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1、 液压伺服系统设计 专 业： 机电一体化技术 年 级： 学生姓名： 指导教师： 摘 要机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物；是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。 本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率保证加工质量。此外，由于微型计算机具
2、有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件具有快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步；具有较高的重复定位精度并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。 目 录摘要1第1章 总体方案设计2 1.1 总体分析2 1.2 方案框图2第2章 单元模块设计2 2.1 键盘与显示模块2 2.
3、1.1 模块工作原理3 2.1.2 芯片CH452介绍3 2.1.3 芯片CH452特点4 2.1.4 显示驱动原理5 2.1.5 键盘扫描原理6 2.2 单片机控制单元7 2.2.1 控制原理7 2.2.2 光电耦合电路8 2.2.3 芯片介绍9 2.3 串行通信模块12 2.3.1 RS232通信协议12 2.3.2 串行通信电路13第3章 电机与电气控制电路设计14 3.1 步进电机模块14 3.1.1 步进电机的工作原理14 3.1.2 步进电机的频率特性16 3.2 交流电机正反转控制原理17 3.3 交流电机的星三角形启动19 3.4 电气元件介绍20总 结22致 谢23参考文献2
4、4第1章 总体方案设计1.1 总体分析 本次设计实现的是一两座标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计。设计采用单片机对系统进行控制，单片机的包括键盘与显示的控制、与PC机的串口通讯、以及电机输入输入输出信号的控制。电机的输入信号包含报警监测，在机床边缘运用一个接近开关即可实现此目的。1.2 方案框图 单片机作为控制的核心：一方面对机床的运动方向和位移量进行控制，另外还将与键盘对应的位移信息显示在LED上，并实现与PC机的通信。第2章 单元模块设计2.1 键盘与显示模块 随着电子及计算机技术的飞速发展，涌现出了许多的智能型芯片，、和等公司都推出了一系列满足不同行业多种需求的单片机芯片，的价格也从
5、年代初的成百元降至如今最便宜的芯片只有数元，而一些功能单一的外围接口芯片，越来越多地被功能强大、灵活方便的智能型芯片所代替。我们使用公司生产的设计出了键盘显示模块，功能上比传统的键盘显示接口芯片强，而成本仅有后者的。简介,属于家族，它同大家熟悉的单片机相比，口减少到个，其它配置和性能不减，指令完全兼容，片内具有字节的存贮器，电擦写编程次数可达到次，数据可保存年。其中的、口第二功能可以作串行口使用，口可直接驱动显示器，其中、可以当作比较器的输入端。模块原理模块原理图见图。键盘显示模块可外接键，位显示器（可以扩展至位），它通过串行口同主控设备进行数据通信。下面分别加以介绍。2.1.1 模块工作原理
6、 本单元模块电路的功能是通过对片机编程,使当前按键信息在8个LED上显示出来，由芯片CH452来对数码管进行驱动，并对键盘进行扫描。 图3.1所示为一来个八位LED动态显示电路。在同一时刻，如果各位位选线都处于选通状态的话，8位LED将显示相同的字符。若要各位LED能够同时显示出与本位相应的显示字符，就必须采用动态显示方式；即在某一时刻；只让某一位的位选线处于选通状态；而其他各位的位选线则处于关闭状态；同时，段码线上输出相应位要显示的字符段码。这样；在同一时刻；8位LED中只有选通的那一位显示出字符；而另一位则是熄灭的。同样；在下一时刻；只让下一位的位选线处于选通状态，在段码线上输出将要显示字
7、符的段码；则同一时刻；只有选通位显示出相应的字符，而其他各位则是熄灭的。如此循环下去，就可以使两位分别显示出将要显示的字符。 虽然这些字符是在不同时刻出现的，而在同一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，但由于LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用；只要每位显示间隔时间足够短则可以造成多位同时亮的假象达到同时显示的效果。键盘的扫描原理与数码管的扫描显示原理类似,依次将矩阵键盘的某行或某列置一再逐个判断改行或该列上是否有信号为高，有则说明两座标相交处的按键按下了。2.1.2 芯片CH452介绍CH452是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片。CH452内置时钟振荡电路,可以动态驱动8 位数码管或者64位
8、LED，具有BCD译码、闪烁、移位、段位寻址、光柱译码等功能,同时还可以进行64键的键盘扫描，CH452通过可以级联的4线串行接口或者2 线串行接口与单片机等交换数据,并且可以对单片机提供上电复位信号。图3.2 CH452工作原理2.1.3 芯片CH452特点 1、显示驱动 内置电流驱动级段电流不小于15mA,字电流不小于80mA。 动态显示扫描控制直接驱动8位数码管、64位发光管LED或者64级光柱。 可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者BCD译码方式。 BCD译码支持一个自定义的BCD码,用于显示一个特殊字符。 数码管的字数据左移、右移、左循环、右循环。各数码管的数字独立闪烁控制可
9、选快慢两种闪烁速度。任意段位寻址，独立控制各个LED 或者各数码管的各个段的亮与灭。 64级光柱译码，通过64个LED 组成的光柱显示光柱值。 扫描极限控制，支持1 到8个数码管，只为有效数码管分配扫描时间。 可以选择字驱动输出极性，便于外部扩展驱动电压和电流。 2、键盘控制 内置64 键键盘控制器，基于88矩阵键盘扫描。内置按键状态输入的下拉电阻内置去抖动电路。键盘中断可以选择低电平有效输出或者低电平脉冲输出。提供按键释放标志位，可供查询按键按下与释放。支持按键唤醒，处于低功耗节电状态中的CH452可以被部分按键唤醒。 3、外部接口 同一芯片，可选高速的4 线串行接口或者经济2线串行接口。
10、4 线串行接口支持多个芯片，级联时钟速度从0 到2MHz兼容CH451 芯片。 4 线串行接口DIN 和DCLK信号线可以与其它接口电路共用，节约引脚。 2 线串行接口支持两个CH452芯片并联，由ADDR引脚电平设定各自地址。 2 线串行接口时钟速度从500Hz到200KHz兼容两线I2C总线，节约引脚。 内置上电复位，可以为单片机提供高电平有效和低电平有效复位输出。 4、其它 内置时钟振荡电路，不需要外部提供时钟或者外接振荡元器件,更抗干扰。 支持低功耗睡眠，节约电能，可以被按键唤醒或者被命令操作唤醒。 可选两种封装，SOP28、DIP24S引脚与CH451芯片兼容。 经过授权采用了1项专
11、利技术，低成本，简便易用。 2.1.4显示驱动原理 CH452对数码管和发光管采用动态扫描驱动，顺序为DIG0至DIG7，当其中一个引脚吸入电流时，其它引脚则不吸入电流。CH452内部具有电流驱动级，可以直接驱动0.5英寸至1英寸的共阴数码管段，驱动引脚SEG6 SEG0，分别对应数码管的G段、A段驱动引脚SEG7，对应数码管的小数点，字驱动引脚DIG7、DIG0分别连段8个数。CH452支持扫描极限控制，并且只为有效数码管分配扫描时间。当扫描极限设定为1时，唯一的数码管DIG0 将得到所有的动态驱动时间，从而等同于静态驱动；当扫描极限设定为8时，8 个数码管DIG7。DIG0各得到1/8的动
12、态驱动时间；当扫描极限设定为4 时，4个数码管DIG3 DIG0 各得到1/4 的动态驱动时间，此时各数码管的平均驱动电流将比扫描极限为8时增加一倍，所以降低扫描极限可以提高数码管的显示亮度。 CH452内部具有8个8位的数据寄存器用于保存8 个字数据，分别对应于CH452所驱动的8个数码管或者8组每组8个的发光二极管。CH452支持数据寄存器中的字数据左移、右移、左循环、右循环，并且支持各数码管的独立闪烁控制，在字数据左右移动或者左右循环移动的过程中，闪烁控制的属性不会随数据移动。 CH452 支持任意段位寻址 可以用于独立控制64个发光管LED中的任意一个或者数码管中的特定段，例如小数点：
13、段位编址顺序与键盘编址一致，编址从00H到3FH。当用“段位寻址置1”命令将某个地址的段位置1后，该地址对应的发光管LED或者数码管的段会点亮。该操作不影响任何其它LED 或者数码管其它段的状态。CH452支持64级的光柱译码用64个发光管或者64级光柱表示65种状态，加载新的光柱值后，编址小于指定光柱值的发光管会点亮，而大于或者等于指定光柱值的发光管会熄灭。 CH452默认情况下工作于不译码方式，此时8个数据寄存器中字数据的位7位0分别对应8个数码管的小数点和段G，段A对于发光二极管阵列，则每个字数据的数据位唯一地对应一个发光二级管。当数据位为1时，对应的数据管的段或者发光管就会点亮，当数据
14、位为0时则对应的数据管的段或者发光管就会熄灭。例如，第三个数据寄存器的位0为1，所以对应的第三个数码管的段A点亮。通过设定，CH452 还可以工作于BCD译码方式，该方式主要应用于数码管驱动，单片机只要给出二进制数BCD码，由CH452将其译码后直接驱动数码管显示对应的字符。BCD译码方式是指对数据寄存器中字数据的位4位0进行，BCD译码控制段驱动引脚SEG6、SEG0的输出，对应于数码管的段G段A；同时用字数据的位7控制段驱动引脚SEG7的输出，对应于数码管的小数点，字数据的位6和位5不影响BCD译码。下表为数据寄存器中字数据的位4、位0进行BCD译码后，所对应的段G、段A ，以及数码管显示的字符。参考下表，如果需要在数码管上显示字符0，只要置入数据0xx00000B或者00H，需要显示字符0.0带小数点只要置入数据1xx00000B 或者80H。类似地，数据1xx01000B或者88H对应于字符8.8 带小数点数据0xx10011B 或者13H，对应于字符=数据0xx11010B 或者1AH 对应于字符.小数点，数据0xx10000B或者10H对应于字符 ，空格数码管没有显示。数据0xx11110B 或者1EH，对应于自定义的特殊字符，由“自定义BCD 码”命令定义。 2.1.5 键
