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1、华南农业大学珠江学院毕业论文 单片机普通车床简易数控装置硬件设计 指导教师： （教授） 系： 信息工程系 年级专业：09级电气工程及其自动化 提交日期： 2013年4月09日 答辩日期： 2013年4月20日 答辩委员会主席（签名）： 评阅人（签名）： 年 月 日摘 要数控加工技术的应用是机械造业的一次技术革命，其广泛的应用给传统的制造业的生产方式、产品结构带来了深刻的变化，也给传统的机械、机电专业的人才带来了新的机遇和挑战。在此，本课题主要是以STC89C52单片机为核心，结合8255芯片作为简易数控车床控制系统。本设计通过单片机最小系统、单片机I/O口外扩电路和其他其他电路模块结合来实现本
2、设计功能。主要包括STC89C52单片机最小系统、单片机I/O口外扩电路模块，键盘显示电路模块。本论文说明了简易车床数控系统的模拟生产过程，在普通车床上采用适合现场实时控制的MCS51系列单片机作为控制器，步进电机作为驱动执行元件，其控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出信号，外接LED灯模拟控制步进电机的纵向、横向的进给运动，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统并叙述了系统的组成原理和硬件设计，以提高加工精度和扩大车床使用范围，并提高生产效率。关键词：数控系统；单片机；步进电机AbstractApplication of NC machining technology is
3、 a technology revolution of the machinery industry ,the traditional manufacturing industry has brought profound changes between the mode of production and product structure because of its wide application.Here, this paper is based on the STC89C52 microcontroller as the core, as a simple numetrical c
4、ontrol lathe control system with 8255 chip. This design wants to achieve the function through the design of the minimun system of the one-chip computer, microcontroller I/O port expansion circuit and other circuit module combination., and it mainly includes STC89C52 minimum system microcontroller, S
5、CM I/O port expansion module circuit, keyboard and display circuit module.This paper illustrates the simulation of the production process of simple lathe CNC system, MCS-51 series microcontroller suitable for on-site real-time control on the lathe as controller, Stepper Motor became the driving actu
6、ators and control system processed signal with a output signal from the I / O interface, External LED lights simulate control stepper motors vertical and horizontal feed movement, which describe the principle and composition of hardware system. Because of the amount of angular displacement of the st
7、epper motor, and is proportional to the number of the command pulse is proportional to the number, it related with the direction of rotation and the power phase sequence.Keywords: CNC system; chip microcomputer; step motor设计说明设计任务主要是以深圳宏晶科技有限公司生产的STC89C52RC单片机为主控制器。普通车床简易数控装置硬件设计有以下几点基本要求：（1）控制单元需具有
8、成本低、功耗低、效率高、功能强大、程序编译简单等优点；（2）驱动芯片的选择需要具有大功率输出，而且简单实用的特点，键盘的选型和排列组合简洁；（3）扩展存储器电路简单，使得软件程序编制简单与使用仿真软件调试方便；（4）硬件结构设计合理，突出模块化设计，易于修改和补充；（5）硬件功能模块划分得当，便于判断故障和维修；（6）显示功能，能够让使用者实时方便观察步进电机的工作情况。针对上述要求，我们设计出了适合本设计的一套硬件系统，设计主要内容为：（1）单片机最小系统模块：整个控制系统都是依靠单片机来完成。根据本人自身对52系列单片机的熟悉程度以及该系列单片机具有应用场合广泛、成本低且功能强大和程序编译
9、简单的特点，因此选择52系列单片机组成的最小系统最为本设计的主要控制部件是比较合理的选择；（2）整个系统分为键盘模块、显示模块和扩展模块；（3）设计过程中选择了共阴极数码显示管，可以方便接线和调试。在做这个设计的过程中，本人查阅了很多的相关资料，其中主要技术资料是STC89C52RC单片机和8255芯片的资料。关键词：STC89C52；单片机；键盘；数码管目 录1 引言11.1 本课题研究的目的与意义11.2 国内的发展状况11.3 国外的发展状况32 系统总体介绍42.1 系统总体方案论证与选择42.2 系统设计功能62.3 系统设计结构62.3.1 组成结构63 普通车床简易数控装置硬件设
10、计73.1 STC89C52的介绍73.1.1 功能特点73.1.2 引脚功能说明73.2 单片机I/O口外扩芯片82C55103.2.1 82C55的引脚描述103.2.2 STC89C52和82C55连接的电路结构图113.2.3 工作方式选择控制字及端口PC置位/复位控制字123.2.4 82C55的工作方式0133.3 扩展外部RAM133.4 键盘/显示器接口设计153.4.1 LED数码管结构和原理153.4.2 键盘接口的工作原理163.4.3 行列式键盘接口174 步进电机控制技术194.1 步进电机的工作原理194.2 步进电机的选择方法204.3 步进电机的驱动电路设计21
11、4.3.1 达林顿管ULN2003224.3.2 ULN2003引脚描述234.3.3 ULN2003内部电路结构244.4 光电隔离及功率放大254.4.1 光电隔离原理254.4.2 功率放大电路265 使用Proteus软件进行仿真测试及调试285.1 Proteus介绍及应用285.2 各模块的调试与检测315.2.1 89C51与8255接口电路的调试及仿真315.2.2 显示电路的调试及仿真315.2.3 矩阵键盘电路的调试及仿真336 实物调试346.1 STCISP单片机程序下载软件简介346.2 硬件实物调试347 结论36参考文献37致谢381 引 言21世纪初，数控系统技
12、术以新的体系结构、新的技术思路迅速发展，数控系统体系结构由专用型封闭式向通用型开放式发展，数控系统的性能和功能向智能化、高速、高精发展。单片机是一种采用超大规模集成电路的芯片，其构成的系统具有体积小、功耗低、扩展灵活等特点，决定它在工业控制、智能化仪器、信息处理和通信体系等领域被广泛应用。数控技术是先进制造技术中的一项核心技术，对加工设备实习高速、高效、高精度和高可靠性起着举足轻重的作用8。数控系统采用开发体系结构，使得数控系统拥有新的生命力。开放式数控系统打破传统数控系统所存在的缺乏标准缺口和共同性，解决了不同品牌的系统互不兼容的封闭式体系结构的问题。一个开放式系统能使得各种应用系统可以有效
13、地运行于不同供应商提供的不同平台之上，可以与其他应用系统相互操作，并具有风格一致的用户交互界面。1.1 本课题研究的目的与意义数控机床作为高精度的自动化机床，是实现制造技术和装备现代化的基石，综合应用了电子技术、计算机系统、自动控制和机床制造等领域的先进技术，在机械制造业中发挥着重要的作用。自五十年代末世界上第一台数控机床在美国研制成功的半个多世纪以来，数控技术正在发生根本性变革，由专用封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。车床是我国机械金属加工最常用的一类机床，它能够加工复杂、精细的零件。车床工作模式加工精度高、专业性强、容易装备，可以实现多工序集中的加工。数控机床进给
14、系统主要在于接受数控装置发送的指令信号，步进电机作为数控系统的关键性执行元件之一，可以有效地跟随CPU发出的指令脉冲运动，从而保证了每一步动作的准确性和快速性。通过学习和查询资料了解步进电机的工作原理，对认识数控机床起着重要的辅导作用4。1.2 国内的发展状况随着我国国民经济与高技术产业的快速发展，数控机床需求日益旺盛，据初步统计，近年来产量持续地以年均增长超过30%的速度快速增长，2004年数控机床的产量达到了52000台以上，同比年增长率为40%，数控机床的消费量约为74000台，同比年增长率为32%。在数控机床的技术水平方面，由于市场需求的拉动，中高档数控机床的发开也取得了较大的进展，在五轴联动、复合加工、超精加工和数字化设计等一批关键技术上取得了突破，并形成了一批中档数控机床产业化基地。“十五”期间，国家科技部将数控机床列为制造业信息化工程的三大重点之一，在863计划和科技攻关计划中分别安排了“精密制造与数控关键技术应用与示范”和“数控关键技术与装备产业化支撑技术及应用”项目。经过多年的努力，现已取得重要的阶段性研究成果,见图1.15。图1.1 江西仪表机床厂但是，另一方面进口的数控机床数量也在逐年增加，而且进口数控机床消费额的增长趋势更快。我国在2
