畢業(yè)設(shè)計(雨辰)經(jīng)濟型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計【全套圖紙】

畢業(yè)設(shè)計(雨辰)經(jīng)濟型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計【全套圖紙】PAGE雨辰教育自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：經(jīng)濟型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計專業(yè)：自動化（數(shù)控技術(shù)應(yīng)用）班級：學(xué)生姓名：1334095854QQ指導(dǎo)教師：雨辰教育起迄日期：設(shè)計地點：_PAGEGraduationDesign(Thesis)HardwareDesignofEconomicNCDrillingMachineByHuangLigangSupervisedbyAssociateProf.HuamaofaDepartmentofAutomationEngineeringNanjingInstituteofTechnology雨辰教育自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）-PAGE1-摘要本文介紹了經(jīng)濟型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計方法。該控制系統(tǒng)以8031為主CPU，用它來控制整個數(shù)控鉆床的工作,另外選用89C2051作從CPU，實現(xiàn)對八位LED動態(tài)顯示電路的控制。主CPU8031擴展了外部程序存儲器27256和數(shù)據(jù)存儲器6264，外部程序存儲器用于存放系統(tǒng)程序；數(shù)據(jù)存儲器用于存放加工程序和數(shù)控系統(tǒng)處理的中間數(shù)據(jù)。本設(shè)計用8155來實現(xiàn)鍵盤接口電路的擴展。數(shù)控鉆床的MDI方式包括手動、自動、空運行、回零、編輯等，它的擴展本設(shè)計選用了8255芯片的PA口。步進電機控制信號由8031發(fā)出，通過總線驅(qū)動，由74LS273D觸發(fā)器向外發(fā)送。利用8155和8255的剩余口進行輸入輸出接口電路的擴展。各芯片間信息的相互傳遞，通過數(shù)據(jù)總線和控制總線來實現(xiàn)。加之以相應(yīng)的軟件，此系統(tǒng)就構(gòu)成了完整的數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)。它不僅可以作為經(jīng)濟型數(shù)控鉆床的控制系統(tǒng)，還可用作對普通鉆床的數(shù)控改造。在國內(nèi)的中小企業(yè)將有一定的應(yīng)用市場。關(guān)鍵詞：數(shù)控鉆床；控制系統(tǒng)；電路設(shè)計；南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2.6顯示電路設(shè)計 142.6.1八段數(shù)碼管動態(tài)顯示電路…………..142.6.2十六段數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路………..212.7輸入/輸出信號接口電路設(shè)計 222.8步進電機控制信號輸出接口電路設(shè)計 252.9譯碼電路設(shè)計……………...25第三章控制系統(tǒng)電路原理圖以及PCB圖的繪制 273.1電路原理的圖繪制 273.2PCB圖的繪制 28第四章結(jié)論 304.1論文總結(jié) 304.2感想 30致謝 32參考文獻 33附錄A：英文資料………………….…………..….34附錄B：英文資料翻譯………..…..41附錄C：硬件設(shè)計PCB圖…………48附錄D：硬件設(shè)計原理圖及光盤 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGE48第一章緒論1.1引言隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。

目前我國機床總擁有量約為400萬臺，其中數(shù)控機床只有8萬多臺，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國、日本、德國、韓國等制造業(yè)發(fā)達國家機床數(shù)控化率20％以上的水平。主要表現(xiàn)在設(shè)備老化陳舊、自動化水平低、技術(shù)水平落后、勞動生產(chǎn)率低，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。采用先進的工藝設(shè)備，逐步增加數(shù)控機床所占比重，已經(jīng)成為我國制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢，也是企業(yè)走出困境、提升水平，實現(xiàn)跨越式發(fā)展的必由之路。提高機床數(shù)控化率有兩個途徑：（1）．購買新的數(shù)控機床；（2）．把普通型的舊機床改造成數(shù)控機床。目前我國的普通鉆床仍占很大比重，所以才會出現(xiàn)上述的大量求購意向，而且還有的小型企業(yè)不愿廢棄原有的普通鉆床，想要在已有的普通鉆床基礎(chǔ)上進行數(shù)控改造，這都需要開發(fā)適合普通機床改造的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。1.2選題背景與意義2.3控制系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計當(dāng)振蕩器運行時，在RST(9腳引腳)上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平，使單片機復(fù)位。復(fù)位電路可分為系統(tǒng)上電復(fù)位和手動復(fù)位，如圖2.2所示，系統(tǒng)上電瞬間電容C1和C4充電，與非門的兩個輸入端為低電平，輸出高電平使系統(tǒng)復(fù)位。按下“復(fù)位”按鈕與“急停”按鈕都可使系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)按下復(fù)位按紐時，與非門“2”號引腳經(jīng)電阻分壓所得低電平，使單片機復(fù)位。當(dāng)急停鍵沒按下時，此端管腳處于高電平，即與非門的一個管腳“1”為高電平，此時若連接與非門的另一個管腳的復(fù)位按鈕沒按下，則“2”號引腳也為高電平，兩個高電平與非所得低電平，8031不復(fù)位。若按下急停鍵，與之連接的二極管導(dǎo)通，“1”號引腳為低電平，此時無論復(fù)位按鈕有沒有按下，與非門的輸出端為高電平，使8031復(fù)位，同時INTO的輸入端口為低電平，向CPU申請中斷。2.圖2.2控制系統(tǒng)復(fù)位電路圖2.4存儲器擴展電路設(shè)計一分壓電路，見下圖2.4。兩個電阻R1和R2的阻值分別為5.1K和10K，經(jīng)計算CS端口分壓所得電壓約為3.3V。又因為6264是隨機存儲器，所以如果不外接電源，系統(tǒng)一但掉電，其中的數(shù)據(jù)將會丟失，為了保存其中有用的數(shù)據(jù)，本模塊還設(shè)計了掉電保護電路。如圖2.5所示，當(dāng)系統(tǒng)沒有掉電時，上面的二極管導(dǎo)通，由于干電池的電壓小于5V，所以下面的二極管截止，6264由系統(tǒng)供電。當(dāng)系統(tǒng)掉電時，下面的二極管導(dǎo)通，6264由干電池供電。CS2 圖2.1674LS273地址選擇圖由上表2.9和圖2.16可知，當(dāng)A0~A15為0010,0100,0000,0000B即2400H時（沒有用到的地址線都為0），且寫信號由低向高跳變時，“11”號引腳出現(xiàn)上升沿，觸發(fā)數(shù)據(jù)由D端送入Q端。時序如圖2.17所示。地址數(shù)據(jù)寫信號圖2.17時序波形圖由圖2.16可以看出，74LS273的時鐘信號接89C2051的中斷請求信號口P3.2。如圖2.17所示，當(dāng)?shù)刂沸盘柵c寫信號同時為低電平時（此時時鐘信號處于上升沿之前）中斷請求信號有效，89C2051進入中斷程序，為接收數(shù)據(jù)作好準(zhǔn)備。當(dāng)時鐘信號上升沿到來時，數(shù)據(jù)由74LS273引入，89C2051正確接收數(shù)據(jù)，并存貯。2.6.2十六段數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路4制作I/O端口由于本設(shè)計課題涉及多個模塊，而每個模塊中又有多個電路相連接。所以必須對I/O端口連接十分熟悉。通常一個電路與另一個電路連接在一起，有三種方法：1）通過導(dǎo)線連接。2）通過設(shè)置相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號連接。3）通過制作相同名稱的輸入/輸出（I/O）端口連接。在Protel99SE中，具有相同的I/O端口的電路被視為同一網(wǎng)絡(luò)，即在電氣關(guān)系上認(rèn)為它們是連接在一起的。而我認(rèn)為第二種方法比較適用于數(shù)控鉆床的原理圖繪制。因為使用此方法原理圖看起來更加簡潔。3.2PCB圖的繪制當(dāng)原理圖準(zhǔn)確無誤時可以生成網(wǎng)絡(luò)表，然后導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表就可生成PCB圖。簡單的說，PCB是一個載體，是用于焊接實際電子元件、具有電氣特性的板子。由于單層板不易布線，特別是在本設(shè)計電路中，如果用單層板來布線，它的弊端將更加明顯。所以我選擇用雙層板來布線。在生成網(wǎng)絡(luò)表時發(fā)現(xiàn)有幾個元件沒有封裝形式，比如在原理圖自己建庫的LED數(shù)碼管，所以必須通過手動的方式創(chuàng)建一個封裝文件，以便在PCB編輯器中調(diào)用。其基本步驟如下：1）在14.ddb設(shè)計數(shù)據(jù)庫中，選擇“File→New”命令，打開“NEWDocument”對話框。在其中雙擊“PCBLibraryDocument”文件類型圖標(biāo)，便新建一個PCB封裝文件。在雙擊該庫文件即打開PCB庫編輯器。2）單擊庫編輯器左側(cè)管理面板上的[Rename]按鈕，在打開的對話框中為新建的元件封裝輸入一個封裝名，如輸入“數(shù)碼管”3）單擊[OK]按鈕，則當(dāng)前編輯元件封裝名為“數(shù)碼管”。4）在工作平面上單擊“TopOverlay”工作層標(biāo)簽，使其成為當(dāng)前工作層。然后單擊“PCBLibPlacementTools”工具欄上的按鈕開始畫直線。5）在需要轉(zhuǎn)折的地方按〈Shift+Space>鍵，將連線的方向變?yōu)槿我夥较颉?）在轉(zhuǎn)角處單擊鼠標(biāo)左鍵確認(rèn)一段直線的繪制完成后，繼續(xù)繪制其他直線。7）單擊放置焊盤按鈕執(zhí)行放置焊盤操作，此時十字光標(biāo)上帶有一個焊盤。第四章論文總結(jié)4.1論文總結(jié)1、主要工作及結(jié)論在這三個多月的畢業(yè)設(shè)計中，我完成了數(shù)控鉆床硬件電路控制系統(tǒng)的設(shè)計。整個設(shè)計過程可分為五個階段，他們分別是：（1）可行性分析（2）總體方案的確定（3）分模塊地設(shè)計各功能電路（4）總電路圖的繪制（5）印制電路板的生成。各階段具體工作如下：在設(shè)計課題選擇之前，我對經(jīng)濟型數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)設(shè)計的可行性及市場價值作了充分的市場調(diào)查，其中包括去大型的國營企業(yè)“南京浦鎮(zhèn)車輛廠”參觀、調(diào)研。發(fā)現(xiàn)該廠的絕大多數(shù)鉆床都是普通鉆床，而普鉆的弊端也日益顯露，如工人的勞動強度相對較高，效率較低，精度達不到要求等。這就為普通鉆床的數(shù)控改造提供了一個很好的前提。經(jīng)過各方面考慮，我選擇了用8031單片機為核心芯片，開發(fā)數(shù)控鉆床控制系統(tǒng)，從CPU我選擇了89C2051。存儲器擴展芯片我選擇27256ROM和6264RAM，鍵盤擴展我選用了8155和8031的P1口，步進電機控制信號輸出我選擇74LS273。七個模塊可實現(xiàn)的功能分別為：（1）主CPU模塊以8031作為主CPU，P1口用于手動鍵盤的輸入端，分別控制，X軸、Y軸、Z軸以及起動、停止、超程報警。急停和復(fù)位分別接與非門的兩個輸入端，輸出端接8031的RESET。（2）存儲器擴展電路模塊選用2725632KB程序存儲器對8031進行程序存儲器擴展。選用62648KB數(shù)據(jù)存儲器，進行數(shù)據(jù)存儲器擴展。（3）鍵盤擴展電路模塊它分為兩部分，分別是8155矩陣鍵盤擴展電路和8031P1口手動鍵盤擴展電路。實現(xiàn)了人機對話。（4）顯示電路模塊分為動態(tài)顯示電路和靜態(tài)顯示電路。四排動態(tài)顯示是由89C2051來控制的，它用來顯示數(shù)字字符。十六位靜態(tài)顯示是由8031主CPU控制的，它用來顯示英文字符。（5）輸入輸出接口電路擴展模塊它分為8255擴展電路和8155I/O信號接口電路。8255的PA口作為MDI（自動運行、空運行、回零、編輯、手動）方式的輸入端，PB口和PC口用于CPU與外部信號的收發(fā)。8155的PB口用于CPU與外部信號的聯(lián)絡(luò)。4.2感想通過這次畢業(yè)設(shè)計,我從中學(xué)到了很多真正的工程知識,培養(yǎng)了工程意識。我感到它把我大學(xué)四年中學(xué)習(xí)到的零散的專業(yè)知識拼湊成了一個整體,融入到了本課題中。還使我深刻地體會到了，想要較好地完成一項工程設(shè)計，成為一名工程本畢業(yè)設(shè)計包含了論文文檔和CAD圖紙；畢業(yè)設(shè)計文檔使用Word2003撰寫；圖紙類型AutoCAD2010.dwg。完整圖紙和論文請聯(lián)系雨辰教育。QQ:1334095854TEL重要的一點就是，對于一名剛開始進入設(shè)計領(lǐng)域的入門者而言，一定要有一位知識淵博，有責(zé)任心的導(dǎo)師給予設(shè)計者精心的指導(dǎo)。而我無疑是幸運的，我的導(dǎo)師華茂發(fā)教授，在我們完成畢業(yè)設(shè)計的三個月中，對我們一組的每個學(xué)生都給予盡心盡力的指導(dǎo)：逐個元件地分析原理，逐字逐句的修改論文。在這里我想衷心地對華老師道一句：“華老師，您辛苦了！”致謝本設(shè)計的指導(dǎo)工作是在我的導(dǎo)師華茂發(fā)教授的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的學(xué)業(yè)和設(shè)計工作中無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受的啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。在我的畢業(yè)設(shè)計和論文撰寫過程中，姚保華、鞠磊、王俊杰、單偉等提出了有建設(shè)性的意見和建議，在此，向他們表示深深的感謝。在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、系領(lǐng)導(dǎo)和