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1、一、 标题：专业选修课实训电路板自动钻孔机控制设计1、作品照片：2、控制电路照片：二、电路板自动钻孔机的应用及发展、电路功能1、电路板自动钻孔机的应用电路板自动钻孔机是应用于PCB加工过程中钻孔工艺的一种机器，PCB板在装插元件之前必须在板上钻出小孔让元件的针脚可以插入。2、电路板自动钻孔机的发展随着电子产品的便携式、小型化，电器产品的加速升级换代，各种PCB 制造新技术不断出现。主要趋势是向着多层、高密度、高纵横(1/26)比方向发展。如2.6 mm 板可以作到24 层，最小线宽、线距可以做到10 m25 m；因此对PCB 板加工设备需要满足更高要求。市场对设备的精度与效率同时提出了更高的要
2、求，这给设备的制造带来了更大的难度。很久以来，机床的结构设计基本上是依据传统经验设计方法进行的，对其动态性能只做粗略的经验性考虑。为了获得一个满意的结果，经常需要多次循环地试制与修整设计。造成这种状态的主要原因，不仅在于机床是一个由众多零部件组成的复杂结构，还在于多变的动态工作条件下，对它在工作中出现的某些振动的机理及其与各部分结构的定量关系尚不清楚，而且还在于结构动态分析的理论和方法也不够完善，动态分析的计算量又很大，没有先进的仿真与计算工具也无法完成。随着计算机的发展，数字化样机技术又称为机械系统动态仿真技术，得到很快的发展，数字化样机技术是20 世纪80 年代迅速发展起来的一项新技术，是
3、现在汽车和航空领域普遍使用的一种方法，其核心是机械系统运动学和动力学仿真技术，同时还包括3D 建模技术、有限元技术、机械工程学、流体力学、振动力学、电力电子学、电机学、电气传动、精密测量学、计算机学、光学、计算数学、最优化技术等相关技术。工程师在计算机上建立样机模型,对模型进行各种动态性能分析,然后改进虚拟样机设计方案, 用数字化形式代替传统的物理样机。运用数字化样机技术能够缩短研发周期，节约资金，提高产品设计质量。在设计的阶段就采用多学科联合设计、仿真与测试，在虚拟样机阶段就对产品的功能与性能作出预测，通过协调各个系统的参数，使产品的设计指标得到保证；平衡各个学科之间的冲突与干涉，使其达到最
4、佳耦合。可以简化机床产品设计开发过程，将大幅度缩短产品开发周期，减少产品开发费用和成本，明显提高产品性能, 获得最优化和创新的设计产品。对PCB 钻孔机来说，只有通过先进的设计方法和测试手段才能保证产品的高速、高精度、高稳定、低成本。也就是说只有通过有限元分析方法(FEA)和实验模态分析技术(EMA)有机结合起来才能使设计的结果得到保证。具体的实施方案应该是：采用CAE 方法对机床的设计结构可靠性，工艺方法可靠性及材料性能可靠性作分析仿真，同时结合利用振动噪声测试系统，温度场测试系统，激光干涉仪与二维光栅动态精度测试系统，对整机做全面测量与评估，从而揭示整机的固有特性与多种工况响应参数。为设计
5、的创新与优化提供方向与思路，由此，保证PCB 钻孔机的整机动态性能。3、实验使用的直流电机定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成
6、。4、电路功能通过控制电路使电路板钻孔机按照要求为电路板打孔。X轴和Y轴通过安装的两个直流电机分别带动，当移动到相应位置时，Z轴的电机转动，用来打孔。三、电路组成51单片机x轴检测电路y轴检测电路z轴检测电路电机驱动电路电源电路5V的电源为单片机和检测电路供电，12V的电源为电机驱动电路和继电器供电。单片机I/O口用来控制电机的转动以及检测电路。四、电路设计1、电源电路（1）直流稳压电源的组成：（2）、稳压电路接线图整流输出的电压是一个单方向脉动电压，虽然是直流，但脉动较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电池充电等设备）。为了改善电压的脉动程度，需在整流后再加入滤波电路。常用的滤波电路有电容
7、滤波、电感滤波和复式滤波等。电容采用470uf，电容的作用是滤波。用来提高输出电压的稳定性。三端固定式集成稳压器采用的是.（3）三端固定式集成稳压器三端集成稳压器的种类：CW78XX系列：输出正电压；CW79XX系列：输出负电压。如: CW7805 +5V输出电压、CW791212V输出电压。、光电开关电路 电路的工作过程是；接通电源后这时光电断路器Q的输出光电流最大槽中不遮光），使三极管VT截止，VT发射极输出为低电平，单片机I/O口输入低电平。此时若将遮光板切人Q的憎中，则由红外发光二极管发出的红外光被遮住，不能进入光电三极管的接收窗口，于是Q输出光电流很小，近似等于暗电流，从页使三极管V
8、飞由截止变为导通， VT输出由低电平变为高电平,此时单片机计1。当切入光电断路器槽中的遮光板移出时，红外发光二极管发出的红外光射人光电三极管，此时输出光电流最大，于是VT截止。输出由高电平跳变为低电平。遮光板又一次切入光电断路器Q的糟中然后移开时，VT又输出一个上跳沿信号至单片机的输入端，单片机计2。同理，当经过99次遮光后，单片机计99。3、电机驱动电路单片机的I/O口通过控制三极管的导通和截止来间接控制电机驱动电路。当单片机的I/O口输出高电平时，三极管导通，继电器的线圈吸合，电机转动；当单片机的I/O口输出低电平时，三极管截止，继电器的线圈断开，电机停止转动。继电器有着电流大，工作稳定的
9、优点，可以大大简化驱动电路的设计，可以充分利用继电器。利用继电器来控制电流方向来改变电机转向，正反转需要两个继电器驱动电路。4、单片机系统（1）单片机的内部结构MS51单片机结构图一个基本的MCS-51单片机通常包括：中央处理器、ROM、RAM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，各个功能由内部的总线连接起来，从而实现数据通信。其内部框图如图所示。 常见的51单片机中一般采用双列直插（DIP）封装，共40个引脚。图3.2为引脚排列图。其中的40个引脚大致可以分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。（2）单片机最小系统单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。最小系统原理图
10、如上图所示。（3）电源供电模块对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机，51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。（4）复位电路图4.1.2 复位电路图单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用
11、是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。上电复位：STC89系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容
12、的典型值为10K和10uF。按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。（5）振荡电路图4.1.3 振荡电路图单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振用
13、一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。89S51使用12.00MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。 （6）单片机程序#include #include sb
14、it P1_0=P10;sbit P1_2=P12;sbit P1_4=P14;sbit P1_6=P16;sbit P2_7=P27;sbit P2_5=P25;sbit P2_2=P22;sbit P2_1=P21;sbit P2_0=P20;void zhuan_z(int);void zhuan_x_you(int);void zhuan_x_zuo(int);void zhuan_y_hou(int);void zhuan_y_qian(int);voidmain()int i=0,j=0;int x2=80,80;int y2=200;int z=400;P1=0;P2_7=0;P
15、2_5=0;zhuan_z(z);zhuan_x_you(xi);i+;zhuan_z(z);zhuan_x_zuo(xi);zhuan_y_hou(yj);while(1);void zhuan_z(int z)int i;P2_7=1;for(i=z;i!=0;i-)while(P2_2=1);while(P2_2=0);P2_7=0;P2_5=1;for(i=0;i!=z;i+)while(P2_2=1);while(P2_2=0);P2_5=0;void zhuan_x_you(int x)int i;P1_2=1;for(i=0;i!=x;i+)while(P2_0=1);while(P2_0=0); P1_2=0;void zhuan_x_zuo(int x)int i;P1_0=1;for(i=0;
