲杠轉動慣量(cm2)； 參考同類型機床，初選反應式步進電機150BF，其轉子轉慣量JM =10cm2； J1=0.7810-3d14L1 =0.7810-36.442 =2062cm2 J2=0.7810-3d24L2 =0.7810-3842 =6.39cm2 Js=0.7810-344150 =29.952cm2 G=800N 代如上式： J

28、=JM+J1+( Z1/Z2)2（J2+Js）+(G/g) (L0/2)2 =10+2.62+（32/40）2（6.39+29.952）+（1000/9.8）（0.5/2）2 =36.478cm2 考慮步進電機與傳動系統慣量匹配問題 JM/ J=10/36.478 =0.274 基本滿足匹配的要求。2電機力矩計算 機床在不同的工況下，其所需轉矩不同，下面分別按各階段計算： （1）快速空載起動力矩M起 在快速空載起動階段，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下： M起=Mamax+Mf+M0 Mamax= J = Jnmax(60/2) ta10-2= J(2nmax10-2)/(60ta) n

29、max =(vmax/p)(b/3600) 將前面數據代入，式中各符號意義同前。 nmax =(vmax/p)(b/3600) =（2400/0.01）（0.75/360） =500r/min 起動加速時間ta=30ms； Mamax= J(2nmax10-2)/(60ta) =636.3Ncm 折算到電機軸上的摩擦力矩Mf： Mf=(F0L0)/( 2i) =f(Fz+G) L0/ 2( Z1/Z2) =0.16(5360+1000) 0.6/( 20.8 1.25) =97 Ncm 附加摩擦力矩M0 M0 =(Fp0L0)/ (2i) =(1/3FmL0)/ 2( Z1/Z2)(1-02)

30、=(1/325600.6) (20.81.25) (1-0.92)=15.5Ncm 上述三項合計： M起=Mamax+Mf+M0 =634+97+15.5 =747 Ncm （2）快速移動時所需力矩M快 M快 = Mf+M0=97+15.5=112.5 Ncm (3)最大切削負載時所需力矩M切 M切= Mf+M0+Mt= Mf+M0+(FxL0)/( 2i)=97+15.5+(13400.6)/ (20.81.25)=240.5 Ncm從上面計算可以看出： M起 ， M快和M切三種工況下，以快速空載起動力矩最大，以此項作為初選步進電機的依據。查出，當步進電機為 =Mq/Mjmax=0.951最

31、大靜力矩Mjmax =747/0.951 =785 Ncm按此最大靜轉矩查出，150BF002型最大轉矩為13.72Nm，大于所需最大靜轉矩，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。3計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作效率 fk=(1000 vmax)/(60p) =(10002.4) (600.001) =4000Hz fe=(1000 vs)/(60p) =(10000.6) (600.01) =1000 Hz150BF002型步進電機允許的最高空載起動頻率為2800 Hz，運行頻率為8000 Hz，再從圖4-18中查出150BF002步進電機起動矩頻特性

32、和運行矩頻特性曲線如圖4-22所示。 從圖（4-22a）看出， 當步進電機起動時，f起=2500 Hz時， M=100 Ncm ，運行不能滿足此機床所要求得空載起動力矩（747 Ncm）直接使用則會產生失步現象，所以必須采取升降速控制（用軟件實現），將起動頻率降到1000 Hz時，起動力矩可增高到588.4 Ncm，然后在電路上在采用低壓驅動帶內陸，還可以將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。 啟動矩頻特性圖3-1 運行矩頻特性圖32當快速運動和切削進給時，150BF002型步進電機運行矩頻特性圖32完全可以滿足要求。 第四章、單片機微機數控系統硬件電路設計內容4.1電氣控制系統的設計方案機床硬件電

33、路由以下五部分組成：（1）主控制器：即中央處理單元CPU。（2）總線，包括數據總線、地址總線和數據總線。（3）存儲器，包括程序存儲器和數據存儲器。（4）接口：即I/O輸入/輸出接口電路。（5）外圍設備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機等。見下圖圖414.2 主控制器803140根引腳按其功能可以分為四類：1電源線：2根 Vcc VssVcc：編程和正常操作時的電源電壓，接+5伏。Vss：地電平2. 晶振： 2根 XTAL1 XTAL2振蕩器的反相放大器輸入。使用外部振蕩器時必須接地。振蕩器的反相放大器輸出和內部時鐘發生器的輸入。當使用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩信號。3. I/O口共有P0、P1、P

34、2、P3四個8位口，32根I/O線。其功能如下：（1） P0.0P0.7(AD0AD7)是I/O端口0的引腳。（2）P1.0P1.7是端口1的引腳，是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專供用戶使用。 （3）P2.0P2.7(A8A15)是端口2的引腳。（4）P3.0P3.7是端口3的引腳4控制線（1）PSEN：程序存儲器的使用引腳，是外部程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。從外部程序存儲器取數時，在每個機器周期內二次有效。 （2）EA/VPP: EA為高電平時，CPU執行內部程序存儲器。（3）ALE/PAOG: ALE是地址所存儲能信號。（4）RST/VPP:是復位/備用電源端。由于單片

35、機8031芯片的P0口是分時傳送低8位地址線和數據線，故8031擴展系統中一定要有地址鎖存器。常用的地址鎖存器芯片是74L373。74L373是帶三態緩沖輸出的8D觸發器。 8031單片機允許擴展64K程序存儲器和64K數據存儲器（包括I/O口芯片），這樣就需要擴展多個外圍芯片，因而需要把外部地址空間分配給這些芯片，并且使程序存儲器各芯片之間，數據存儲器各芯片之間（包括I/O口芯片）地址互相不重疊，以使單片機訪問外部存儲器時，避免發生沖突。當8031數據總線分時地與各個外圍新品進行數據傳送時，首先要進行偏選（指選中某一個芯片）。而當片內有多字節單元時，還要進行片內地址選擇。8031單片機共有四

36、個6位并行I/O口，但可供用產使用的只有P1口和部分P3口,因此。在大部分應用系統中都需要擴展I/O口芯片。本設計采用8155：可編程的RAM/IO擴展接口電路（有256個RAM單元、2個8位口、1個6位口、1個14位的定時/計數器）。 8031單片機允許擴展64K程序存儲器和64K數據存儲器（包括I/O口芯片），這樣就需要擴展多個外圍芯片，因而需要把外部地址空間分配給這些芯片，并且使程序存儲器各芯片之間，數據存儲器各芯片之間（包括I/O口芯片）地址互相不重疊，以使單片機訪問外部存儲器時，避免發生沖突。當8031數據總線分時地與各個外圍新品進行數據傳送時，首先要進行偏選（指選中某一個芯片）。而

37、當片內有多字節單元時，還要進行片內地址選擇。4.3 譯碼器采用74LS138譯碼器的輸出作為片選信號。2764（1）、2764（2）、6264、8155（1）和8155（2）的片選信號分別接到譯碼器的Y0Y4,74LS138的輸入A、B、C分別接8031的P2.5、P2.6、P2.7。4.4 存儲器由于2764和6264芯片都是8KB，需要13根地址線，A0A7低8位接74LS373芯片的輸出。A8A12接8031芯片的P2.0P2.A，74LS373地址鎖存器在選通信號ALE在高電平時直接傳送8031P0口低8位地址，當ALE在高電平變低電平的下降沿時，低8位地址鎖存器，此時，P0口可用來向片外傳送讀寫數據。4.5 I/O接口控制芯片以及外設連接說明 8155（2）PA.0PA.7輸出的指令脈沖通過光電隔離電路和功率放大電路直接驅動縱向和橫向