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下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763目 录摘 要 .2第一章 概 述 .31.1 拉伸试验机的应用 .31.2 拉伸试验机采集系统的特点与要求 .3第二章 机械总体设计 .52.1.方案选择 .52.2 结构总体设计 .72.3 参数的确定 .82.4 电机的选择 .9第三章 机械部分的设计计算 .103.1 丝杠的选择 .103.2 联轴器的选择 机电液手册 .133.3 减速器的选择 .163.4 齿轮传动的设计 .173.5 同步带的设计 .22第四章 控制部分硬件设计 .264.1 主控制器的 CPU 的选择 .264.2 存储器扩展电路设计 .30（2）地址锁存器 74LS373 .30（3）程序存储器的扩展 .304.2.2 MCS-51 单片机应用系统中的地址译码 .314.2.3 I/O 口扩展电路设计 .31（1）8155 引脚及说明 .31（2）工作方式的设定 .31（3）状态查询 .32（4）定时功能 .32（5）8155 与 8031 的连接方法 .32（6）8255A 可编程外围并行接口芯片引脚 .324.3 驱动电路的设计 .334.4 传感器的选择 .334.5 其它辅助电路的设计 .34第五章 系统控制软件的设计 .375.1 系统软件设计包含内容 .375.2 软件的设计说明及程序清单： .37第六章 设计总结 .41参考书目 .42下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763摘 要本次毕业设计的题目是拉伸试验机系统改造。主要任务是在旧的拉伸试验机的基础上进行改造，采用数字控制方式，进行拉伸试验，这样既减少了工作人员的工作量，又可以更加精确的完成试验目的。由于材料拉力试验机应用广泛，经过调查研究分析现有产品，决定设计和改造方案。在本次设计中，主要是设计拉伸试验机系统改造，在这个设计中下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763共分两个部分设计：一部分是机械部分，另一个是控制部分。在机械设计里，主要设计夹具和丝杠以及传动部分，其主要要求是保证其精度。在控制部分的设计中，用 OMRON 系列 PLC 来控制拉伸实验机，从而控制丝杠转角及采集拉力。关键词 拉伸试验机 精度 丝杠 可编程控制器AbstractThe subject of graduation design is numerical control material pull experiment. That main assignment adopts numerical control quomodo is to alterated and pull experiment in the foundation of traditional pull experiment. It can be reduced the amount of workload of missionary and experimentcal assignment is precision completed. Due to material pull experiment. large-scale apply, electrocircuit alysing existing production by investigation, I draw out design and alterate scheme.In the design , the system of pull experiment alterate by design. there are two part of design :the one part is machine the other is part of design .In the machine design, I main design clamp and sigang. the mostly requirement is keeping its precision. the design on the part of control, Controls the stretch testing aircraft with OMRON series PLC, thus control guide screw corner and gathering pulling force. Keywords material pull experiment precision guideProgrammable controller 买文档送全套图纸 扣扣 414951605第一章 概 述下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763为了使我们把学到的知识能够灵活的运用，安排了此次机械工艺课程设计。目的是通过此次设计，能够为将来的工作打下一个良好的基础，我们尽力搞好此次设计。但是，由于水平有限，缺乏实际经验，时间有限，知识掌握不够全面，因此此次设计中难免有许多不足之处，望老师见谅。当然本次设计更得到了李任江老师的悉心指导，还有其他老师同学的帮助，才的以顺利完成设计，在此对大家表示感谢！由于材料拉力试验机应用比较广泛，所以应该大量比较和分析现有产品，综合后，决定设计和改造方案。目前应用得试验机工作力在 100KN 以下的多采用机械传动。100KN 以上的多采用液压式传动。现在本校试验室有两台液压式万能试验机。由于老式液压材料拉力试验机的功能和原理都差不多，所以将本校试验室的材料试验机作为改造和参考的对象。原机在拉伸（压缩）材料后能自动画出金属试验数据图。1.1 拉伸试验机的应用在各种材料的产品质量检验、生产过程质量控制、材料科学研究及教学试验中，都必须应用试验机进行力学性能测试。拉伸试验机在我国的钢铁、建材、冶金、化工等行业被广泛应用。目前，估计国内已拥有数万台国产及进口的各类试验机，大多数为手工控制、操作，主要用于原材料检验、质量监督检验、质量控制及教学，担负着材料或产品的常规力学性能测试。所以，研制一台适用于设计要求，改造后的机床能自动输出相应数据。同时也为材料用户的数据共享提供一种经济、快捷的途径和手段，显得很必要，具有良好的经济效益和社会效益。1.2 拉伸试验机采集系统的特点与要求对于本次拉伸试验机的设计，必须配置电测传感器，通常有 3 种：用于测定力值的压力传感器或测力传感器；用于测定式样变形的变形传感器；用于测定机器横梁移动量的位移传感器。本文采集的主要是拉力数据的采集；因此，只使用了拉力传感器。测试过程中，操作人员可以一边观察侧一边用拉力传感器反映的力值进行数据采集和处理测试结果。通过此次系统改造后的试验机，相对来说，测量精度明显提高，并能自动记录被测试材料的最大拉力、钢材的屈服点参数等。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或1304139763下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763要求如下：数字显示试验里及峰值等，示值精度为 并能方便验定；实时记录曲线；具有抗拉强度的峰值自动保存功能；具有屈服强度等参数自动判断功能；系统适合于长期连续运行；测试数据及相关数据机内掉电保存，以备查用；可单独使用，也可与上位联机使用。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763第二章 机械总体设计2.1.方案选择 方案的选择是为了更好的对拉伸实验机系统改造和设计，方案的选择将直接影响到设计的好坏。对此，我提出三种方案进行对比，以致于选出最好的方案，达到最佳的设计结果。2.1.1 方案列举：方案一：采用齿轮丝杠传动，电机安装在底座箱体外面。光 电 译 码 器图 2.1方案二：采用单丝杠传动，用电机直接驱动。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763应 变 片图 2.2方案三：采用同步齿形带传动，动力源为直流伺服电机，由于它的低速性不好，所以要加减速装置。 光 电 译 码 器拉 力 传 感 器图 2.32.1.2 各方案总体分析方案一：优点是两丝杠旋向相反，可消除扭转力的副作用，但左旋丝杠的加工困难造价较高。又由于减速部分采用多级齿轮传动，使得成本增加。为了安装方便放在下边的旋转编码器应改在上边，除丝杠外又增加了两个光杠，使得成本增加，所以不合理。方案二：下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763由于电机只带动一个丝杠，横梁还需严另一个光杠上下移动。这样增加了扭转力矩，相应就要增加电机的功率。造成浪费，而且应变片贴在试样上，操作不方便且试样断裂后对应变片可能有损伤，所以不合理。方案三：为了降低成本，克服液压系统的缺点，更为了提高系统的操作自动化程度，将系统定为电气控制，且是机械传动。此方案克服前两个方案的缺点，且结构简单，成本低，所以较合理。工作过程及机械原理如下：由电机带动一级减速器，再经过一级传动带带动两根丝杠。此处选择减速器是为了减少设计量。用带传动是为了降低成本。保证两根丝杠同步，传送带选用齿形带。丝杠带动螺母，落幕固定在横梁上，从而使横梁一起运动。横梁又带动夹头。由于上下夹头间夹着材料试棒，所以一起运动而上夹头与工件下部不动，因此试棒就被拉断。在丝杠的顶端装有光电偏码器，通过测量丝杠的转动计算出工件的伸长量，从而使系统达到半闭环控制，上夹头端部装有拉力传感器，可直接测量作用在工件上的力。2.1.3 确定方案由以上分析，可知方案三为最佳方案。2.1.4 解决问题 虽然反感确定了，但软，硬件控制尚需选定，编程，各部分的尺寸尚需确定，丝杠部件的连接方式的选择，材料，型号的选择。2.2 结构总体设计采用同步齿形带传动，动力源为直流伺服电机，要安装减速器，因为直流伺服电机的低速性不好。利用同步带传动，它兼有带传动，齿轮传动及链传动的优点。平均传动准确，精度高，且适于低速传动。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图 2.42.3 参数的确定1 半闭环系统的执行元件：采用直流伺服电机。2 检测及反馈元件的选择：半闭环控制的伺服系统主要采用角位移传感器。选择圆形的角位移传感器，如光电脉冲编码器，圆感应同步器，旋转变压器，码盘等。根据需要选择光电脉冲编码器。3 机械系统与控制系统方案的确定：由执行元件通过减速器和滚动丝杠螺母机构，驱动工作台运动。4 伺服电机动力参数确定：由拉伸试验机，属于一般的直流伺服系统，故根据各种直流伺服电机的特性，选择电磁式直流电机。它具有体积小、重量轻、力能指标高、产品的结构牢固。机构特性和调节特性的线性度较好的特点。故选择直流永磁电动机。5 试验机的参数：最大拉力 ，最大拉伸空间 700mm，金属试KN50下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763样加工范围 ，其精度等级：1 级。m52.4 电机的选择 （1 ） 初选电机拉伸工件时所需的最大功率VF丝p= 2W.4106105.26D33电丝 P/d电其中 321查机械原理一书知9.0联548.0减 96.0带96.0齿W.6.2P电根据机电一体化系统设计手册 初选电机 90SZ52。查表 1-2-33，其数据参数如下：转矩为： 509.5（10 ） 转速： 1500r/minmN/3功率为：80W 电压为：220V外形为： 长：181 重量为：3.6kg8/90（2）验算所选电机的转矩是否符合要求丝杠转矩 T0tan()2mDTFA其中 为 当量摩擦角。取 tan =0.0025, 则 0843306.1.50tan(2584)= 41.59 /m T = 0.5095N/mL2CT4.90.7J0.60583电所选电机合理 。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763第三章 机械部分的设计计算3.1 丝杠的选择根据机电一体化设计基础 ，选 nmax=5r/min,nm=2r/min,丝杠的长度 L=1330mm,寿命 =1500h, 传动精度 = .hL m03.(1) 求计算载荷 cFKNKmAHc 250.1.查表 2-6，取 ；查表 2-7，取 ；查表 2-4，取 D 级21F .H精度；查表 2-8，取 。.A（2）计算额定动载荷341067.hmCaLnF= 34.52=36690N（3）根据 选择滚珠丝杠副aC假设选用 型号，按滚珠丝杠符的额定动载荷 的原则，FaC查表 2-9，选以下型号规格： -6308-3 =36776N1CFa考虑各种因素选用 -6308-2.5，由表 2-9 得丝杠副数据：公称直径 =60mm，导程 P=10，螺旋角为 ，滚珠直径0D3520=5.935mm0d按表 2-1 中尺寸公式计算：滚道半径 R=0.52 =0.52 5.953=3.096mm0d偏心距 27.Re=0.07 m084.953.216.3下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763丝杠内径 mm83.5609.284.06201 ReDd（4）稳定性的验算由于丝杠在工作时可能回发生失稳和共振两种情况，所以下面对其分别进行验算。第一种情况：失稳由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应该验算其安全系数 S，其值应大于丝杠副传动结构允许的安全系数S 。查表 2-10，采用一端固定，一端游动（F-S） S=3, ( 为长度系32数)， ：临界转速系数， 查得 3.927 。 丝杠不会发生失稳的最大载cf cf荷称为临界载荷 CrF按下式计算：2lEIacr其中 E：弹性模量，对于钢 E=206G aPl: 丝杠工作长度：丝杠危险界面的周惯性矩aI其中 641d= =5.12083.544710m取 则2=1.9326791301.56crF N60安全系数 S 37105.2936SFmcr查表 2-10，S=3，既 丝杠时安全的，不会失稳。,S下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763第二种情况：高速长丝杠在工作时可能发生共振，因此需要验算其不会发生共振的最高转速临界转速 。 要求丝杠的最大转速 。crncrnmax临界转速 （r/min）可按下式计算得：cr2190ldfnccr= 24.1305687.=9970r/min即 所以丝杠工作时不会发生共振。crnmax除以上两种情况以外，滚珠丝杠副还受 值得限制，通常要求：nD0。i/10740rDn min/17mi/3n56 4rr所以该丝杠副工作稳定。（5）刚度验算计算最大导程误差 maxs6max104AEFls= =13.325.24593通常要求丝杠的导程误差应小于传动精度的 ，即：21mms 50.3.21max 所以该丝杠的导程误差满足要求，所以刚度合格。（6）效率验算滚珠丝杠副的传动效率 为：95.0)48352tan(tan0要求在 90%95%之间，所以丝杠副合格。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763（7）验算寿命测试机械寿命 h 为 15000h额定寿命计算公式如下：3FCLa其中： L额定寿命 610基本额定动载荷aF转向载荷在实际中选用 hLnL150465601所以 符合要求。（8）验算自锁丝杠停转时，丝杠螺母可能会因受力过大而轻松下落，此时必须考虑自锁问题。受力简图如下：图 3.1要防止上述现象发生，产生自锁，则必须有FQNt;既： 螺旋升角； 摩擦角由图可知：tgnttgn即 FQt能够产生自锁。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397633.2 联轴器的选择机电液手册凸缘联轴器是应用最广泛的一种固定式刚性联轴器，它结构简单，工作可靠，传递转矩大，装拆方便，可以连接不同直径的两轴，采用铰制孔螺栓对中，这种螺栓联接是依靠螺栓与螺栓孔壁之间挤压来传递转矩的，不但减轻了螺栓的预紧力，而且还能提高传递转矩的能力，同时装拆时不需要沿轴向移动。(1) 联轴器的选择计算计算转矩 CTnwTiPK5.9其中： 计算转矩 KN CmK工作情况系数T理论转矩驱动功率WPn电机转速 1500r/mini减速器公称传动比 i=50公称转矩nT查表 19-2 得 K=1.25mNC 325019.805.921综合各种技术要求，选择 YLD4 型联轴器，额定转矩为 40 ，许)(nTmN用转速（钢）为 9500r/min.轴孔直径 ，轴孔长度 30mm,D=100mm,8,螺栓 ，质量为 2.47kg,转动惯量为 0.0093。mD80183M(2) 联轴器的强度校核普通螺栓联接的受力和强度计算满足传递转矩所需的螺栓预紧力 FnDTFC14下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763其中 联轴器的计算转矩CTD半联轴器凸缘的外径两半联轴器凸缘端面接触处的直径1摩擦系数n螺栓数目NF36.0135104螺栓联接的强度条件2.1d 22/093.814.365mN其中 螺栓材料的许用应力，对 45 钢控制的预紧力时，可取 =240N/,不控制预紧力时可取 ，这里为 45 号钢控制，2m2/0mN2/40N即 满足强度条件。2/93.铰制孔螺栓联接的受力和强度计算 每一螺栓所受的剪切力 SFnDTFCS0263.042 螺栓的剪切力强度条件20 /10.84.36mNdS 螺栓联接的挤压强度条件20 /0079.186.ndFpSp 所以满足强度要求。(1) 键的强度校核由于联轴器利用键与电机，减速器相联接。根据电机轴径 ，选择普8通平键相联接，靠侧面传递转矩，对中性良好，结构简单，装拆方便，选择B 型，轴的应力集中小。查机电液手册表 6-4 得键的强度校核公式如下：下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763键联接工作面挤压应力 jYpdKlT2其中 T传递的转矩d轴的直径L键的工作长度K键与轮毂之间的接触高度数据列表如下：d b h l8 2 2 1214 5 5 20表 3.1查表 6-3 得，联接钢，轻微冲击， ， 40paMP1mNT/51.0d=8mmL=12mm . 校核 8由表 6-2 得= 即 dKLTp20aMP63.10285.p所以符合要求。键的剪切强度校核aPdblT31.528.02aMP931.5所以键的剪切强度符合要求。 校核 8ap PdklT45.12020apMP80aMbl73.14. a1键的剪切强度和挤压强度均合格。下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763综合上述计算结果得知，对于 及 两径上的键，无论是挤压强度还是剪81切强度均符合要求，可按全工作。3.3 减速器的选择查机电液手册，选择减速器。计算载荷如下：11fKPAC4321fPtT 2 Tt式中 螺杠输入各功率 工况系数 查表 20-59，1 AK6.AK启动率系 查表 20-60，得 1f 1f小时负载率系数 查表 20-61，得 =0.62 2f环境温度系数 查表 20-62，得 3f 13f减速器型号系数 查表 20-63， 得 4 4把查得的数据代入式中，得：WfKPAC 72.16.90811 t 54432 mNfTAC 8.0.51t 391604322根据上述结果查表 20-50，符合要求的减速器为 KWU40-60-F，传动比i=50。3.4 齿轮传动的设计3.4.1 齿轮的几何尺寸的计算查机电液手册，有关于直齿锥齿轮传动的几何尺寸的计算如下：齿数比 u 312Z下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763大端分度圆直径401ed120ed确定齿数 Z查图 23.4-3，取 6min1Z63212u确定大端模数8.401Zdme查表 24.4-3 得，标准的 ， ，75.1em021*ande9.3275.162分锥角 当 时，09011 43.18arctnarctuZ0027.9（6）外锥矩 、齿宽 b、齿宽系数eRRmde 5.6143.8sin29i013.04.8Rbe平均分度圆直径 mdem5.10m07.3.0938d189.2中锥矩、平均模数mRRme 28.53.015.6下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 130413976349.1305.17.meR切、径向变位系数 、Xt由图 23.4-4 得， 015.,.121 ttt X由表 23.4-6 得，选取 440齿顶高 、齿根高ahf03.1475.172.221 Xmeae由表 23.4-2 的Chf 2.075.18.C.24.0.175.1221Xeff齿顶圆直径 、顶隙 Cad39.0.mCmhdaeaaea 15.67.cos.125.cos2 94384802211 大端分度圆厚 S、大端分度圆弦齿厚 S111tnteXm= 3.05.2ta4.02.375. .31.12 Se26ed2.5.162.613.9.83.222 2211 eedSS下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763大端分度圆弦齿高 、当量齿数ahVZeadS4cos203.15.47cos2.03.14cos.29.8.7.22 02121 eaeadSh20817.cos634.cos2211 ZVV端面重合度 v tanttant21221 vVvVZZ式中 00111 17.34.13cosrcs2cosarcs XhaVv8.26.208arr 0222 ZaVv所以 000 tan7.ttn17.3ta1v=1.633.4.2 校核键的强度锥齿轮联接的键的强度计算如下：dKlTp20= 6.258.13095appMP46.2dblT0下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763= 58.34206548.91.02aMP58.34键的剪切强度和挤压强度均满足要求，可以安全工作。3.4.3 锥齿轮传动的校核计算 齿面接触疲劳强度的校核根据机电液手册，查得： HTZHmtHRAh ubdFPK185.021式中： ：使用系数 查表 10-22 得 =1.6A AK：动载荷系数 查表得：v0193.,4.321KsmdnVm /06.65846NTFit 9.2.3090103.13106.254849.3 2VK齿向载荷分布系数 H为支承情况系数，查表 12-15 得：beH5.1be875.12.K 齿间载荷分配系数 H查表 12-16 得， F 节点区域系数 查图 ， 得 =2.8HZHZ 弹性系数 查表 10-25 得， =189.8 接触疲劳强度计算的重合度和螺旋角系数 89.036.14vZ.下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763 锥齿轮系数 、许用接触应力KZH取 =1WXLvRNHSminl= 9851.03.1 89.23618.019.23.485.27 H所以齿轮的许用接触应力满足要求，可以安全使用。 齿轮的弯曲疲劳强度的校核弯曲疲劳强度的计算公式如下：FPFStFVAF YbK85.0式中： 13.159.2t复合齿型系数 FS所以查表 12-10 得21VZ208V45.FSY5.4FSY弯曲强度计算的重合度与螺旋角系数 Y查图得： 87.1 许用弯曲应力 FPXRrdTSNEFPYmin式中： 齿轮材料的弯曲疲劳强度基本值 查图得 =630FE寿命系数NY相对齿根圆角敏感系数 见表 10-27SrdT尺寸系数 见表 10-27X齿根弯曲强度的最小安全系数 =0.85minF minFS下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763把系数代入公式中：56.94.87.149.185.023F.6PF齿轮的弯曲疲劳强度满足需求。3.5 同步带的设计1. 有关数据的计算： 功率：KWPKAC 069.1548.098传动工况系数 查表取 AP带传动的功率 选择带型：根据 和 A，查图 8-18，选用 H 型，Cmb03.712选择小齿轮齿数 Z根据 的原则，查表 8-37， 取in114minZ91Z小带轮节径 、大带轮节径d2dPZb8.7614.391mdb.5.2大带轮齿数 Z38192i（6）带速 V：smnd/04.61初定中心距 0a按要求取 58下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763选用带长及齿数02121042addaLp= m150687.3.7.538.652按表 8-33 选用 代号 600 。 带上齿数 120。mLP124小带轮啮合齿数 nZ16586.7.326201 adn= 7.minZ基本额定功率1020vFP式中： 同步带的基准宽度查表 8-38 得， NFP85.210，mkg/48.bs2.760KWP084.104.852带宽 、作用于轴上的力s RFmPKbZCSs 9.6084.12.764.14.00 按表 8-34，选取标准带宽 。代号 H200bs5NVFCR 7204.92.张紧力的控制适当的张紧力是保证传动正常工作的重要因素。张紧力不足，带将在带轮上打滑，使带急剧磨损，张紧力过大，则会使带的寿命降低，轴和轴承上的作用力增大。张紧力通常是通过在带与带轮两切点 A、B 中点处加重垂直于带边载荷 G，使其产生规定的挠度 f 来控制。计算挠度的公式如下：使切边中点产生挠度： 下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763106.lfmdal 1.5844.76.15386422212 mf3.90586.1从而可知载荷为：YLlFGP160式中： 同步带合适的张紧力0切边长度l带节线长PLY修正系数查表 8-49，得：代入公式：,43,1680FNG165.综合以上分析计算，为了达到张紧的目的，本设计采用张紧轮的装置。张紧轮一般应改放在松边的内侧，使带只受单向弯曲。同时张紧轮还应尽量靠近大带轮，以免影响带在小轮上的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径应小于带轮的直径。故选择张紧轮的直径为 。m6下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763第四章 控制部分硬件设计构成微机控制部分的硬件电路概括起来由以下四个部分组成：（1）主控制器即中央处理单元 CPU，采用 系列的单片机51MC（2）总线包括数据总线（DB） 、地址总线（ AB）和控制总线（CB）（3）存储器包括可编成存储器 EPROM 和随机读写数据存储器 RAM（4） 接口电路及伺服电机电路、检测电路等外围接口电路。OI其中 CPU 是整个电路的核心，其控制其它各部分协调工作的“大脑” ，存储器则用于存放系统软件（即有相应的程序）以及运行过程中的各种数据，接口是系统与外界进行信息交换的桥梁，三总线则是 CPU 与存储器、接口I以及其它各种转换电路的纽带，是 CPU 与各部分电路进行信息交换和通讯的必由之路，本设计的控制部分系统硬件图如下：下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763控制对象伺服电机外设键盘、显示器、打印机存储器EPROM（2764 ）RAM（6264）中央处理器 CPU（8031）输入/输出I/O 接口（8155、8255）信号变换YD-15CD-5401AD-574图 4.14.1 主控制器的 CPU 的选择在微机应用系统中，CPU 的选择应该考虑以下要素：时钟频率和字长（控制数据处理的速度）可扩展存储器（RAM/ROM）的容量、指令系统功能是否很强（即编程的灵活性） 、I/O 扩展的功能（即对外部控制的能力） 、开发手段（包括支持开发的软件的硬件电路） 。除此之外，还应根据系统应用场合控制对象以及各种参数的要求来选择 CPU。目前，在我过的数据系统中，常用的芯片有下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 13041397638086、8088、80386、8098、8096 等 16 位机的 CPU，也有 8080、Z80 、MCS-48、MCS-51 系列的 8 位机的 CPU，但是应用最多的还是 Intel 公司的 MCS-51系列单片机作为主控制器。MCS-51 系列单片机主要有三种型号的产品 8031、8051、8751。该系列产品是集中 CPU I/O 端口及部分 RAM 等为一体的功能性很强的控制器，它的主要特点是集成度高可靠性好、运算速度快，另外，该系列产品只需增加少量外围器件就可以构成一个完整的微机控制系统，并且开发手段齐全，指令系统功能强，编程灵活性大，硬件资料也很丰富，是较为理想的主选控制器芯片。目前，工业控制中应用最多的是 8031 单片机，下面介绍一下 8031 单片机的基本性能及使用方法。（1） 单片机的基本性能 具有一个 8 位微处理器（CPU） 片内具有时钟发生器（6MHZ 或 12MHZ）执行指令时间为 2 或 1s 128 字节数据存储器（RAM） 、4K/8K 字节程序存储器（ ROM/EPROM） 具有 21 个特殊功能寄存器 具有 2 个 16 位可编程定时/计数器 32 跟 I/O 线，4 个 I/O 端口 5 个中断源，可编程为 2 个优先级 一个全双工的可运行于同步/异步方式的串行口 具有位寻址功能，位寻址空间 00HFFH，适用逻辑运算它使用单一的+5V 电源，在主振频率为 6MHZ 时机器同期为 2 ， s有四组工作寄存器，每组有 8 个 8 位的工作寄存器，根栈可设置于单片机数据存储器的任何处，堆栈深度最多可达 120/248 个单元。（2） MCS-51 系列单片机的引脚及功能MCS-51 单片机是一个具有 40 根引脚的双列直插式（CPU）器件，这 40 只引脚大致分为电源（ 、 、 、 ）时钟（XTA 、XTA ）I/O 口（cusdpu1l2l ）地址总线和控制总线（ALE 、RST 、PROG、 ）等六大部分它们的功能0p3简述如下：1）电源线： （20） ，电源地线s（40）芯片主电源（+5V）cu2）时钟： XTA （18）：震荡器反向放大器输入端，HMOS 芯片使用外1l部震荡器时，此端必须接地。XTA （19）：震荡器反向放大器输出和内部时钟发生器的输2l入端，HMOS 芯片使用外部震荡器时，此端用于输入外部震荡信号。3）控制总线下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763ALE/PROG（30）：地址锁存有效信号，其主要作用是提供一个适当的定时信号，在它的下降适用于外部程序存储器或外部数据存储器的底 8 位地址锁存。使 分时作用为地址总线（低 8 位）和数据总线。此信号在每0p个机器周期出现 2 次，只是访问外部数据存储器期间才会输出 ALZ，在任何可使用外部数据在存储器的系统中，ALE 以 1/6 震荡频率的固定速率输出，用作外部时钟定时，当 8751 片内编程时，此端输入编程脉冲信号（PROG） 。RST/ （ 9）：复为输入信号。震荡器工作时，该引脚上两个机器周PDU期的高电平，可实现复为操作。在掉电情况下，后备电源加到此脚，将只给片内 RAM 供电。EA/ （31）：该访问外部程序存储器控制信号输入端，当 EA 为低Du电平时，CPU 仅执行外部存储器的程序。4）I/O 线：（3239 ）：单片机的双向数据总线和低 8 位地址总线分时操作，0p先用作地址总线，在 ALE 信号的下降沿，地址锁存，然后用作为数据总线，也可用作双向输入/输出口，它能吸入/方出 8 个 TTL 负载（作总线工作时）（18）： 8 位准双向输入/输出口。在编程校验期间，用于传输低 81p位地址，它能吸入/放出 4 个 TTL 负载（2128 ）：8 位准双向输入/输出口，在访问外部存储器时，用作2高 8 位地址总线，它能吸入/放出 4 个 LSTTL 负载。（1017 ）：8 位准双向输入/输出口， 口的每一根线还有另一种3p 3p功能。： 串行输入口DRx0.3： 串行输出口TX1.：外部中断 0 输入口2.3NIp：外部中断 1 输入口1.：定时/计数器 0 外部事件脉冲输入端04.3：定时/计数器 1 外部事件脉冲输入端15.T：外部数据存储器写脉冲RWp6.3：外部数据存储器读脉冲D7.MCS51 系列单片机引脚分配，逻辑符号图详见附图 6（3） 特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）是用于对片内各功能模块进行管理、控制、监下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763视的控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的 EPROM，位于片内数据存储器上，其地址为 80HFFH 的区域。其名称及功能如下：累加器，其指令记符为 ACAB： 寄存器，主要用于乘法和除法操作对于其它指令，也可用作寄存器：堆栈指令寄存器，能位于片内 RAM 的 128 字节的任何单元FSDPTR：数据指令寄存器， 16 位，分别由高位字节（DPH ）和低位字节（DHL ）组成。其功能是存放 16 位地址。PSW：程序状态寄存器，内放标志寄存器置位成清零，表示操作结果的某些特殊，其功能及分配情况如附图另外，还有一些特殊功能寄存器。（4） 存储器结构单片机的存储器包括程序存储器（EPROM、ROM）和数据存储器（RAM） 。两种存储器的寻址空间是分开的，对于 MCS-51 系列，实际上存在3 个独立空间，如图 7 所示，程序存储器用于存放程序 8051 片内有4KROM，8751 片内有 4KEPROM。8031 片内原程序存储器，片外程序存储器可根据需要任意选择，但片内片外总的容量和起来不超过 64KB。它们在同一个逻辑空间中，地址从 0000HFFFFH。内部数据存储器的地址从 00H7FH，其中内部数据 RAM 为0127（00H07H） ，特殊功能寄存器为 128255（ 80H1FH） ，256 个字节中00H1FH 为四个工作寄存器区，00H07H 为 0 区， 08H0FH 为 1 区，10H17H 为 2 区，18H1FH 为 3 区。改变标志寄存器 PSW 中的 、 就可0sP1S以确定工作寄存器区。从 20H2FH 是“为寻址”空间，从 30H7FH 是只能够接字节寻址的数据缓冲区，单片机的外部数据存储器最大可以扩展到 64K，地址从 0000HFFFFH，用以存储数据。（5） 定时器，计数器MCS-51 系列单片机提供两个 16 位寄存器， 、 用作定时器或事件计数器，0T1需要由特殊功能寄存器 TCON 中的控制来选择 、 功能为定时还是计数。（6） 中断系统MCS-51 系列单片机提供了 5 个中断源，两个位 、 ，输入外部中0NI1T断请求低电平有效。两个为片内定时/计数器。由 和 溢出中断请求 和10IF；一个为片内串行口中断请求，这些中断请求源的引脚都为 口的第二功1IF 3p能。对于每个中断可编程序为高优先级和低优先级中断，并能实现二级中断嵌套，各中断源所对立中断服务程序的入口地址和优先级如下：中断源： 串行口中断0INT1IT下载论文就送你全套 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763入口地址：0003H 000BH 0013H 001BH 0023H优先级： 0 1 2 3 48031 响应中断后，即从以上入口地址开始执行中断服务程序，直至遇到一条返回指令为止。（7） 时序由于在单片机中程序存储器与数据存储器严格分开，因此，程序存储器的操作时序中分两种情况：即不执行 MOVX 指令和执行 MOVX 指令。4.2 存储器扩展电路设计4.2.1 程序存储器扩展：单片机应用系统中扩展用的程序存储芯片大多数采用 EPROM 芯片中。在选择时，要考虑 CPU 与 EPROM 时序的匹配，即 8031 所能读取的时间必须大于 EPROM 所需要的读取时间。此外，还需要考虑最大读取速度，工作温度及存储器的容易。在满足容量要求时，尽量选择大容量芯片，以减少芯片数量，使系统简化，若 CPU 选择为 8051、8751 而程序容量又小于 4K 的情况下，可不扩展程序存储器。（1）2764ZPROM 芯片介绍2764 芯片是双列直插式 28 脚芯片，如图 8 所示，共有 13 根地址线，8 根数据线 ，其余为控制线，定义线分别是：120A70D片选信号端 取指允许CEOE编程控制端 编程电压端PGMPV+5V 电源 地电平cVsNC空脚、不接ALPi AnPOEC图 8， 2764 管脚分配图 图 9、2764 程序存储器扩展电路框图（2）地址锁存器 74LS373单片机规定 口提供低 8 位地址线，同时又用作数据线，所以为分时输0P出低 8 位地址和数据的通道口。为了把地址信号分离出来保存以提供低 8 位地址信息，一般采用 74LS373 作为地址锁存器。单由 CPU 发出地址允许锁存器中，74LS373 是第三态缓冲输出的 8D 触发器，用作地址锁存器时，应使其使能端 E 为低电平，输入端 G 与 8031 的 ALE 连接。当 G=1 时，74LS373 的输出端 与输入端的 相同，当 G 高电平返回低电平时，将输入的70Q70D数据锁存入 中。（3）程序存储器的扩
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