x-y工作臺(tái)課程設(shè)計(jì).doc

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課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 課程名稱(chēng)： 設(shè)計(jì)題 專(zhuān) 班 姓 名 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教 設(shè)計(jì)時(shí)間：2016年12月29日—2017年 1 月 6 日 目錄 一、課程設(shè)計(jì)的題目及要求 1 1、題目 1 2、要求 1 二、總體方案的確定 2 三、XY二維工作臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 1、工作臺(tái)的初步設(shè)計(jì) 3 2、滾動(dòng)導(dǎo)軌的參數(shù)確定 3 3、滾珠絲桿計(jì)算、選擇 4 4、步進(jìn)電機(jī)的選擇 7 5、齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì) 7 6、步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載計(jì)算 8 7、機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)裝配 11 四、XY二維工作臺(tái)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 12 1、硬件電路總體方案設(shè)計(jì) 12 2、主控制器的選擇 13 3、鍵盤(pán)、顯示接口電路設(shè)計(jì) 14 4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 15 5、其它輔助電路設(shè)計(jì) 15 五、系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì) 16 1、開(kāi)發(fā)環(huán)境和設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)介 16 2、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容 18 3、鍵盤(pán)、顯示子程序的設(shè)計(jì) 19 4、步進(jìn)電機(jī)控制子程序的設(shè)計(jì) 20 六、課程設(shè)計(jì)的心得和體會(huì) 22 參考文獻(xiàn) 23 一、課程設(shè)計(jì)的題目及要求 1、 題目：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的XY二維工作臺(tái)設(shè)計(jì) 已知條件：定位精度：0.01mm，滾珠絲杠及導(dǎo)軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊，各題目的有效行程、快速進(jìn)給速度和工作載荷見(jiàn)下表： 表1工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)要求表 題號(hào) 有效行程(mm) 快速進(jìn)給速度(mm/min) 工作載荷Fz (N) Lx Ly vmax vymax 17 700 500 2000 2500 1200 2、要求 1.程設(shè)計(jì)應(yīng)在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成，嚴(yán)格地要求自己，不允許互相抄襲。 2.認(rèn)真閱讀《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》，明確題目及具體要求； 3.認(rèn)真查閱題目涉及內(nèi)容的相關(guān)文獻(xiàn)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)； 4.大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設(shè)計(jì)方案； 5.機(jī)械部分和驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)思路清晰，計(jì)算結(jié)果正確，選型合理； 6.微機(jī)控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理，軟件框圖正確； 7.繪制機(jī)械系統(tǒng)零件圖一張（A3）、裝配圖一張（A3），控制系統(tǒng)硬件電路原理圖一張（A3），編寫(xiě)軟件代碼一份，圖紙符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，布圖合理，內(nèi)容完整表達(dá)清晰； 8.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（不少于5000字），包括：目錄，題目及要求，總體方案的確定，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，參考文獻(xiàn)等。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)敘述清楚、表達(dá)正確、內(nèi)容完整、技術(shù)術(shù)語(yǔ)符合標(biāo)準(zhǔn)。 2、 總體方案的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)確定系統(tǒng)的總體機(jī)械和控制系統(tǒng)方案：進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方案的確定，伺服電機(jī)類(lèi)型及調(diào)速方案確定，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。進(jìn)行方案的分析、比較和論證。 1、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式與控制方式 采用連續(xù)控制系統(tǒng)，開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制方式?？紤]到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，建議大多數(shù)同學(xué)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 建議采用教科書(shū)上的MSC-51系列單片機(jī)?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)該包括微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等。系統(tǒng)的工作程序和控制指令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。采用數(shù)碼管顯示加工和工作狀態(tài)等信息。 3、 XY二維工作臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、工作臺(tái)的初步設(shè)計(jì) 1.1、確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量δp是一個(gè)進(jìn)給指令時(shí)工作臺(tái)的位移量，應(yīng)小于等于工作臺(tái)的位置精度，一般為0.01~0.005mm，本次設(shè)計(jì)取值0.005mm. 1.2、工作臺(tái)的初步設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的有效行程，畫(huà)出工作臺(tái)簡(jiǎn)圖，如下： 圖1 工作臺(tái)簡(jiǎn)圖 估算X向和Y向工作臺(tái)承載重量WX和WY， 取x向?qū)к壷武撉虻闹行木?00mm，y向?qū)к壷武撉虻闹行木?80mm,工作臺(tái)的材料為號(hào)鋼，其密度為，（?。? 工作臺(tái)重量的估算如下： X向拖板（工作臺(tái)上拖板）的尺寸為： 重量: Y向拖板（工作臺(tái)下拖板）的尺寸為： 重量: 導(dǎo)軌座的尺寸依據(jù)XY向的行程選?。? 上導(dǎo)軌的重量主要包括了導(dǎo)軌座、導(dǎo)軌副以及電機(jī)的重量，查閱南京工藝裝備制造有限公司的導(dǎo)軌副型號(hào)及其質(zhì)量，得到上導(dǎo)軌的重量為： 另外，包括滾珠絲杠、電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器等一些部件約重100N X-Y工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分的總重量為: 2、滾動(dòng)導(dǎo)軌參數(shù)的確定 根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)；fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌： 依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷C(kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln： (hour) 由設(shè)計(jì)的要求知道，工作臺(tái)工作時(shí)收到的是中等沖擊，故靜安全系數(shù)取4.0 由以上算出來(lái)的額定靜載荷初選導(dǎo)軌，選擇型號(hào)為GGC128AK（南京工藝裝備制造有限公司制造）。 表2 直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副相應(yīng)參數(shù) 導(dǎo)軌副尺寸 滑塊尺寸 H W r B1 L1 B2 L1 Mil0 B2 M2 L2 16 8.5 10 40 46.4 25 20 M33.5 6 M4 32.4 導(dǎo)軌尺寸 額定動(dòng)載 C(KN) 額定靜載 C0(KN） 重量 B1 H1 dDh 單根最大長(zhǎng)度（mm） 滑塊/個(gè) 導(dǎo)軌/米 24 8.5 4.584.5 1200 4.45 4.6 0.06 1.87 由公式計(jì)算得： 由以上計(jì)算驗(yàn)證該導(dǎo)軌滿(mǎn)足使用的要求。 3、滾珠絲桿計(jì)算、選擇 初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm。 3.1、強(qiáng)度計(jì)算 絲杠軸向力： (N) 式中：K=1.15，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車(chē)床車(chē)削外圓時(shí)：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計(jì)算。 取f=0.004，受到垂直載荷=1200N,則： =0.51200N=600N =0.61200=720N =1.15600+0.004(1200+376.6)N=763N =1.15720+0.004(1200+367)N=891N 滾珠絲杠壽命系數(shù)：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min) X方向：=r/min=400r/min ==360 Y方向：=r/min=500 450 最大動(dòng)載荷： 式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時(shí)為1.0。 本設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求取fW=1.3,fH=1.0 X方向的滾珠絲杠： =7056.2N =8876.2N 根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動(dòng)載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號(hào),參考《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表3-31,選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列2005-3型滾珠絲桿副，相應(yīng)的參數(shù)為： 表3 2005-3型滾珠絲桿相應(yīng)參數(shù) 型號(hào) 公稱(chēng)直徑/mm 基本導(dǎo)程/mm 鋼球直徑/mm 絲杠底徑/mm 絲桿外徑/mm 循環(huán)列數(shù) 油環(huán)/m 額定載荷/N 動(dòng)載荷 靜載荷 2005-3 G GD M 20 5 3.175 16.2 19.3 3 32 9309 21569 螺母安裝尺寸 mm 剛度N/um D L B H G G GD 36 60 48 46 80 11 6 5.8 10 234 467 為內(nèi)旋壞固定反向單螺母式，它的公稱(chēng)直徑是20mm，導(dǎo)程是5mm，循環(huán)滾珠為3圈1列，精度等級(jí)要求不高，可以取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為9309N，大于，滿(mǎn)足要求。 3.2、傳遞效率的計(jì)算 絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： 式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角；已知公稱(chēng)直徑=20mm，導(dǎo)程=5mm,帶入螺旋角計(jì)算公式得=。將摩擦角φ=10’帶入效率計(jì)算公式得： =0.96 3）、穩(wěn)定性驗(yàn)算 若絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算，本次設(shè)計(jì)中絲桿兩端選用深溝球軸承，故須進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算： 式中 ：實(shí)際承受載荷的能力，N； ：壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù)，本次設(shè)計(jì)中為單推—單推式，查閱表3-41，取1； ：鋼的彈性模量，E=2.1x1011Pa； ：滾珠絲桿底徑的抗彎截面慣性矩，； ：壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為2.5-4，垂直安裝時(shí)取最小值，本次為臥式安裝，取3. ：為絲杠長(zhǎng)度，由設(shè)計(jì)要求知x方向和y方向的有效行程分別為700mm和500mm。 由以上的計(jì)算可知,所以絲桿滿(mǎn)足使用要求，合格。 3.4、剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm) Y向收到的軸向力較大，故只需計(jì)算Y向的剛度，取==891N =2.1 ==1.01m=1.01cm =1.01=2μm/m E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m <[ Δ],故滿(mǎn)足剛度要求。 4、步進(jìn)電機(jī)的選擇 初選電機(jī)的步距角為：α=0.75?/step 5、齒輪計(jì)算、設(shè)計(jì) 初選電機(jī)的步距角為：α=0.75?/step，計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比： 傳動(dòng)比： 取大齒輪的齒數(shù)為75，小齒輪的齒數(shù)為36，大小齒輪的材料均為45號(hào)鋼； 由于齒輪生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高，故選擇軟齒面齒輪； 有前面的計(jì)算知齒輪傳遞的扭矩較小，選取齒輪的模數(shù)m=1mm，則齒輪相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算為： 分度圓直徑：36mm，75mm； 齒頂圓直徑：38mm，=77mm； 齒根圓直徑：=33.5mm，=72.5mm； 中心距：a=m（）/2=50.5mm； 分度圓直徑：； 大小齒輪均采用將開(kāi)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪。 1、2--薄齒輪, 3—彈簧, 4、8—凸耳, 5—調(diào)節(jié)螺釘, 6、7—螺母 圖2 雙片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu)圖 6、步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載計(jì)算 6.1、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的工作臺(tái)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw： = 折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的齒輪1、齒輪2的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz1，Jz2： =3.21kg ==5.41kg 折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js: 0.86Ckg 折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： (kgcm2)=(5.35+3.21+1.44)kg/=10.0kg 6.2、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 計(jì)算加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩，分為快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。 空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩： (Nm) u--導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌去0.005； W--工作臺(tái)垂直方向受到的切削力載荷重量； --為考慮絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，去0.8； 帶入上式計(jì)算的: (Nm) 工作時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： (Nm) X方向：=(Nm)=0.373(Nm) Y方向：=(Nm)=0.434(Nm) =0.434(Nm) 6.3、起動(dòng)慣性阻轉(zhuǎn)矩計(jì)算: (Nm) 式中電機(jī)轉(zhuǎn)速ωm=2πnm/60, Δt--起動(dòng)加速時(shí)間，取值為0.025s； --對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電機(jī)最高速度，單位為r/min; --空載最快移動(dòng)速度，本次設(shè)計(jì)中給的是y方向最快為2500mm/min; --步進(jìn)電機(jī)的步距角，預(yù)選電機(jī)為； 帶入相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算得： ωm=2πnm/60=107rad/s =(Nm)=0.428(Nm) 6.4、步進(jìn)電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 (Nm)=0.011+0.434+0.428(Nm)=0.873(Nm) 步進(jìn)電機(jī)的選擇： 為使步進(jìn)電機(jī)正常起動(dòng)（不失步），其起動(dòng)力矩應(yīng)滿(mǎn)足： 取=2.18(Nm) 步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行頻率為： =8333Hz 綜合以上計(jì)算的參數(shù)，參照《機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表4-5選擇永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為90BYG2062，電機(jī)的主要參數(shù)如下： 表4 90YG2062型電機(jī)相應(yīng)參數(shù) 型號(hào) 相數(shù) 步距角 /() 電壓 /V 電流 /A 最大靜轉(zhuǎn)矩/（Nm） 空載啟動(dòng)頻率/Hz 空載運(yùn)行頻率Hz 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/(Kg) 90BYG2062 2/4 0.75/1.5 100 4 6 1800 20000 4 6.5、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的校核，任務(wù)書(shū)給定的工作平臺(tái)的工作速度最大為2500mm/min，脈沖當(dāng)量為0.005mm，由公式： 查閱90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性圖可以知道，在這個(gè)頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Nm，遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載Nm滿(mǎn)足工作要求。 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核：設(shè)工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度3000mm/min,求出相應(yīng)： 同理查的在該頻率下的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Nm,大于啟動(dòng)慣性轉(zhuǎn)矩N，滿(mǎn)足要求。 最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核：與Vmax=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)fmax=10000HZ,而90BYG2602電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá)20000HZ，可見(jiàn)沒(méi)超出上限。 起動(dòng)頻率的計(jì)算：已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，由電動(dòng)機(jī)的參數(shù)知道電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電動(dòng)機(jī)不帶任何負(fù)載時(shí)的空載啟動(dòng)頻率=1800Hz,計(jì)算得步進(jìn)電機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率： =962Hz 上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候啟動(dòng)頻率都必須小于962Hz，在實(shí)際的軟件升降頻時(shí)，啟動(dòng)頻率選的更低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）. 綜合上面的設(shè)計(jì)選擇及驗(yàn)證，說(shuō)明本次選用的步進(jìn)電機(jī)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。 7、 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)裝配 依據(jù)前面計(jì)算得工作臺(tái)、導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座的尺寸，可以確定整個(gè)工作臺(tái)的的整體尺寸，依據(jù)工作的加工要求、工況要求，計(jì)算得到直線(xiàn)導(dǎo)軌副、滾珠絲桿、步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)型號(hào)，最后確定畫(huà)出X-Y工作平臺(tái)的裝配圖和零件圖。裝配圖和零件圖見(jiàn)相應(yīng)的CAD圖紙。 四 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 1、硬件電路總體方案設(shè)計(jì) 1.1設(shè)計(jì)步驟 １.按照總統(tǒng)方案以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的方案，并繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖； ２.選擇計(jì)算機(jī)或中央處理單元的類(lèi)型； ３.根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路； ４.根據(jù)控制對(duì)象以及系統(tǒng)工作要求設(shè)計(jì)檢測(cè)電路，轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動(dòng)電路等； ５.選擇控制電路中各器件及電氣元件的參數(shù)和型號(hào)； 1.2確定硬件電路的總體方案 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由以下幾部分組成： 1)主控制器。即中央處理單元CPU 2)總線(xiàn)。包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)，地址總線(xiàn)，控制總線(xiàn)。 3)存儲(chǔ)器。包括只讀可編程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 4)接口。即I/O輸入輸出接口。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖如下所示： CPU I/O 接口 信號(hào)變換 接口 控制 對(duì)象接口 存儲(chǔ)器 RAM ROM 外設(shè) 圖3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖 2、主控制器選擇 MCS-51系列單片機(jī)是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。只需增加少量外圍元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)，并且開(kāi)發(fā)手段齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，編程靈活，硬件資料豐富。本次設(shè)計(jì)選用8052芯片作為主控芯片。 3、鍵盤(pán)顯示接口電路設(shè)計(jì) 圖4 鍵盤(pán)顯示器 4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 4.1、光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，單片機(jī)輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。如果將輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起電氣干擾。因此在接口電路與功率放大器間加上隔離電路實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用光電耦合器。 圖5 光電隔離電路 4.2、功率放大器 脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足步進(jìn)電機(jī)的需要，必須將其輸出信號(hào)放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此必須選用功率放大器，需根據(jù)步進(jìn)電機(jī)容量功率放大器。 圖6 ULN2803芯片 5、其他輔助電路設(shè)計(jì) 5.1、8052的時(shí)鐘電路 　　內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1,XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，如下圖所示。晶體可以在1.2~12之間任意選擇，耦合電容在5~33pF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，可將XTAL1直接接地，XTAL2接外部時(shí)鐘源。 圖7 8052時(shí)鐘電路 5.2、復(fù)位電路 　　單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平，單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位。 圖8 復(fù)位電路 5.3、越界報(bào)警電路 為了防止工作臺(tái)越界，可分別在極限位置安裝限位開(kāi)關(guān)。8052利接成從光敏三極管的集電極輸出接至8051的外部中斷引腳（INT0或INT1），采用中斷方式檢查越界信號(hào)。 五 系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1、開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)介 Proteus ISIS是美國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是： ① 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 ② 支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。 2、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容 按照功能可將控制系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾部分內(nèi)容： 系統(tǒng)管理程序：接收命令、執(zhí)行命令及從命令處理程序返回到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)， 使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。 伺服控制程序：根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果或操作者的命令控制伺服電轉(zhuǎn)角及方向。 診斷程序：超行程處理、緊急停機(jī)處理、系統(tǒng)故障診斷、查錯(cuò)等。 鍵盤(pán)操作和顯示處理程序：監(jiān)視鍵盤(pán)操作、顯示加工程序、操作命令等。 3、鍵盤(pán)、顯示子程序設(shè)計(jì) 3.1時(shí)間常數(shù)的確定 在步進(jìn)電機(jī)控制程序中，利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷，延時(shí)產(chǎn)生進(jìn)給脈沖的時(shí)間間隔。此間隔由送入定時(shí)器的時(shí)間常數(shù)決定。時(shí)間常數(shù)由下式計(jì)算： 3.2程序設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)初始化 N 按鍵？ Y flag清零 輸出脈沖并計(jì)數(shù) 顯示移動(dòng)位移 等待key0關(guān)閉 送入計(jì)數(shù)初值 送入計(jì)數(shù)初值 送入計(jì)數(shù)初值 送入計(jì)數(shù)初值 等待定時(shí)器中斷 等待定時(shí)器中斷 等待定時(shí)器中斷 等待定時(shí)器中斷 系統(tǒng)停止 direction=1 direction=2 direction=3 direction=4 Key0按下 Key1按下 Key2按下 Key3按下 Key4按下 Flag=3，y軸步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) Flag=2，x軸步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) Flag=1，x軸步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) Flag=4，y軸步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)  6、 課程設(shè)計(jì)的心得和體會(huì) 這次的課程設(shè)計(jì)是一次綜合性的設(shè)計(jì)，對(duì)我們的要求較高，需要我們掌握較好的機(jī)械知識(shí)和電氣方面的，能將理論的知識(shí)運(yùn)用實(shí)踐之中，對(duì)我們的技能要求主要是：知識(shí)的正確運(yùn)用、設(shè)計(jì)的整體思想、CAD軟件、proteus軟件、keil軟件及相應(yīng)專(zhuān)業(yè)相關(guān)軟件的熟練運(yùn)用，該課程設(shè)計(jì)是機(jī)械課程當(dāng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)通過(guò)了2周的課程設(shè)計(jì)使我從各個(gè)方面都受到了機(jī)械設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，對(duì)機(jī)械的有關(guān)各個(gè)零部件有機(jī)的結(jié)合在一起得到了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)CAD的運(yùn)用能力和熟練程度有了很大的提升，同時(shí)也對(duì)電子方面，包括單片機(jī)、程序、電路都有了很大程度的學(xué)習(xí)和提高。 由于在設(shè)計(jì)方面我們沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，理論知識(shí)學(xué)的不牢固，在設(shè)計(jì)中難免會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的問(wèn)題，如：在選擇計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)件是可能會(huì)出現(xiàn)誤差，如果是聯(lián)系緊密或者循序漸進(jìn)的計(jì)算誤差會(huì)更大，在查表和計(jì)算上精度不夠準(zhǔn)，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，其一使我對(duì)本課程和本專(zhuān)業(yè)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。把我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，有很多標(biāo)準(zhǔn)需要我們耐心再設(shè)計(jì)手冊(cè)上查找，要反復(fù)計(jì)算，并驗(yàn)算、修正計(jì)算結(jié)果，直至達(dá)到國(guó)家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，更進(jìn)一步增強(qiáng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、不怕困難的學(xué)習(xí)態(tài)度，同時(shí)也增進(jìn)了自己的知識(shí)量。 總之，本次的課程設(shè)計(jì)對(duì)自己的培養(yǎng)作用非常的大，在這個(gè)過(guò)程中，積極思考，結(jié)合之前所學(xué)習(xí)的知識(shí)，不懂得查閱相應(yīng)資料或與同學(xué)相互討論，確保得到正確的結(jié)論，但在這個(gè)過(guò)程中熱然還有許多的不足，在今后的學(xué)習(xí)或是工作中會(huì)更多的注意并加以改善。 參考文獻(xiàn) [1] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京理工出版社,2004 [2] 濮良貴.記名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京:高等教育出版社,2003 [3]孫恒.陳作摸.機(jī)械原理.北京.高等教育出版社.2013 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