数控机床工作台设计.docx

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1、潍坊科技学院专科学生毕业设计数控步进X一Y工作台设计学 生：韩宗旺学 号：201010390110指导教师：陈茂光专业：机械制造与自动化潍坊科技学院机械工程学院二O一三年五月目录摘要I1绪论11.1我国数控车床的发展和产业化的现状及当今世界数控车床的发展的趋势11.2 C616数控步进改造设计的目的及意义22总体方案设计52.1设计任务53机械部分设计73.1进给系统的设计计算73.2钻削力的计算*93.3铣削力的计算113.4滚动导轨的选用133.5滚珠丝杆的计算和选用143.6滚珠丝杠支座设计与计算163.7确定齿轮传动比183.8确定齿轮模数及有关尺寸223.9步进电机惯性负载的计算25

2、4系统硬件设计264.1确定硬件电路的总体方案274.2机床数控系统硬件电路设计-294系统软件设计-315.1系统控制功能分析-315.2系统管理程序控制-325.3自动加工程序设计-295.4步进电机控制子程序设计305.5编语言程序设计-305.6直线插补程序设计-325.7圆弧插补程序-32结束语33致谢34参考文献35摘 要X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单。实现方便而且能够保 证一定的精度。降低成本，是微机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了危机的软件硬 件功能以实现对机床的控制；使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步得到提高。X-Y 数控工作台机电系统

3、设计是利用8031单片机，及2764, 6264存储器及8155芯片等硬件组 成，在控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。其基本思想是通过圆弧或者直线插补程序以实现对零件进行几何加工，每进行一段加工 都要产生一定的脉冲以驱动电机正反转，同时通8155将相应的加工进刀信息送至刀架库中 以实现以之相应的走刀，电机和刀具的相对运动所以实现了刀具对工件的加工。该控制系统 采用软件中断控制系统结构及子程序结构简单，条件明确在经济型数控中应用较多。中断结 构采用模块化结构设计因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理方向发 展。X-Y数控工作台机电系统设计采用步进电机作为驱动装置

4、。步进电机是一个将脉冲信号 转移成角位移的机电式数模转换器装置。其工作原理是每给一个脉冲便在定子电路中产生一定的空间旋转磁场;由于步进电机通 的是三相交流电所以输入的脉冲数目及时间间隔不同，转子的旋转快慢及旋转时间的长短也 是不同的。由于旋转磁场对放入其中的通电导体既转子切割磁力线时具有力的作用，从实现 了旋转磁场的转动迫使转子作相应的转动，所以转子才可以实现转子带动丝杠作相应的运 动。本题目是步进电机，微型计算机，插补原理，汇编语言的综合应用。关键词：步进电机，数控系统1绪论1.1 X-Y工作台的发展趋势及产业化的现状当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，

5、对 各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个 基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。 机电一体化是系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动 技术和机械技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。新一代的CNC系统这 类典型机电一体化产品正朝着高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展。工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为 了满足加工简单的零件而设计的直线运动的X-Y工作台，到现在为了实现多工位加工而制 造的分度工作台和回转工作台等。为了

6、满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，一作台 的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环 境，节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究， 我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。目前工作台的种类繁多，传统的工作台 只能安装在某一指定机床上，伴随着科技的与时俱进，它们的功能也由传统单一性向现代的 多功能性方向发展，现在一些工作台，它不仅可以安装在钻床上，还可以安装在铣床和镗床 等机床上。并且目前部分工作台还可以作为机床的第四回转轴，大大提高了机床的性能。例 如：可倾回转工作台，它可以实现用于数控机床和加工中心机床上

7、，可利用原机床的两个控 制坐标控制转台的回转和倾斜，也可直接利用本转台配套的数控装置与机床联接完成所需的 工作循环。它可以完成任意角度的孔、槽、平面类机械加工，以及曲线、凸轮等的加工，并 可达到较高的精度。另外也可用于非数控钻、铣、镗类机床上，独立完成等分和不等分的角 度分度工作。国外工作台的功能与我国所生产的工作台功能基本相似，但是在其精度方面， 国外的一些公司所生产的工作台要略高于我国所生产的工作台。因此我国与国外相比，还是 有一定的差距，因此工作台的设计具有重要意义，我们要借助时代的步伐，与时俱进，开拓 创新，使我国成为具有领先技术的综合性强国。1.2数控X-Y工作台设计的意义和目的本设

8、计所设计的X-Y工作台采用了低摩擦的直线滚动导轨和精密的丝杠，它的工作原理 是通过MCS-51单片机来控制步进电机，使X-Y工作台实现了数控控制。工作台的自动化 能大大减轻劳动强度，提高劳动生产效率。本设计的X-Y数控工作台机电系统设计是一个 开环控制系统，其结构简单，实现方便而且能保证一定的精度。通过微机控制技术的简单的 应用，实现对机床的控制，使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步提高。本设计所设 计的X-Y工作台不仅可用于铣床上进行数控铣削加工，而且还能够用于钻床上数控钻削加 工，所以其功能远高于传统的普通工作台是新一代机电一体化的典型产品。通过对X-Y工作台的设计，能够正确运用机床数

9、控系统等课程的基本理论个有关知识， 学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算；通过对设备改造的机械部 分设计，掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法；通过设备的数 控系统硬件和软件设计，掌握简单的数控系统硬件及软件设计的基本方法；通过课程设计， 初步树立正确的设计思想，培养自己分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册、标准 以及编写文件等资料的能力。在本设计中着重介绍了如何对X-Y工作台进行设计，对导轨、丝杠、电机、选用和数控 控制电路的设计和其控制程序的编制等方面进行了深入的分析。第二章总体方案设计2.1设计任务设计一个数控X-Y工作台及其控制系统，该工

10、作台可安装在普通钻、铣床上用于钻孔或 铣削加工。系统分辨率X： 0.01mm，Y： 0.01mm。系统分辨率X： 0.01mm，Y： 0.01mm。设计参数如下：快速进给速度纵向X： 2m/分；快速进给速度横向Y： 2m/分；切削进给 速度：0.3m/分；时间常数：tW200ms ；最大钻孔直径d=5mm；铣刀直径中15mm，齿数 Z=3；铣削最大余量a e=2mm；铣削最大深度a p=2mm；工作台加工范围X=320mm，Y=260mm。 加工材料为铸铁；最大工件重量80Kg。P2.2总体方案确定2.2.1系统的运动方式与伺服系统由于机床既能钻削又能铣削加工，故应采用连续控制系统。定位方式采

11、用增量坐标控制。 考虑到机床加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动 X-Y工作台。钻头上下运动也由步进电机通过减速装置控制。2.2.2计算机系统本设计采用MCS-51系列中的8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机的主要特点是 集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等 组成。系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工 作状态等信息。2.2.3XY工作台的传动方式为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传 动刚

12、度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台 的摩擦系数，提高运动平稳性。考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率0.01mm的要求，以及考虑 步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。第三章机械设计部分3.1工作台的外形尺寸及重量初步估算：根据给定的工作台加工范围，设计出工作台的尺寸和托板尺寸等，并估算其 重量。X-Y工作台简图如下：E5co320mm1811000mmX向托板（上托板）的尺寸:长X宽X高320X320X50X向托板（上托板）的重量：重量二体积X材料比重K = 320 x 320 x 50 x 10-3

13、 x 7.8 x 10-2 牝 399NY向托板（下托板）的尺寸：长X宽X高400X320X50重量二体积X材料比重气=400 x 320 x 50 x 10-3 x 7.8 x 10-2 w 499N上导轨座的重量：W上=（1000 x 320 x 8 + 2x 700 x 15 x 17） x 7.8 x 10-2 x 10-3 w 228N夹具及工件重量:W w850NX-Y工作台运动部分重量：W总=Wx + Wy + W上=399 + 499 + 228 = 1126 N3.2钻削力（轴向）的计算:F = C dxFfyFKZ F oF经查机械加工手版得588.60 X , = 1 Y

14、 =0.8 K , = 1,进给量取f = 0.1mm /尸，则F FFF = C dxFfYFK = 588.60 x 51 x 0.10.8 x 1 w 466NZ F oF3.3铣削力（硬质合金圆柱铣刀）的计算：F = 600ao.9a 0.8d-o.9a z其中式a = 2mm , a = 2mm , a= 0.1mm/z, d = 15mm , z=3，贝UF = 600a0.9a0.8d-0.9a z = 600 x 20.9 x 0.10.8 x 15-0.9 x 2 x 3 w 93N 铣eft p3.4滚动导轨的选用：3.4.1导轨型式：法兰型直线导轨3.4.2导轨长度:上导

15、轨（X向）取动导轨长度动导轨行程支承导轨长度l = 320mm性 320mmL = IB +1 = 320 + 320 = 640mm下导轨（Y向）取动导轨长度1 = 320mm动导轨行程1% 260mm支承导轨长度 L = 1b +1 = 320 + 260 = 580mm3.4.3导轨工作负载计算： 导轨基本额定动负载的计算：C = F + W + 叩=93 + 399 + 850 = 1342 NC 动 x = F 铣 + W、+= 93 +1194 + 850 = 2137 N动r 铣 总 导轨基本额定静负载的计算：C静 X =弓+ K + W = 466 + 399 + 850 =

16、1715 NC = F + W + W，= 466 +1194 + 850 = 2510 N 静r z 总根据以上数据，选择MISUMI公司的SV2RL型导轨，上导轨型号为SV2R24-640，下导轨型号为SV2R24-700，其参数如下：型式HW1滑块尺寸导轨尺寸BL1L2WP1S1ETBET1H1Cd x G x hNP2滑块SV2RL249.5344125426M477206512.5153.5 x 6 x 4.52060基本定负载静态容许力矩重量HC（动）KNco （静）KNM1 - M 2N - MM3N - M滑块kg滑块标准型Kg/m245.08.2333570.151.53.5

17、滚珠丝杠的计算和选择滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削 时的情况计算。3.5.1最大动负载Q的计算Q =字寸子式中L为寿命经查询机械设计手册得 当有冲击运转时，运转系数fw= 1.5 2.5，本设计 取fw = 2；精度等级为3级，其精度系数fH = 1.1 。_ 60 nT_ 1000 VL ._p- .-i-t n A4ax10 6 式中t ，其中 V 0.48aMaxf又因为使用寿命T 15000h，丝杠螺距t -5mm，X向和Y向的最大进给af 2m/min。 Vm 0.48af 0.48 x 2 0.96m/minn 1000 V& 1000 x 0.

18、96 192 , / minn5 r mn,60 nTL 10 660 x 192 x 150001172 .8（10 6转）X向丝杠的牵引力：P F +1.414 f G式中f 一当量摩擦系数，G - W + WX 铣当 X当XXP F铣 +1.414 f当GX 93 +1.414 x 0.01 x （399 + 850）俐 111NY向丝杠的牵引力：Gy W + WX + Wy + W上式中 P= F铣 +1.414 f当 GyP = F铣+1.414f当Gy 93 +1.414 x 0.01 x （850 + 399 + 499 +1126）牝 134NX向最大动负载：Qx =亨f fH

19、Px =枫眼 x 2 x 1.1 x 111 n 1360NY向最大动负载：Q = 3 工f f P = 3 ,1728 x 2 x 1.1 x 134 n 1642Ny 1 w H Y 七根据给定的有效行程和经济成本的考虑，X向和Y向的丝杠分别选取MISUMI 公司的BSX1205-460和BSX1205-400，然后再使用联轴器。其参数和连接方式如 下：12UOOIW 10（）内为F P指定型的尺寸X-X向视图精度等级型式指定单位mmY螺旋方向循环数基本额定负载Type丝杠轴 外径螺距LXLYL - 70Ly - 70右2.5圈1列C动（KN）C。静（KN）C3BSX1254604003.

20、744.9PABTdd1hFD滚珠直径（cm）滚珠丝杠预紧力 （N - cm）84434104.584.415303.1751.553.5.2滚珠丝杠螺母副几何参数的计算:名 称符号计算公式和结果螺纹滚道公称直径d12螺距0t5接触角P30。名称符号计算公式和结果钢球直径d n3.175螺纹滚道法面半径0RR = 0.52d 0 = 1.651偏心距ee = (R - d / 2) sin p = 0.032 0-:螺纹升角YY = arctgn 7.6。nd 0螺杆螺杆外径dd = d -(0.20.25)d = 11.365螺杆内径d00d = d + 2e - 2 R = 8.762螺杆

21、接触直径ldl0d = d 一 da cos p = 9.25螺母螺母螺纹外径zDz00D = d 一 2e + 2R = 15.238螺母内径（外循环）D 10D = d + (0.2 0.255)d = 12.6353.5.3传动效率计算门= 即nY一丝杠螺纹升角；0摩擦角。tan(y +0)式中：门tanY =tan6.057 . 0 97tan(Y+0) tan(6.057 + 0.17)*3.5.4刚度验算L滚珠丝杠受工作负载P引起的导程0的变化量：AT , PLAL = 0EF由于Y向所受牵引力最大，所以应采用Y向参数计算：P = p - 134N，L0 = 0.5cm，E = 2

22、0.6 x 106 N / cm2,F =兀R2 = 3.14 x （di ）2 = 3.14 x（0.8762）2 n 0.622所以 AL = % = 134x0.5= 5.4x 10-6cmEF20.6 x 106 x 0.6丝杠因受扭矩而引起的导程变化量很小，可以忽略。 所以导程总误差：A V 100 U,m 100A = AL= 5.4x 10-6 xw 1.1|imL0.50查表得该3级精度的丝杠允许误差为12rm，所以刚度足够。3.6滚珠丝杠支座设计与计算在本设计里，采用一端固定，另一端简易支承的方案。则产生失稳的临界负载F =争z E1式中l丝杠两端支承距离;f 丝杠支承系数；

23、E 丝杠材料弹性模量，对钢E = 20.6x 10（N/cm2）I = d 4 = 314 x 8.7624 w 28964 164丝杠支持方式系数表如下:方式一端固定一端自由两端简易一端固定一端简支两端固定fz0.251.002.004.00所以：F = 口 = 2x342 x20.6x289 x 106 w 2264597202K 12临界负载Fk与最大工作负载Q之比称为稳定安全系数nK，如果稳定安全系数气大于或等于许用安全系数，则丝杠不全失稳。许用安全系数一般取2.54。由于Y向的工作负载最大，所以n = F =竺塑=138 4k Q 1642所以稳定性良好。在简易支承座中采用一个630

24、0的深沟球轴承，在固定支座中采用一个51200推力轴承和一个6300深沟球轴承。它预紧时只需调节螺母，方案见图纸A13.7确定齿轮传动比步进电机的步进角初选为1.5。，由于滚珠丝杠的螺距I = 5mm，经济铣床的 系统脉冲当量5 = 0.01 - 0.005mm / step所以要实现脉冲当量8 = 0.01mm / step，传动，其齿轮比为pZ _ 8 x 360。 0.01 x 3601 - Z 一 9 t 1.5 x 5在传动系统中应该加一对齿轮降速=0.482b通过翻阅机械设计基础和计算选取，=24,Z2=50。3.8确定齿轮模数及有关尺寸因为传递的扭矩较小，取模数m = 1mm，齿

25、轮有关尺寸见下表:Z2450d = mZ（mm）2450d = d + 2m （mm）2652d寸=d - 2x 1.25m （mm）21.547.5b = （3 - 6）m（mm）55a =壬幺（mm）373.9步进电机惯性负载的计算根据等效转动惯量的计算公式，J = J +（4）2 （J + J ） + M （匕）2 |总 1 Z|_ 232兀式中：七总 折算到电机轴上的惯性负载处-cm2）； J 齿轮Z1的 转动惯量施-cm2）； J2 齿轮Z2的转动惯量（炫-cm2）；J3 滚珠丝杠 的转动惯量（kg -cm2）； M移动部件与工件的质量（kg）。对材料为钢的圆柱零件转动惯量可按下式估

26、算J = 7.8 x 10 -3 D4 L （ kg - cm2 ）式中：D圆柱零件直径（cm）； L零件长度（cm）。所以J = 7.8 x 10-3 x 2.44 x 0.5 注 0.13 kg - cm2）J1 = 7.8x 10-3 x 5.04 x 0.5 牝 2.44 （kg - cm2 ）J2 = 7.8 x 10-3 x 1.54 x 75 - 2.96 kg - cm2则电机轴总转动惯量:ZJ = J +()2 总 1 Z224=0.13 + ()2 x50(2.44 + 2.96) +197.6 x ( 0.5 )22 x 3.143.10步进电机的计算和选用3.10.1步

27、进电机力矩的计算摩擦力矩M (N cmm _ F Lf 一 2 亮 in 1.7kg - cm2式中F0i导轨的摩擦力F0 = f、（F锐+ W总+）； L0丝杠导程（cm）；，、，. Z s齿轮降速比，按计i =亏算；Z门 传动链总效率，一般可取门=.70.85f导轨摩擦系数滚动导轨的摩擦系数一般为；f = 0.0025 0.005所以M说削力；吧总=4 =2兀门i运动部件的重量；w 工件及夹具重量;0 005 x (93 + 1126 + 850 ) x 0 5 n 0.6 N Cm2 x 3.14 x 0.7 x( 50)24附加摩擦力矩M0（ N cm）M = =（1 f 2）02兀门

28、i0式中Fp0 滚珠丝杠预加负荷，一般取1，3Fm，Fm为进给牵引力;L0 丝杠导程（cm）；门0滚珠丝杠未预紧时的传动效率，气=0.97。1F lx 134 x 0.5所以 M =-4 （1一门2） = 3 （1 - 0.972） n 0.14 N cm02珈02 x 3.14 x 0.7 x 5024空载起动时折算到电机轴上的力矩M( N cm)a maxn2兀n小Ma maxJ 8 = J/pax x 10 -2 = J max X 10 -2总 总60 ,总 601a2兀a式中，总传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量（kg cm2）； 电机最大角加速度（ad /s2 ）; n 电机最

29、大转速（r/min）,n = max Xbmax 5360。pta运动部件从停止起动加速到最大进给速度所需要的时间（s）,因 为t=200ms； V 运动部件的最大进给速度（mm/min）；脉冲当量（mm/步）；9b步进电机的步距角（。）；Ma maxn = Vmax X 9b = 2000 X L5 max 5360。0.01360=J = J、60m ax X 10 - 2总、总、t2兀aw 833r/min_2兀nJ max总 601aX 10 - 22 x 3.14 x 833=1.7 xx 10-2 w 7.4N cm60 x 0.2折算到电机轴上的铣削负载力矩Mt (N cm)久式

30、中L1 0, Z技计算；i = -2门Z193 x 0.55.08 N - cm2 x 3.14 x 0.7 x24 快速起动时所需力矩M己-M + M + M。M = M + M + M = 7起4 + 0.6T0.14 8.14N cm 快速进给时所需力矩M = M + M。M, M + M = 0.6 + 0.14 0.74 N cm 最大铣削负载时所需力矩 M = M + M。+ MtM 铣=M + M 0 + M = 0.6 + 0.14 +铣5.08 5.82 N cm齿轮降速比，门0.7 0.85M F 铣 L 0t 2兀门i丝杠导程（cm）；传动链总效率，一般可取经过上述计算后

31、，在M 、M两种力矩中取其大者作为选择步进电机的依 据。对于大多数数控机床来说，因为要保证一定的动态性能，系统时间常数较小， 而等效转动惯量又较大，故电机力矩主要是用来产生加速度的，而负载力矩往往 小于加速力矩，故常常用快速空载起动力矩M作为选择步进电机的依据。3.10.2步进电机的选择目前经济型数控机床中大多采用反应式步进电机，因此在本设计中采用反应 式步进电机。首先根据最大静转矩M mmax初选电机型号，由于步进电机的起动转矩M 与最大静转矩M有如下关系：起 Mjmax寸 人起=0866 R 9.4N - cm若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩为MM =jmaQ 0.3 0.5取

32、安全系数为0.3，则M =jmax一 =竺 r 31.3N.cmQ 0.3 0.5 0.3步进电机最高工作频率最大空载频率：-max 最快进给速度、二2m/mm。为了保证不失步，采取降速措施。V max = 2 x 0.48 = 0.96m /min空max1000Vmax605P1000 X 0.96 = 1600 Hz60 x 0.01最大铣削频率:Vmax最大铣削速度，v= 0.3m/min。=500 Hzf = 000 v = 1000 x 0.3铣max 60560 x 0.01p所以根据以上数据，选取两个55BF004型步进电机，电机的的相关参数如下:型号主要技术参数外形尺寸(mm

33、)重量(N)止 步距角最大静转 矩(N - m)最高空载启动频率(Hz)相数电 压 (V)电 流 (A)外径长度轴径55BF0041.50.4922003273556060.65由于只靠最大静转矩M来选择步进电机不一定能满足实际工作时的要求，也就是说，尽管最大静转矩勒数值能满足要求，但是并不能保证在快速/ max空载起动和运行时不失步。所以还必须用起动矩频特性和运行矩频特性两条重要 的性能曲线来检查所选步进电机的型号是否能满足要求。A M(N.cm) 55BF004运行矩频特性605040302010 总转，-一f76rh1七4-壬14k匚|+土 1T 6h十通过JY电机的-jZ频特性*史频特

34、析，电A)tn专矩大于-TT、匚矩， 刀J=L M电/ M 的审匕，1 H口 FW9字女刁、。XY工作台（纵向）装配图见图纸（一）第四章控制系统硬件设计4.1确定硬件电路的总体方案X-Y数控工作台控制系统硬件框图如下：4.1.1主控制器CPU的选择随着微电子技术水平的不断提高，单片微型计算机有了飞跃的发展。单片机的型号很 多，而目前市场上应用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比较多，MCS-51系列单片机是集中 CPU，I/O端口及部分RAM等为一体的功能性很强的控制器。只需增加少量外围元件就可以 构成一个完整的微机控制系统，并且开发手段齐全，指令系统功能强大，编程灵活，硬件资 料丰富。如目前

35、应用最广的8位单片机8031，价格低廉，而性能优良，功能强大。从本设 计的系统来看，选用8031单片可以获得较高的性价比。4.1.2.存储器扩展电路设计程序存储器的扩展单片机应用系统中扩展用的程序存储器芯片大多采用EPROM芯片。其型号有：2716, 2732，2764，27128，27258，其容量分别为 2K,4K,8K,16K,32K。在选择芯片时 要考虑CPU与EPROM时序的匹配。8031所能读取的时间必须大于EPROM所要求的读取时间。 此外，还需要考虑最大读出速度，工作温度以及存储器容量等因素。在满足容量要求时，尽 量选择大容量芯片，以减少芯片数量以简化系统。综合以上因素，选择2

36、764芯片作为本次 设计的程序存储器扩展用芯片。单片机规定P0 口提供8为位地址线，同时又作为数据线使用，所以为分时用作低位地 址和数据的通道口，为了把地址信息分离出来保存，以便为外接存储器提高低8位的地址信息，一般采用74LS373芯片作为地址锁存器，并由CPU发出允许锁存信号ALE的下降沿，将 地址信息锁存入地址锁存器中。由以上分析，采用2732EPROM芯片的程序存储器扩展电路框图如下所示:数据存储器的扩展由于8031内部RAM只有128字节，远不能满足系统的要求。需要扩展片外的数据存储 器。单片机应用系统数据存储器扩展电路一般采用6116,6262静态RAM数据存储器。本次设 计选用6

37、264芯片作为数据存储器扩展用芯片。其扩展电路如下所示：的与各个外围芯片进行数据传送。故要进行片选控制。由于外围芯片与数据存储器采用统编址，因此单片机的硬件设计中，数据存储器与外围芯片的地址译码较为复杂。可采用线选 法和全地址译码法。线选法是把单独的地址线接到外围芯片的片选端上，只要该地址线为低 电平，就选中该芯片。线选法的硬件结构简单，但它所用片选线都是高位地址线，它们的权 值较大，地址空间没有充分利用，芯片之间的地址不连续。对于RAM和I/O容量较大的应用 系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线的时候，多采用全地址译码法。它将低位 地址作为片内地址，而用译码器对高位地址线进行译码，译

38、码器输出的地址选择线用作片选 线。存储器扩展电路设计8031单片机所支持的存储系统起程序存储器和数据存储器为独立编址。该设计选用程序存储器2764和数据存储器6264组成8031单片机的外存储器扩展电路， 单片机外存储器扩展电路如下：G 74LS373FiAo-A? Ae-Ai： OE 2732 CE-Da - D?Me幻 AaAliAd r-A? Aa-An-5e 2732 ce加 了 AmSCE 6264 RDDa l )7两AaAuCE 624 RD Da - Dt3E 2732 CEDd z DtyAb-Ai2CE 626+ RDCi”。严lI/O扩展电路设计(a).通用可编程接口芯片

39、81558031单片机共有4个8位并行I/O接口，但供用户使用的只有P1 口及部分P3 口线。 因此要进行I/O 口的扩展。8155与微机接口较简单，是微机系统广泛使用的接口芯片。8155 与8031的连接方式如下图所示INToINTiAD7器Y.WR I0/M A.LEPA?PBdItmoutFEbPGqItmrin7RESETP0(b).键盘，显示器接口电路键盘，显示器是数控系统常用的人机交互的外部设备，可以完成数据的输入和计算机状 态数据的动态显示。通常，数控系统都采用行列式键盘，即用I/O 口线组成行，列结构，按 键设置在行列的交点上。数控系统中使用的显示器主要有LED和LCD。下图所

40、示为采用8155接口管理的键盘， 显示器电路。它有4X8键和6位LED显示器组成。为了简化秒电路，键盘的列线及LED显 示器的字位控制共用一个口，即共用8155的PA 口进行控制，键盘的行线由8155C 口担任， 显示器的字形控制由8155的PB 口担任。键盘显示器接口电路如下所示：74071-11-1i_i i_ii_i i_ii_ii_ii_i i_ii_i i_iA3 C匚E F3 H4.1.3步进电机驱动电路设计 脉冲分配器步进电机的控制方式由脉冲分配器实现，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲 按一定的分配方式和顺序输送给步进电机的各相绕组，实现电机正反转。数控系统中通常 使用集成脉冲分