激光切割機數控系統(tǒng)

1、 課程設計說明書 題目：激光切割機數控系統(tǒng) 指導老師：吳斌 撰寫人： 陸詡 目錄第一章 緒論1.1激光技術概述1.2激光切割技術的應用 1.3設計任務1.4總體設計方案分析第2章 機械部分XY工作臺的基本結構設計2.1 XY工作臺的設計2.1.1主要設計參數及依據2.1.2 XY工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析2.1.3初步確定XY工作臺尺寸及估算重量第三章 直線滾動導軌的選型第四章 步進電機及其傳動機構的確定4.1 步進電機的選用4.1.1 脈沖當量和步距角4.1.2步進電機上起動力矩的近似計算 4.1.3確定步進電機最高工作頻率4.2齒輪傳動機構的確定4.2.1傳動比的確定4.2.2齒輪的結構主

2、要參數確定4.3步進電機慣性負載的計算第五章 控統(tǒng)制系設計5.1 確定機床控制系統(tǒng)方案5.2 主要硬件配置5.2.1主要芯片選擇5.2.2 主要管腳功能5.2.3 EPROM的選用5.2.4 RAM的選用5.2.5 89C51存儲器及I/O的擴展5.2.6 8155工作方式查詢5.2.7狀態(tài)查詢5.2.8 8155定時功能5.2.9 芯片地址分配5.3 總體程序控制5.3.1流程圖5.3.2主程序5.4 鍵盤設計5.4.1鍵盤定義及功能5.4.2 鍵盤程序設計5.5 顯示器設計5.5.1顯示器顯示方式的選用5.5.2顯示器接口5.5.3 8155擴展I/O端口的初始化5.6 插補原理5.7光電

3、隔離電路5.8越界報警電路第6章 總 結參考文獻第一章 緒論1.1激光技術概述激光被譽為二十世紀最重大的科學發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問世就引起了材料科學家的高度重視。1971年11月，美國通用汽車公司率先使用一臺250W CO2激光器進行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗研究，并于1974年成功地完成了汽車轉向器殼內表面（可鍛鑄鐵材質）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了10倍。這是激光表面改性技術的首次工業(yè)應用。多年以來，世界各國投入了大量資金和人力進行激光器、激光加工設備和激光加工對材料學的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經濟效益和社會效益。如今在中國，激光技術已

4、在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應用，并且正逐步實現(xiàn)激光技術產業(yè)化，國家也將其列為“九五”攻關重點項目之一?！笆濉钡闹饕ぷ魇谴龠M激光加工產業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產值20的平均增長率，實現(xiàn)年產值200億元以上；在工業(yè)生產應用中普及和推廣加工技術，重點完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應用激光技術進行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領域提供嶄新的激光設備和儀器。數控化和綜合化把激光器與計算機數控技術、先進的光學系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結合，形成研制和生產加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個重要趨勢。1.2激光切割技術的

5、應用 激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料,并使激光束與材料沿一定軌跡作相對運動,從而形成一定形狀的切縫。從二十世紀七十年代以來隨著CO2激光器及數控技術的不斷完善和發(fā)展,目前已成為工業(yè)上板材切割的一種先進的加工方法。在五、六十年代作為板材下料切割的主要方法中：對于中厚板采用氧乙炔火焰切割；對于薄板采用剪床下料,成形復雜零件大批量的采用沖壓,單件的采用振動剪。七十年代后,為了改善和提高火焰切割的切口質量,又推廣了氧乙烷精密火焰切割和等離子切割。為了減少大型沖壓模具的制造周期,又發(fā)展了數控步沖與電加工技術。各種切割下料方法都有其有

6、缺點,在工業(yè)生產中有一定的適用范圍。激光切割機是光、機、電一體化高度集成設備，科技含量高，與傳統(tǒng)機加工相比，激光切割機的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產品成本，減輕工人負擔，對制造業(yè)來說，可以說是一場技術革命。激光切割的適用對象主要是難切割材料，如高強度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細小和形狀復雜的零件。激光切割技術、激光切割機床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。因此研究和設計數控激光切割有很強的現(xiàn)實意義。微機控制技術正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。1.3設計任務本次設計任務是設計一臺單片機（89C51主控芯片）控制激光切割機床，主要設計對象是XY工作臺部件及89C51

7、單片機控制原理圖。而對激光切割機其他部件如冷水機、激光器等不作為設計內容要求，只作一般了解。單片機對XY工作臺的縱、橫向進給脈沖當量0.001mm/ pluse。工作臺部件主要構件為滾珠絲杠副、滾動直線導軌副、步進電機、工作臺等。設計時應兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。1.4總體設計方案分析參考數控激光切割機的有關技術資料，確定總體方案如下：采用89C51主控芯片對數據進行計算處理，由I/O接口輸出控制信號給驅動器，來驅動步進電機，經齒輪機構減速后，帶動滾珠絲杠轉動，實現(xiàn)進給。其原理示意圖1-1。X向工作臺控制器驅動器步進電機步進電機驅動器Y向工作臺圖1-1 系統(tǒng)總體原理圖微機控制線路圖參考M

8、CS51系列單片機控制XY工作臺線路圖。步進電機參照RORZE株式會社的產品樣本選取，以保證質量和運行精度,同時驅動器也選用RORZE的配套驅動器產品。滾珠絲杠的生產廠家很多，本設計參照了漢江機床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術性能、價格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的FFZD系列滾珠絲杠，即內循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠副。本設計棄用Z80，而選用單片機。單片機體積小、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性價比大大超過了Z80。比較后選用89C51為主芯片。在使用過程中89C51雖有4K的FLASH（E2PROM），但考慮實際情況需配備EPR

9、OM和RAM，并要求時序配備。選晶體頻率為6MHz，89C51讀取時間約為3t，則t480ns ,常用EPROM讀取時間約為200450ns。89C51的讀取時間應大于ROM要求的讀取時間。89C51的讀寫時間約為4T，則TR660ns，TW=800ns，常用RAM讀寫時間為200ns左右，均滿足要求。根據需要，擴展I/O接口8155，因顯示數據主要為數字及部分功能字，為簡化電路采用LED顯示器。鍵盤采用非編碼式矩陣電路。為防止強電干擾，采用光電隔離電路。第二章 機械部分XY工作臺的基本結構設計2.1.1主要設計參數及依據本設計的XY工作臺的參數定為：工作臺行程：橫向320mm，縱向450mm

10、工作臺最大尺寸（長寬高）：1100900300mm工作臺最大承載重量：120Kg脈沖當量：0.001mm/pluse進給速度：60平方毫米/min表面粗糙度：0.81.6設計壽命：15年 XY工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析因激光切割機床為激光加工,其激光器與工件之間不直接接觸,因此可以認為在加工過程中沒有外力負載作用。其切削力為零。XY工作臺部件由工作臺、中間滑臺、底座等零部件組成,各自之間均以滾動直線導軌副相聯(lián),以保證相對運動精度。設下底座的傳動系統(tǒng)為橫向傳動系統(tǒng)，即X向，上導軌為縱向傳動系統(tǒng)，即Y向。一般來說,數控切割機床的滾動直線導軌的摩擦力可忽略不計,但滾珠絲杠副,以及齒輪之間的滑動摩擦不

11、能忽略,這些摩擦力矩會影響電機的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預緊措施,其產生的負載波動應控制在很小的范圍。2.1.3初步確定XY工作臺尺寸及估算重量初定工作臺尺寸(長寬高度)為:120095070mm，材料為HT200，估重為625N (W1)。設中托座尺寸(長寬高度)為:1200520220mm，材料為HT200，估重為250N（W2）。另外估計其他零件的重量約為250N (W3)。加上工件最大重量約為120Kg（1176N）(G)。則下托座導軌副所承受的最大負載W為:W=W1+W2+W3665+250+250+11762301 第三章 直線滾動導軌的選型導軌主要分為滾動導軌和滑動

12、導軌兩種， 直線滾動導軌在數控機床中有廣泛的應用。相對普通機床所用的滑動導軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點： 定位精度高直線滾動導軌可使摩擦系數減小到滑動導軌的1/50。由于動摩擦與靜摩擦系數相差很小，運動靈活，可使驅動扭矩減少90%，因此，可將機床定位精度設定到超微米級。 降低機床造價并大幅度節(jié)約電力采用直線滾動導軌的機床由于摩擦阻力小，特別適用于反復進行起動、停止的往復運動，可使所需的動力源及動力傳遞機構小型化，減輕了重量，使機床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。 可提高機床的運動速度直線滾動導軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實現(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率2030%。 可長期維

13、持機床的高精度對于滑動導軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產生的運動精度的誤差是無法避免的。在絕大多數情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小滾動面的摩擦損耗也相應減少，故能使直線滾動導軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，大多數情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設計及使用維護方面都變的非常容易了。所以在結構上選用：開式直線滾動導軌。參照南京工藝裝備廠的產品系列。型號：選用GGB型四方向等載荷型滾動直線導軌副，如圖4-1。具體型號：X向選用GGB20BA2P

14、，2 500-4 Y向選用GGB20AB2P，2 1100-4 圖3-1 直線滾動導軌第四章 步進電機及其傳動機構的確定4.1 步進電機的選用4.1.1 脈沖當量和步距角已知脈沖當量為1m/STEP，而步距角越小，則加工精度越高。初選為0.36o/STEP（二倍細分）。4.1.2步進電機上起動力矩的近似計算 電機起動力矩： （4.1）式中: M為滾珠絲杠所受總扭矩Ml為外部負載產生的摩擦扭矩，有: （4.2）=920.025/2tg（2.91+0.14）=0.062NmM2為內部預緊所產生的摩擦扭矩，有： （4.3）式中: K預緊時的摩擦系數，0.10.3 Ph導程，4cmFao預緊力，有：F

15、ao=Fao1+Fao2取Fao1=0.04Ca=0.04 1600=640NFao2為軸承的預緊力，軸承型號為6004輕系列，預緊力為Fao2130N。故根據式（4.3）： M2=0.098 Nm齒輪傳動比公式為：i= Ph /(360p)，故步進電機輸出軸上起動矩近似地可估算為： （4.4）=360Mp /Ph 式中: p =lm/STEP=0.0001cm/STEP；M= M1+ M 2= 0.16N=0.36o/STEPq=0.85Ph0.4cm0.953則根據式（4.4）：Tq=3600.160.0001/(3.60.850.4)=0.4 Nm 因Tq/TJM=0.866(因為電機為

16、五相運行)。則步進電機最大靜轉矩TJM=Tq/0.866=0.46 Nm4.1.3確定步進電機最高工作頻率參考有關數控激光切割機床的資料,可以知道步進電機最高工作頻率不超過1000Hz。根據以上討論并參照樣本,確定選取M56853S型步進電機，該電機的最大靜止轉矩為0.8 Nm，轉動慣量為235g/cm24.2齒輪傳動機構的確定4.2.1傳動比的確定要實現(xiàn)脈沖當量lm/STEP的設計要求，必須通過齒輪機構進行分度，其傳動比為： （4.5）式中：Ph 為滾珠絲杠導程為步距角p為脈沖當量根據前面選定的幾個參數，由式（5.4）得：=0.364/3600.001=4:1=Z2/Z1根據結構要求,選用Z

17、1為30，Z2為120 4.2.2齒輪的結構主要參數確定 齒輪類型：選擇直齒加工方便。 模數選擇：本工作臺負載相當輕,參考同類型的機床后,選擇m1齒輪傳動側隙的消除。 中心距的計算：A=m（Z1+ Z2） （4.6）=1(30+120)/2=75mm齒頂高為1mm，齒根高為125mm，齒寬為20mm。 齒輪材料及熱處理：小齒輪Z1采用40Cr，齒面高頻淬火; 大齒輪Z2采用45號鋼，調質處理。 4.3步進電機慣性負載的計算由資料知，激光切割機的負載可以認為是慣性負載。機械機構的慣量對運動特性有直接的影響。不但對加速能力、加速時驅動力矩及動態(tài)的快速反應有關，在開環(huán)系統(tǒng)中對運動的平穩(wěn)性也有很大的影

18、響，因此要計算慣性負載。限于篇幅，在此僅對進給系統(tǒng)的負載進行計算。慣性負載可由以下公式進行計算： （4.7）式中：JD為整個傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的慣性負載。J0為步進電機轉子軸的轉動慣量eJ1為齒輪Zl的轉動慣量J2為齒輪Z2的轉動慣量J3為齒輪Z3的轉動慣量mn為系統(tǒng)工作臺質量Vm為工作臺的最大移動速率D為折算成單軸系統(tǒng)電動機軸角速度各項計算如下：已知：J00忽略不計， mn=112.5Kg齒輪慣性轉矩計算公式： （4.8）其中：為回轉半徑G為轉件的重量滾珠絲杠的慣性矩計算公式： （4.9）最后計算可得：J1=0.110-3Kg. m2J2=1.3210-3Kg. m2J3=2.9810-

19、4Kg. m2J4=1.1410-5Kg. m2Vm=12 m/sD=2rad/s故慣性負載根據式（5.7）得：JD=J0+J1+(Zl/Z2)（J2J3）+ J4 (Vm/D)2mn=17.3 Kg. cm2此值為近似值故此值小于所選電機的轉動慣量。第五章 控統(tǒng)制系設計5.1 確定機床控制系統(tǒng)方案根據機械系統(tǒng)方案的要求，可以看出：對機械部分的控制只有進給系統(tǒng)的步進電機的控制和工作臺回轉的步進電機控制?？刂葡到y(tǒng)有微機的、有PLC的、也有單片機的，這里采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，可以選擇經濟型的單片機控制系統(tǒng)。另外，居然要控制，就得有輸入和輸出設備才能對相應的運動進行控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖5-1所示

20、：存儲器擴展光電隔離驅動器I/O口擴展單片機功 率 放 大X軸電機Y軸電機Z軸電機驅動器橫向絲杠Z向絲杠縱向絲杠顯示器鍵 盤圖5-1 控制系統(tǒng)框圖5.2 主要硬件配置5.2.1主要芯片選擇由于89C51芯片在性價比上比同類單片機高，加上8031、8051市場上已經停產，所以選擇89C51作為主芯片。5.2.2 主要管腳功能89C51是40腳雙列直插式芯片。主要管腳功能: 控制線片外存儲器選擇端，雖然89C51內有4K的FLASH，但為了方便接線和各程序的存放，故不使用內部程序存儲器，這樣接地，從外部程序存儲器讀取指令。 外部程序存儲器選通端,以區(qū)別讀外部數據存儲器。 ALE地址鎖存控制端,系統(tǒng)

21、擴展時，ALE控制P0口輸出的低八位地址送鎖存器儲存，以實現(xiàn)數據和地址隔離。此外ALE以l/6晶振的固定頻率輸出正脈沖,可作為外部時鐘或定時脈沖。 RESET復位端,當輸入的復位信號延續(xù)二個周期以上高電平，完成復位初始化操作。 89C51中I/O口的介紹P0口外接存儲器時，此口為擴展電路低八位地址和數據總線復用口；Pl口用戶使用的I/O口；P2口外接存儲器時,作擴展電路高八位的地址總線；P3口雙重功能口；P0P3口均為八位雙向口。P0口可驅動8個TTL門電路，PlP3口只能驅動四個TTL門電路。 時鐘XTAL1和XTAL2，使用內部時鐘時，二端接石英和微調電路；使用外部時鐘時，接外部時鐘脈沖信

22、號。89C51三總線結構：地址總線AB地址總線為16位，外部存儲器直接尋址范圍為64KB，地址總線由P0口經地址鎖存器，提供八位A0-A7，高八位A8A15由P2口直接提供。數據總線DB數據總線為8位，自P0口直接提供。,控制總線CB由P3口第二功能控制線、ALE、RESET組成。5.2.3 EPROM的選用為簡化電路，此處選用2764EPROM (8K*8位)。本設計采用二片2764EPROM，分別存放監(jiān)控程序,各功能模塊程序,常用零件加工程序。以便于更換各功能模塊程序和零件加工程序時，只需更換各自芯片即可，方便升級。2764芯片主要引腳功能: A0A12 13位地址線 D0D7 數據輸出線

23、 數據輸出允許信號 編程控制信號，用于引入編程脈沖 片選信號2764主要工作方式: 讀方式及為低電平，Vpp5V時處于讀出方式 寫方式為低電平, 亦為低電平，VPP21V, 為高電平時，2764芯片處于禁止狀態(tài)。將數據線上數據固化到指定地址單元。 編程禁止方式一此為向多片2764寫入不同程序而設置的，當VPP=+21V時，為高電平時，2764芯片處于編程禁止狀態(tài)。5.2.4 RAM的選用數據存儲器RAM通常采用MOS型，MOS型RAM分靜態(tài)、動態(tài)兩種。動態(tài)RAM集成度高，功耗小，成本低，但控制邏輯復雜，需要定期刷新,尤其是容易受到干擾，對環(huán)境、結構、電摞等都有較高的要求。對實時控制系統(tǒng)而言,可

24、靠是第一位的,此處選用大容量靜態(tài)RAM6264(8K*8位)一片。6264主要引腳功能： A0A12 13位地址線 IO1IO7 數據輸入輸出線 數據輸出允許信號 寫選通信號 片選信號6264主要工作方式: 讀方式及為低電平，為高電平時，6264將數據輸出到指定地址。 寫方式為低電平，亦為低電平時,允許數據輸入。 封鎖方式為高電平時，該芯片沒被選通，不工作。5.2.5 89C51存儲器及I/O的擴展可編程接口芯片是指其工作方式可由與之對應的軟件命令來加以改變的接口芯片。這類芯片一般具有多種功能，使用靈活方便，使用前必須由CPU對其編程設定工作方式，然后按設定的方式進行操作。8155可編程并行I

25、/O接口具有功能強，價格便宜，且具有與MCS-51單片機配置簡單、方便等優(yōu)點。是單片機應用系統(tǒng)最常用的外部功能擴展器件之一。(1)存儲器與單片機聯(lián)接，主要是通過三總線聯(lián)接。應考慮總線的驅動能力是否足夠。存儲器2764、6264存儲量均為8K，需13位地址進行存儲單元選擇，將A0A7腳與地址鎖存器八位地址輸出對應聯(lián)接，將A8A13腳與89C51的P2口P2.0-P2.4相聯(lián)接，其余地址線經P2.5P2.7經譯碼產生片選信號。數據線聯(lián)接將存儲器數據輸出端D0Dl與89C51P0口聯(lián)接?？刂凭€89C51 與2764相聯(lián)，89C51從外部EPROM取指令。、 分別與6264、相聯(lián)，89C51對外部RA

26、M進行讀/寫。 (2)8155許多信號與89C51兼容，可直接聯(lián)接，因8155內部已有鎖存器，因此8155數據地址復合線AD0一AD7與89C51P0口直接相聯(lián)。地址鎖存信號ALE與89C51ALE相聯(lián)。片選信號經譯碼后產生，以高位地址P2.0直接作為IO/信號，此時對8155需要使用16位地址進行編址。8155的結構框圖及引腳排列見圖8-2。 圖5-2 8155引腳及內部結構5.2.6 8155工作方式查詢8155I/O工作方式選擇通過對8155內部命令寄存器（命令口）設定命令控制字實現(xiàn)。命令寄存器格式及對應的工作方式見下圖8-3。 8155I/O有四種工作方式，即ALT1，ALT2，ALT

27、3，ALT4。其中各符號說明如下：AINTR：A口中斷，請求輸入信號，高電平有效。BINTR：B口中斷，請求輸入信號，高電平有效。ABF（BBF）：A口（B口）緩沖器滿狀態(tài)標志輸出線，（緩沖器有數據時BF為高電平）。ASTB（BSTB）：A口（B口）設備選通信號輸入線，低電平有效。在ALT1ALT4的不同方式下，A口、B口及C口的各位工作方式如下：ALT1：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸入方式。ALT2：A口，B口為基本輸入/輸出，C口為輸出方式。ALT3：A口為選通輸入/輸出，B口為基本輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為，PC3PC5為輸出。ALT4：A口、B口為

28、選通輸入/輸出。PC0為AINTR，PC1為ABF，PC2為，PC3為BINTR，PC4為BBF，PC5為。 圖5-3 命令寄存器格式5.2.7狀態(tài)查詢8155還有一個狀態(tài)寄存器，用于鎖存I/O口和定時器的當前狀態(tài)，供CPU 查詢用。其格式如圖5-4：狀態(tài)寄存器和命令寄存器共用一個地址，命令寄存器只能寫入不能讀出，而狀態(tài)寄存器只能讀出不能寫入。所以可以認為，CPU讀該地址時，作為狀態(tài)寄存器，讀出的是當前I/O口和定時器的狀態(tài)，而寫該地址時，則作為命令寄存器對I/O口工作方式的選擇。5.2.8 8155定時功能8155芯片內有一個14位減法計數器，可對輸入脈沖進行減法計數。外部有兩個定時器引腳T

29、INEIN 和TIMEOUT。TINEIN為定時器時鐘輸入，有外部輸入時鐘脈沖，TIMEOUT為定時器輸出，輸出各種信號脈沖波形。定時器的格式、輸出波形見圖8-5。由上圖可見，定時器的低8位和高6位計數器定時是出方式由04H、05H寄存器確定。對定時器編程時，首先將計數器及定時器方式送入定時器口，（定時器的低8位和高6位，定時器方式M）04H，05H。計數常數在002H3FFF之間。計數器的起動和停止由命令寄存器的最高兩位TM2和TM1決定。但何時讀都可以置定時器的長度和工作方式，然后必須將起動命令寫入命令寄存器。既使計數器已經計數，在寫入起動命令后，仍可改變定時器的工作方式。圖5-4 狀態(tài)寄

30、存器格式 M2 M1方 式定時器輸出波形0 0單方波0 1連續(xù)方波1 0單脈沖1 1連續(xù)脈沖圖5-5 8155定時器方式及輸出波形5.2.9 芯片地址分配89C51支持的存儲芯片，程序存儲器與數據存儲器單獨編址，EPROM與RAM地址分配較為自由,不必考慮會發(fā)生沖突,因89C51復位后,從0000H開始，內部程序存儲器空間為0000H-0FFFH，外部2片2764芯片地址分別為0C000H-0DFFFH，8000H-9FFFH。89C51內部數據存儲器空間為00H-0FFH，外部6264芯片地址：6000H-7FFFH1#8155芯片地址(假定未用地址用0表示)/IO0時，8155(1)內部R

31、AM地址范圍 E000H-E0FFH/IO1時，端口地址：控制口：E100H；PA口：E101H；PB口：E102H；PC口：E103H；定時器低八位：E104H；定時器高八位：E105H2#8155芯片地址(假定未用地址用0表示)/IO0時，8155(1)內部RAM地址范圍 0A000H-0A0FFH/IO1時，端口地址：控制口：0A00H；PA口：0A01H；PB口：0A02H；PC口：0A03H；定時器低八位：0A04H；定時器高八位：0A05H5.3 總體程序控制5.3.1流程圖5.3.2主程序 ORG 0000HAJMP MAIN ORG 0003HLJMP INT0ORG 000B

32、HLJMP T0ORG 0013HLJMP INT1MAIN： MOV A，#00H MOV R0,#00H MOV DPTR，#2000HXUNHUAN : MOVX DPTR, AINC DPTRINC R0CJNE R0,#0FFH, XUNHUANINC R1CJNE R2,#0FFH, XUNHUANMOV SP,#60HSETB PX0SETB EX0SETB EX1SETB EAWE : AJMP WEGONGZUO：LCALL QIUJIANLCALL XIANSHILCALL CHULI5.4 鍵盤設計5.4.1鍵盤定義及功能控制面板上布置5個控制鍵，33個功能數字鍵。其中8

33、個鍵有雙重功能，由SHIFT鍵轉換，按下SHIFT鍵，上檔鍵有效。5個控制鍵各功能如下：急停鍵運行時按該鍵，程序立即停止運行。暫停鍵運行時按下該鍵，執(zhí)行完本程序段后，停止執(zhí)行下一程序段，等待處理，此為硬件暫停。恢復運行鍵處于急?；驎和r，接下該鍵程序繼續(xù)執(zhí)行。用M00實行軟件暫停時，恢復運行也需要按該鍵。復位鍵編程或運行前，清除內存中的隨機數。對中心鍵鉬絲自動找準預定的中心位置(原點)。30個功能數字鍵包括數字鍵“09”，負號“”，程序開始字“%”，程序段結束字“LF”，序號字“N”，準備功能字“G”，輔助功能字“M”，速度功能字“F”，主軸速度功能字“S”，坐標功能字“X、Y、Z、I、J、W

34、”。編輯鍵三個：DEL/INS刪除/插入程序段鍵，DISP/ZOOMDISP顯示程序全段內容，ZOOM使加工圖形按比例縮放，預置為1，COPY程序段復制，IDX可設定某一程序段為起割點，單步步進電機走一拍就停止工作，回零鉬絲重新置于起點，運行加工開始確認。5.4.2 鍵盤程序設計本設計采用非編碼式矩陣式鍵盤，1#8155為鍵盤接口，按五行六列布線。PA0PA4為行線，PC0PC5為列線。 A口為輸出口，C口為輸入口，按鍵盤列線，每個鍵對應一個鍵碼，根據鍵碼轉至相應鍵處理子程序。常用鍵識別方法有掃描法和線翻轉法。本設計采用掃描法。其原理是：一條列線為低電平，若此列線上已閉合鍵，則各行線狀態(tài)都為高

35、電平，然后按行號、列號求得閉合鍵鍵碼。定義各行首鍵號為00H、06H、0CH、12H、18H，鍵碼=行號列號。鍵號鍵功能對應表8-1表8-1 鍵號鍵功能對應鍵號00H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH10H11H12H1E功能09NGMFS鍵號13H14H15H16H17H18H19H1AH1BH1CH1DH1F功能DELCOPYIDX單步回零運行SHIFT圖5-6 鍵盤掃描程序流程圖圖5-7 求鍵值子程序鍵盤掃描子程序ORG 0500HSCAN:MOV A,#00HMOV DPTR, #E101HMOVX DPTR, AMOV A #3FHMOV DDPTR, #E103HMOVX

36、#DPTR, AMOV DPTR, #E102HMOVX A, DPTRANL A, #1FHCJNE3 A, #1FH, NEXT1SJMP NEXT4NEXT1: ACALL DS20msCLR CMOV R2, #00HMOV R1, #01HLOOP: INC DPTRMOV A,R1MOVX #DPTR, A MOV DPTR, #8002HMOVX A, DPTRANL A, #1FHCJNE A, #1FH, NEXT2SJMP NEXT3NEXT2: INC R2CJNE R2, #01H, NEXT4MOV R4, AMOV A,R1MOV R3,ANEXT3: MOV A,

37、R1RLC AMOV R1,ACJNE A,#40H, LOOPAJMP KCODENEXT4:CLR ARETEND求鍵值子程序ORG 0560HKCODE：MOV R1，#00HMOV A， R3CLR CLOOP ：RRC AJZ NEXT1INC R1SJMP LOOPNEXT1：MOV A， R1SWAP AMOV R1，AMOV A，R4ANL A，#0FHORL A，R1MOV B，AMOV DPTR，#KTABMOV R0，#00HCLR AREPE：MOVC A，A+DPTRCJNE A, B,NEXT2SJMP RESV NEXT2:INC R0MOV A, R0SJMP

38、REPERESV: MOV A, R0RETKTAB:DB 0FH,1FH,17H,1BH,2FH,27HDB 2BH,3FH,37H,3BH,3DH,2DHDEB1DH,0DH,0BH,07H,03H,1EHDB 23H,3EH,4FH,47H,4BH,4DHDB 5FH,57H,5BH,5DHEND 5.5 顯示器設計5.5.1顯示器顯示方式的選用程序輸入時，涉及數字鍵及N、G、M等功能鍵。采用控制簡單，價格低廉的LED顯示器。因數控程序較長，顯示數據較多，一次把整條指令內容全顯示出來很不經濟。采用段顯示法，即依次顯示X、Y 、I 、J等數據，一條指令顯示完，再顯示下一條指令。以減少LED

39、數量。系統(tǒng)分辨率為1m，最大控制長度為1m，需6位顯示器才能滿足要求，再加上一位符號位，須7位LED，為清晰顯示N、G、X、Y符號，符號位用一位米字顯示。顯示器顯示方式有靜態(tài)、動態(tài)兩種。本設計采用動態(tài)掃描法，即逐個點亮各位顯示器，因視覺殘留效應，效果與全部顯示器持續(xù)點亮一樣。5.5.2顯示器接口為實現(xiàn)顯示器動態(tài)掃描，對顯示器提供字形代碼輸入及顯示位控制，因此顯示器接口需有字形和字位控制。89C51P0口輸出BCD碼，通過驅動器、鎖存器輸出字形到LED，構成傳送電路。（顯示電路見附圖1）5.5.3 8155擴展I/O端口的初始化由上圖的硬件連接得到8155初始化程序：8155有關地址寄存器端口地

40、址為:100H 命令字寄存器104H 定時器低字節(jié)105H 定時器高字節(jié)相應初始化程序為:ORG 0A00HMOV DPTR,#100HMOV A,#7HMOVX R0,AEND因為P3.3接行程開關,處于高優(yōu)先級，所以IP、IE初始化為：SETB PX0 SETP PX1CLR PT0CLR PT1CLR PSSETB EX0SETB EX1SETB ET0SETB ET1SETB ESCLS ET2SETB EAPSW、TCON、TMOD初始化：MOV PSW，#00HSETB IT0SETB IT1 SETB IE0SETB IE1SETB TR0SETB TR1TMOD工作在方式2，所

41、以初始化為： MOV TMOD ，#66H5.6 插補原理插補是對直線、圓弧等低次方程曲線的一種逼近方式。通過計算使沿坐標方向的折線所構成的圖形與加工圖形間的誤差保持在允許的范圍內。常用的方法有逐點比較法、積分法。本設計選用逐點比較法。逐點比較法工作原理：在控制過程中，逐步計算，判別折線運動與要求軌跡之間的偏差，決定下一步的進給方向。用步進電機控制工作臺沿某一方向進給一步。一個插補由四個節(jié)拍組成，即偏差判別，進給，偏差計算，終點計算。無論是直線插補、順圓插補、逆圓插補都遵守這樣的四步原則。5.7光電隔離電路在實際電路中，模擬信號與數字信號之間有一個強電干擾的問題。光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號,對輸入和輸出電路可以進行隔離.因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等好處，使其在