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目 錄
第一章 緒論 ………………………………………………………………………………1
第二章 自動(dòng)涂膠機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………2
一 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容 ………………………………………………………………………2
二 設(shè)計(jì)要求 ………………………………………………………………………………2
三 自動(dòng)涂膠機(jī)總體方案的擬定 …………………………………………………………2
四 自動(dòng)涂膠機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) …………………………………………………………3
第三章 自動(dòng)涂膠機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)………………………………………………………5
一 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………5
二 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………5
（一）電機(jī)和連軸器的選取 ……………………………………………………………6
（二）滾珠絲杠及絲杠螺母的選取 ………………………………………………………8
（三） 滾動(dòng)導(dǎo)軌的選取 …………………………………………………………………10
（四） 步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核 …………………………………………………………11
（五） 涂膠彎臂的螺栓強(qiáng)度校核 ………………………………………………………13
（六） 涂膠夾具的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………13
（七） 變速齒輪的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………14
第四章 硬件及接口電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………16
一 概述……………………………………………………………………………………16
二 主要芯片的說(shuō)明及接口簡(jiǎn)圖…………………………………………………………16
1 8031引角說(shuō)明 ……………………………………………………………………16
2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展…………………………………………………………………18
3 I/O口的擴(kuò)展 ………………………………………………………………………19
4 8255A的外部引線與內(nèi)部結(jié)構(gòu) ……………………………………………………20
5 8279芯片的接口引線 ……………………………………………………………22
三 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………26
（一）概論 ………………………………………………………………………………26
（二）驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)及說(shuō)明 ……………………………………………………………25
1 驅(qū)動(dòng)電路原理 ……………………………………………………………………27
2 驅(qū)動(dòng)電路源部分……………………………………………………………………27
四 控制面板………………………………………………………………………………29
第五章、自動(dòng)涂膠機(jī)執(zhí)行程序設(shè)計(jì)………………………………………………………31
（一）涂膠軌跡的確定……………………………………………………………………31
（二）涂膠的程序框圖……………………………………………………………………31
第六章 結(jié)論………………………………………………………………………………32
第七章 設(shè)計(jì)體會(huì) ………………………………………………………………………33
致 謝 …………………………………………………………………………………34
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………35
第一章 緒 論
近年來(lái)，伴隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化有了很大的發(fā)展,自動(dòng)涂膠機(jī)在我國(guó)機(jī)械設(shè)備的裝配與維修中得到了廣泛的應(yīng)用，不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)也節(jié)省了能源和材料。尤其是汽車(chē)行業(yè)，對(duì)汽車(chē)零部件的結(jié)合面有一定的密封性要求,其結(jié)合面都需要涂膠，涂膠的精度對(duì)汽車(chē)的性能至關(guān)重要，自然對(duì)自動(dòng)涂膠機(jī)提出了更高的要求。以往涂膠都是依靠工人的手工來(lái)完成，涂膠的效率極低，而且很難保證涂膠的均勻性和膠體的厚度。自動(dòng)涂膠機(jī)既能保證涂膠的均勻性又能有效的節(jié)省材料，大大提高了工作效率和工作質(zhì)量，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此針對(duì)不同的工作需要,自動(dòng)涂膠機(jī)可以采用框架式機(jī)器人或多自由度機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)合面進(jìn)行涂膠，同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也意味著每天給國(guó)家企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為第一汽車(chē)集團(tuán)設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)涂膠的設(shè)備（軸承座與減速器間的密封圈）使它能在實(shí)現(xiàn)日常工作目的的基礎(chǔ)上，盡量使機(jī)械結(jié)構(gòu)合理的簡(jiǎn)化，降低成本，增加其實(shí)用性和性?xún)r(jià)比。此機(jī)構(gòu)采用框架式機(jī)械手操作機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置,X,Y軸聯(lián)動(dòng)可合成各種平面的各種曲線,XYZ軸聯(lián)動(dòng)并可合成空間曲線或直線(但必須考慮膠的流動(dòng))。,保證系統(tǒng)可靠性及涂膠精度的前提下降低造價(jià),提高性能/價(jià)格比。
本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)涂膠機(jī)硬件控制采用的是MCS-51單片機(jī)進(jìn)行三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，通過(guò)匯編語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)涂膠機(jī)的X向、Y向、Z向運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)量，來(lái)控制涂膠的速度和均勻性。
隨著數(shù)控技術(shù)、機(jī)電行業(yè)的不斷發(fā)展及對(duì)機(jī)器性能的高要求，自動(dòng)涂膠機(jī)一定會(huì)有著更廣泛的應(yīng)用前景。
第二章 自動(dòng)涂膠機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容
設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)涂膠機(jī)，對(duì)汽車(chē)密封圈進(jìn)行自動(dòng)涂膠，利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，保證涂膠的范圍、速度和均勻性。
1、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各種標(biāo)準(zhǔn)件的選取。
2、自動(dòng)涂膠機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
3、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是用單片機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制X向、Y向、Z向電機(jī)的正常工作。
4、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是控制程序設(shè)計(jì)，利用MCS-51單片機(jī)控制，采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。
二、設(shè)計(jì)要求
機(jī)械部分要考慮整體布局，工作行程要能滿(mǎn)足要求，傳動(dòng)裝置要平穩(wěn)且準(zhǔn)確，還要兼顧速度，另外需考慮經(jīng)濟(jì)性，該設(shè)備要求成本低，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，減少額外的工作量。設(shè)備的使用壽命不低于15年，每年工作330天，每天工作12小時(shí)，載荷持續(xù)率為90%，需要批量生產(chǎn)。
電路部分主要是芯片的選取和電路的擴(kuò)展連接，及三個(gè)電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)。由于涂膠屬于輕載荷工作。對(duì)電機(jī)功率要求不是太高，所以采用步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)電路控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和方向 以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
執(zhí)行程序要考慮到不同拐點(diǎn)處涂膠量問(wèn)題，可通過(guò)改變X、Y向運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)也可單一Z向運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證涂膠均勻，此次設(shè)計(jì)采用后者方式，原因是一個(gè)電機(jī)工作方式比較好控制。
三、自動(dòng)涂膠機(jī)總體方案的擬定
結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說(shuō)明：由于涂膠過(guò)程中存在拐點(diǎn)涂膠量的控制，本設(shè)計(jì)采用了在X.Y
向運(yùn)動(dòng)速度不改變的前提下，調(diào)整Z向擠膠活塞速度的方式，三向運(yùn)動(dòng)的形式不盡相
同，所以共用了三個(gè)電機(jī)，通過(guò)程序控制分別做相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，來(lái)保證涂膠的厚度和均勻
性。
Z向是用來(lái)控制出膠的量的，且要求傳動(dòng)平穩(wěn)，故選用絲杠螺母工作，絲杠螺母有自鎖能力，可保證涂膠的厚度和均勻性。 通過(guò)改變Z向絲杠螺母的轉(zhuǎn)速，以保證Z軸的升降速度，來(lái)達(dá)到涂膠的要求。
由于X，Y向運(yùn)動(dòng)要求平穩(wěn)、準(zhǔn)確，所以采用了滾珠絲杠傳動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)效率高、剛度好、傳動(dòng)精度高且使用壽命長(zhǎng)。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)承載大，且需要平穩(wěn)，所以X 、Y向采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，滾動(dòng)導(dǎo)軌承載較大，且導(dǎo)向準(zhǔn)確。為了滿(mǎn)足傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的要求，采用齒輪系統(tǒng)進(jìn)行變速，齒輪的結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)且傳動(dòng)比穩(wěn)定。
四、 自動(dòng)涂膠機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
1、每一工件涂膠時(shí)間：15s---20s
2、膠型：東泰嚴(yán)氧平面密封膠51s
3、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)： X.Y取70BF003 Z取55BF003
4、步進(jìn)電機(jī)相數(shù)： 3相
5、步進(jìn)電機(jī)拍數(shù)： 6拍
6、步進(jìn)電機(jī)步距角：αx=3o αy=3o αz=1.5o
7、步進(jìn)電機(jī)電壓： X向，Y向用DC27V
Z向電機(jī) 用DC27V
8、步進(jìn)電機(jī)電流：
X向.Y向 3.0A
Z向 3.0A
9、步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距：
X向，Y向電機(jī)0.784Nm
Z向 電機(jī)0.49Nm
保持轉(zhuǎn)距： X向，Y向0.646Nm，
Z向0.3Nm
10、步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率：
X向，Y向1800pps
Z向 3100pps
運(yùn)行頻率： X向，Y向1800Hz
Z向1600Hz
11、步進(jìn)電機(jī)的重量：X向，Y向 1.2kg
Z向 0.8kg
第三章 自動(dòng)涂膠機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)
一、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮到整個(gè)機(jī)構(gòu)的平衡性，故將承載夾持部分的彎臂方向與Y向電機(jī)在一條線上。
因?yàn)槟z棒的夾持嚴(yán)格要求對(duì)心，故選用了V行塊來(lái)設(shè)計(jì)夾具，具體結(jié)構(gòu)如下圖：
涂膠機(jī)裝置傳遞要求精度很高，為了使涂膠機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，齒輪間隙的調(diào)整采用偏心軸套進(jìn)行消隙，滾珠絲杠增加了緊定螺釘，消除了軸向間隙，同時(shí)與鍵配合下也消除了周向間隙。具體結(jié)構(gòu)框架如下圖：
二、 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
（一）、電機(jī)和連軸器的選取
1、Z向電機(jī)的選?。?
電機(jī)的選取原則是滿(mǎn)足精度要求即步距角，滿(mǎn)足輸出功率要求即轉(zhuǎn)矩問(wèn)題。
步距角：
其中： 脈沖當(dāng)量δ=0.008 I=1.0
其中 電機(jī)的型號(hào)55BF003
電機(jī)的參數(shù)如下：
相數(shù) 步距角 電壓 相電流 最大靜轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動(dòng)頻率
3 1.5/3 27 3 0.686 1800
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 質(zhì)量 外徑Φ 長(zhǎng)度 軸徑
0.617×105kgm2 0.83 55 70 6
因?yàn)槊芊馊Φ拿芊庑砸蠛芨?，每次出膠的量不是很多，所以擠膠力不是很大，故選用步距角為1.50/步，扭矩偏小點(diǎn)的便可以滿(mǎn)足要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算，擠膠的力度一般在1N～25N之間，選用保持轉(zhuǎn)距為0.686N·m的55BF003型步進(jìn)電機(jī)，便可以滿(mǎn)足扭矩要求，所以選擇55BF003型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)，就能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。
Z向連軸器的選取：
由于z向電機(jī)的輸出軸的軸徑為Φ6為了使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且拆裝方便，故采用過(guò)盈配合套筒連軸器，采用高壓油膨脹的方式使V型套筒發(fā)生軸向竄動(dòng)使兩軸連接在一起，具體結(jié)構(gòu)如圖所示：
2、X向電機(jī)的選?。?
中拖板和上拖版加上涂膠裝置總重量<=50Kg,則滾珠絲杠上的平均工作載荷為Fm=490/3N取螺旋角偏大點(diǎn)，設(shè)λ=3.20則受力分析如下圖：
λ
Fm
Fn x
設(shè)周向分力為xN,則：
x=Fmtanλ=490/3tan3.20=9.13N
(D0/2)x=30/210-39.13=0.137N·m
以上取值都是取最大可能值，實(shí)際值一定比0.137N·m小得多，為了安全起見(jiàn)，故選用70BF003型號(hào)，保持轉(zhuǎn)距為0.784N·m的步進(jìn)電機(jī)。
3、Y向電機(jī)的選?。?
Y向電機(jī)的選取也需要滿(mǎn)足扭矩的大小，以保證絲杠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于密封圈是圓形工件，可選用同一型號(hào)的電機(jī)就能滿(mǎn)足涂膠的精度。且更有利于電路的控制，程序的編制也更加方便。
（二）、滾珠絲杠及絲杠螺母的選取
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要滿(mǎn)足傳動(dòng)精度的要求，還要滿(mǎn)足高速、低噪聲和可靠性。所以我選擇了滾珠絲杠。因?yàn)闈L珠絲杠具有傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)具有可逆性、系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
1、X向滾珠絲杠的選?。?
由設(shè)計(jì)的尺寸和材質(zhì)選取可計(jì)算出Y向傳動(dòng)滾珠絲杠要帶動(dòng)重量為50×9.8=490N的重物做水平直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，則平均工作載荷Fm=1/3Mg=490/3N.絲杠工作長(zhǎng)度L=150mm.平均轉(zhuǎn)速nm=200r/min,使用壽命Lh=15000h.絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為58～62HRC傳動(dòng)精度要求：σ=±0.03 mm.
（1） 則計(jì)算載荷Fc：
Fc=KFKHKAKm=1.2*1.0*1.1*500=660(N)
KF——載荷性質(zhì)系數(shù)，取1.2介于無(wú)沖擊，平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)和一般運(yùn)轉(zhuǎn)之間。
KH——滾道實(shí)際硬度HRC>=58HRC取1.0。
KA——精度等級(jí) 取1.1。
（2） 額定動(dòng)載荷計(jì)算值（Ca'）
Ca'=Fc×
——額定壽命
——平均轉(zhuǎn)速
（3） 根據(jù) Ca' 選擇滾珠絲杠副，假設(shè)選用FC1型號(hào)，
按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷Ca等于或大于Ca'的原則，故選以下型號(hào)規(guī)格：FC1
—2005—2.5和FC1—2004—2.5.考慮到各種因素，最后選用FC1—2005—2.5。
FC1—2005—2.5滾珠絲杠副數(shù)據(jù)為：
公稱(chēng)直徑 D0=20mm
導(dǎo)程 P=5mm
螺旋角 λ=4o33ˊ
滾珠直徑 d0=3.175mm
滾道半徑 R=0.52d0=1.651mm
偏心距 e=0.707(R-d0/2)=0.004445mm
絲杠內(nèi)徑 d1=D0+2e-2R=16.7869mm
（4）穩(wěn)定性驗(yàn)算
1、臨界載荷 Fcr=π2EIa/(ul) 2=1.09×
安全系數(shù)S=Fcr/Fm>[S],絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。
2、臨界轉(zhuǎn)速
ncr=9910×fc2d1/(ul) 2=r/min
所以絲杠不會(huì)共振。
3、此外絲滾珠絲杠還受D0n值的限制
D0n=20×200=4000mmr/min<70000 mmr/min
所以絲杠副工作穩(wěn)定。
（5）效率驗(yàn)算
滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率η為：
η=tgλ/tg（λ+ρ）
=tg（4o33ˊ）/tg（4o33ˊ+4o40ˊ）
=94.8%
ρ——摩擦角
所以FC1-2005-2.5各項(xiàng)性能均符合要求，可選用。
2、Y向滾珠絲杠的選?。?
由于Y向滾珠絲杠的工作載荷要比X向滾珠絲杠小些，故用同一型號(hào)滾珠絲杠能滿(mǎn)足傳動(dòng)要求。
3、Z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選取
由于Z軸控制出膠的量的多少，且需要考慮突然斷電的情況，突然斷電需保證膠棒不漏膠所以Z軸需要具有自鎖功能。所以我選擇了絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)。使其保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
絲杠螺母的設(shè)計(jì)與自鎖驗(yàn)算：
絲杠螺母的螺距為2mm
公稱(chēng)直徑為18mm
螺母的高度為H=ψd2=2.5ψ取2.5 整體式
旋合圈數(shù) n=H/P=45/4=11.25
螺紋的工作高度： h=0.5P=0.54=2
螺牙根部寬度 b=0.65P=0.65
工作比壓P=F/0.0024MP
自鎖的驗(yàn)算：
導(dǎo)程角
所以絲杠螺母可以自鎖。
絲杠螺母的效率計(jì)算：
（三）、滾動(dòng)導(dǎo)軌的選取
1、X向?qū)к壍倪x取
（1）行程長(zhǎng)度壽命Ts
Ts=2Lsn60Th/1000=2×0.3×4×60×1.5×/ =1960Km
Ls——工作單行程長(zhǎng)度（m）取300mm
n——往復(fù)次數(shù) 取300mm
Th——工作時(shí)間壽命取15000h
（2）計(jì)算動(dòng)載荷
Ca=Ffw3√(Ts/k)/mfTfcfH=N
F——作用在滑座上的載荷
m —— 滑座個(gè)數(shù)
K—— 壽命系數(shù)一般取K=50Km
fT——溫度系數(shù)取1
fc——接觸系數(shù)取0.81
fH——硬度系數(shù)取1
fw——負(fù)載系數(shù)取1.5
根據(jù)動(dòng)載荷選取GDA-20型滾動(dòng)導(dǎo)軌
外形參數(shù)：A*h*L1=70*37*80
2、Y向?qū)к壍倪x取
由于Y向?qū)к壦惺艿妮d荷比X向?qū)к壍囊〉亩喙士蛇x用與X向相同的導(dǎo)軌，既能滿(mǎn)足傳動(dòng)要求。
（四）、步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核
1、電機(jī)的選取
初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)合理選用及i，并滿(mǎn)足
θb×L0/i×360<=δp
（1）、Z向電機(jī)選擇：
步距角的確定
θb=360×δp×i/L0=360×0.008×1/2=1.5° i=1
初選電機(jī)型號(hào) 55BF003 各參數(shù)如下：
相數(shù) 步距角 電壓 相電流 最大靜轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動(dòng)頻率
3 1.5/3 27 3 0.686 1800
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 質(zhì)量 外徑Φ 長(zhǎng)度 軸徑
0.617×105kgm2 0.83 55 70 6
（2）、X、Y向電機(jī)選擇：
步距角：θb=360×δp×i/L0=360×0.01×4/5=3° i=4 δp=0.1
初選電機(jī)型號(hào) 70BF003 各參數(shù)如下：
相數(shù) 步距角 電壓 相電流 最大靜轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動(dòng)頻率
3 1.5/3 27 3 0.784 1600
質(zhì)量 外徑Φ 長(zhǎng)度 軸徑
1.2 70 65 8
2、電機(jī)的校核：
1、Z相電機(jī)校核：
步進(jìn)電機(jī)最大徑轉(zhuǎn)矩Mjmax與步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mmq的關(guān)系
即：Mmq=λMjmax=0.866×0.686=0.594 N/cm
步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒(méi)有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。
步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：
Mkg= Mka+ Mkf+ M0
Mkg—空載啟動(dòng)力矩
Mka—空載啟動(dòng)時(shí)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度，折算到電機(jī)軸上的加速力矩（N.CM）
Mkf—空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（N.CM）
M0 —由于絲杠預(yù)緊，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩
初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩
即：Mkg≤Mmq=λMjmax λ=Mkg/Mjmax=0.866 （三相六拍）
（1） 加速力矩
Mka=J∑ε=J∑×2×л×2×60t
=0.617×0.1×2×л×1440×/60×2=0.0465(N?cm)
JΣ —傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.cm2）
—電機(jī)最大角加速度（rad/s2）
nmax —運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）
t —運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間（s）
vmax—運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min）
δp—脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）
θb—步進(jìn)電機(jī)的步距角
（2） 空載摩擦力矩：
Mkf=Gf′L0/2лηi=30×0.1×0.2/2л×0.8×1=0.119(N?cm)
G—運(yùn)動(dòng)部件的總重力（N）
f′—導(dǎo)軌摩擦系數(shù)
i—齒數(shù)傳動(dòng)降速比
η—傳動(dòng)系數(shù)總效率。 取η=0.7-0.85
L0—滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm）
（3） 附加摩擦力矩
M0=FYJL0(1-η02)/2лηi=100*0.2*(1-0.952)/2л*0.8*1=0.387(N?cm)
FYJ—滾珠絲杠預(yù)加載荷即預(yù)緊力 一般取Fm的1/3
Fm —為進(jìn)給牽引力（N）
η為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取η0≥0.9
所以Mkg≤Mmq 符合要求
X向電機(jī)與Y向電機(jī)的校核與Z向基本相同，在這里只簡(jiǎn)單的對(duì)其進(jìn)行校核。
Mmq=λMjmax=0.866×0.788=0.6824
Mkf= Gf′L0/2лηi=200*0.1*0.3/2л*0.8*4=0.2977(N?cm) i =4
M0=FYJL0(1-η02)/2лηi=250×0.3×(1-0.952)/2л×0.8×4=0.3636(N?cm)
Mmq=0.6824>Mkf+M0=0.6613 符合設(shè)計(jì)要求
（五）、涂膠彎臂的螺栓強(qiáng)度校核：
1. 先分析剪切力，由于4個(gè)螺栓是對(duì)稱(chēng)分布的，故剪切力可以認(rèn)為均分。
=
d=12mm 完全可以符合要求。
彎臂受到扭轉(zhuǎn)力的作用，其扭矩為：
（1）、截面形心：
（2）、計(jì)算截面慣性矩：
（3）、在截面的上下邊緣，分別作用有最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力：
取[]=75Mpa
《[] d=12mm完全可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
（六）、涂膠夾具的設(shè)計(jì)
涂膠的中心線在每次裝夾時(shí)要求高度對(duì)心，這樣才可以避免因裝卸膠棒時(shí)造成涂膠機(jī)起始位置的偏差，在本次設(shè)計(jì)中，采用了雙滑塊開(kāi)口V型槽式夾具來(lái)夾持膠棒，其特點(diǎn)是高度定心，夾持方便，拆裝容易，制造方便，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
（七）、變速齒輪的設(shè)計(jì)
自動(dòng)涂膠機(jī)要求傳動(dòng)效率高且傳動(dòng)比穩(wěn)定，以保證涂膠的均勻性和穩(wěn)定性。 齒輪傳動(dòng)具備這些特點(diǎn)且結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)故選用齒輪傳動(dòng)進(jìn)行變速。
1、傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
自動(dòng)涂膠機(jī)采用一級(jí)傳動(dòng)齒輪變速，可增大傳動(dòng)的扭矩和平穩(wěn)性
傳動(dòng)比為i=720/200=3.6壓力角α=18o
小齒輪：Z1=18
大齒輪：Z2=65 齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)
由于小齒輪作懸臂布置故： Φd=0.6
小齒輪的齒寬 b=Φdd1=0.6×24=14.4 mm
模數(shù)：mt=d1/Z=1.26mm 取m=1.5
齒高：h=2.25×m=3.375mm
2、幾何尺寸的計(jì)算
(1) 計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑：
d1=Z1×m=18×1.5=27mm
d2=Z2×m=65×1.5=97.5mm
(2)計(jì)算中心距 a=（d1+d2）/2=62.25mm
(3)計(jì)算齒輪寬度 b=Φdd1=0.6×27=16.2mm
圓整后取B2=16mm B1=21mm
第四章 硬件及接口電路的設(shè)計(jì)
一、概述
本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)涂膠機(jī)采用MCS-51的典型產(chǎn)品8031進(jìn)行控制，因?yàn)槠潴w積小、功能強(qiáng)和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域。由于8031是沒(méi)有ROM的單片機(jī)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也只有128K字節(jié)，因此它必須外接EPROM程序存儲(chǔ)器，才能構(gòu)成最小系統(tǒng)。8031的外部程序存儲(chǔ)器主要存放處理程序，也能存放處理程序所必需的常數(shù)。基本的擴(kuò)展包括：擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器/擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器/擴(kuò)展并行I/O接口。采用74LS373鎖存器 、74LS138譯碼器的輸出作為片選信號(hào)。本系統(tǒng)擴(kuò)展了一片8255可編程接口芯片和一片8279芯片。
二、主要芯片的說(shuō)明及接口簡(jiǎn)圖
1、8031引角說(shuō)明：
8031是無(wú)ROM型的單片機(jī)，它必須外接EPROM程序存儲(chǔ)器。8031的外部存儲(chǔ)器主要存放處理程序，也能存放處理程序所需的常數(shù)。8031最多可外擴(kuò)64K程序存儲(chǔ)器，64K程序存儲(chǔ)器中有5個(gè)單元具有特殊用途，分別對(duì)應(yīng)5種中斷源的中斷服務(wù)入口地址。8031有一個(gè)可編程的、全雙工的串行接口。串行口可以通過(guò)指令設(shè)置成四種不同的工作方式的一種，但主要
（1）、電源引腳
VCC：正常運(yùn)行和掉電工作時(shí)的電源電壓。
VSS：電源接地端。
（2）、I/O總線
P0口：P0口是一個(gè)8位雙向I/O口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS 型TTLFU載。P0角在寫(xiě)入1后浮空，這時(shí)可用作高阻輸入。
P0口也是訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存貯器的多路低位地址和數(shù)據(jù)總線。這時(shí)它在輸出1時(shí)具有強(qiáng)的內(nèi)部提升。
P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部提升的8位雙向I/O口。P1腳在寫(xiě)入1后由內(nèi)部提升置為高電平，這時(shí)它可用作輸入。作為輸入，從外部拉為低電平的P1腳將放出電流，因?yàn)樗袃?nèi)部提升電阻。
P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部提升的8位雙向I/O口。P2腳在寫(xiě)入1后由內(nèi)部提升電阻置為高電平，這時(shí)它可用作輸入。作為輸入，從外部拉為低電平的P2腳將放出電流，因?yàn)樗袃?nèi)部提升電阻。
在從外部程序存貯器取指和使用16位地址（MOVX @DPTR）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器是P2口輸出高位地址。這時(shí)在輸出1時(shí)它使用強(qiáng)的內(nèi)部提升。在使用8位地址（MOVX @Ri）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)P2口輸出特殊功能寄存器P2的內(nèi)容。
P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部提升的8位雙向I/O口。P3腳在寫(xiě)入1后由內(nèi)部提升電阻置為高電平，這時(shí)它可用作輸入。作為輸入，從外部拉為低電平的P3腳將放出電流，因?yàn)樗袃?nèi)部提升電阻。
（3）、控制總線
RST/VPD：復(fù)位輸入信號(hào)。振蕩器運(yùn)行時(shí)該腳為高兩個(gè)機(jī)器周期將復(fù)位本器件。內(nèi)部有一個(gè)擴(kuò)散電阻接VSS，允許只使用一個(gè)接到VCC的外部電容實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。
ALE：訪問(wèn)外部存貯器時(shí)用于鎖存低位字節(jié)地址的地址鎖存允許脈沖。
在一般情況下，ALE輸入為振蕩器頻率的1/6，可用作外部定時(shí)或時(shí)鐘。然而必須注意在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)少一個(gè)ALE脈沖。
PSEN：外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，是外部程序存貯器的讀選通。
EA/VPP：訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。EA必須接地從允許從外部程序存貯器0000到FFFFH取指。如EA接VCC，則除非程序計(jì)數(shù)器地址大于0FFFH，器件總是從內(nèi)部程序存貯器取指。
（4）、時(shí)鐘
XTAL1：內(nèi)部振蕩器外接晶體引腳1。
XTAL2：內(nèi)部振蕩器外接晶體引腳2。
MCS-51單片機(jī)為40腳雙列直線式結(jié)構(gòu)，其引腳排列如下：
2、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展
在MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，對(duì)于ROM的單片機(jī)是不可缺少的工作。片外程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作使用不同指令和控制信號(hào)，故允許二者的地址重復(fù)，片外可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器分別為64K字節(jié)。由于片外程序存儲(chǔ)器與片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用相同的操作指令，所以片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器的選擇靠硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)EA=0時(shí)，不論片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器，片外存儲(chǔ)器的地址可從0000H開(kāi)始設(shè)置（最大可到FFFFH，64K字節(jié)，由外擴(kuò)芯片容量決定）；但當(dāng)EA=1時(shí)，前4K字節(jié)地址0000H-0FFFH為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器所有，片外擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器的地址只能從1000H開(kāi)始設(shè)置（最大可到FFFFH，60K字節(jié)，由外擴(kuò)芯片容量決定）。
（1） 程序存儲(chǔ)器有單獨(dú)的地址編號(hào)（0000H-FFFFH），使用單獨(dú)的控制信號(hào)（PSEN控制）和指令（MOVC查表指令）。
（2） 程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共用地址總線與數(shù)據(jù)總線。
（3） 采用線選法而不用地址片選譯碼。
3、I/O口的擴(kuò)展
“接口”是微處理器CPU與外界的連接部件（電路），是CPU與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站?！敖涌诩夹g(shù)”是研究CPU如何與外部世界進(jìn)行最佳耦合與匹配，以實(shí)現(xiàn)雙方高效，可靠地交換信息的一門(mén)技術(shù)，它是軟硬件結(jié)合的體現(xiàn)，是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵。
按CPU與外界交換信息的要求，一般來(lái)講，接口部件應(yīng)具有如下功能特點(diǎn)：
（1）、數(shù)據(jù)緩沖功能
接口中一般都設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器或鎖存器，以解決高速CPU和低速外設(shè)之間的矛盾，避免丟失數(shù)據(jù)。另外，這些鎖存器常常有驅(qū)動(dòng)作用。
（2）、設(shè)備選擇功能
微機(jī)系統(tǒng)中通常都有多臺(tái)外設(shè)，而CPU在同一時(shí)間里只能與一臺(tái)外設(shè)交換信息，這就要借助接口的地址譯碼器對(duì)外設(shè)進(jìn)行尋址。高位地址用于芯片選擇，低位地址用于選擇接口芯片內(nèi)部寄存器或鎖存器，以選定需要與CPU交換信息的外設(shè)。
（3）、信號(hào)轉(zhuǎn)換功能
由于外設(shè)所能提供和所需要的各種信號(hào)常常與微機(jī)總線信號(hào)不兼容，因此信號(hào)變換就不可避免，它是接口設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要方面。通常遇到的信號(hào)變換包括：信號(hào)電平轉(zhuǎn)換、模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換、串/并和并/串轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)寬度變換及信號(hào)的邏輯關(guān)系和時(shí)序上的配合所要求的變換等。
（4）、接受、解釋并執(zhí)行CPU命令的功能
CPU發(fā)往外設(shè)的各種命令都是以代碼的形式先發(fā)到接口電路，再有接口電路解釋后，形成一系列控制信號(hào)送往外設(shè)的。為了實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的聯(lián)絡(luò)，接口電路還必須提供寄存器的“空”或“滿(mǎn)”，外設(shè)的“忙”或“閑”等狀態(tài)信號(hào)。
（5）、中斷管理功能
當(dāng)外設(shè)需要及時(shí)得到CPU的服務(wù)，例如，在出現(xiàn)故障而要求CU進(jìn)行刻不容緩的處理時(shí)，就應(yīng)在接口中設(shè)置中斷控制邏輯，由它完成向CPU提出中斷請(qǐng)求，進(jìn)行中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)，接收中斷響應(yīng)信號(hào)以及向CPU提供中斷向量等有關(guān)中斷事物工作。這樣，除了能使CPU實(shí)時(shí)處理緊急情況外，還能使快速CPU與慢速外設(shè)并行工作，從而大大提高CU的效率。
（6）、可編程功能
為使接口具有較強(qiáng)的通用性、靈活性和可擴(kuò)充性，現(xiàn)在的接口芯片多數(shù)都是可編程的，這樣在不改變硬件的條件下，只改變驅(qū)動(dòng)程序就可改變接口的工作方式和功能，以適應(yīng)不同的用途。
需要說(shuō)明的是：上述功能并非每個(gè)接口芯片都同時(shí)具備，對(duì)不同配置和不同用途的微機(jī)系統(tǒng)，其接口芯片的功能及實(shí)現(xiàn)方式有所不同，接口電路的復(fù)雜程度相差甚遠(yuǎn)。
MCS/51共有四個(gè)八位并行口，即P0—P3。對(duì)于8031來(lái)說(shuō)，由于無(wú)片內(nèi)ROM，必須在外部擴(kuò)展ROM。這時(shí)，需要使用P0、P2口作為地址總線輸出口及數(shù)據(jù)總線口使用。因此，對(duì)于8031，只有P1口及P3口的一部分可提供給用戶(hù)作為I/O口使用，這對(duì)于系統(tǒng)是不夠的，需要進(jìn)行I/O口擴(kuò)展。
可編程I/O口的擴(kuò)展
可編程I/O接口芯片電路復(fù)雜，功能較多，可滿(mǎn)足各種應(yīng)用要求。INTEL8155/8255CPU是為8031CPU設(shè)計(jì)的通用I/O接口。
4、8255A的外部引線與內(nèi)部結(jié)構(gòu) （如圖）
8255A是一個(gè)單+5V電源供電，40個(gè)引腳的雙列直插式組件其外部引線如圖所示：作為接口電路的8055A具有面向主機(jī)系統(tǒng)總線和面向外設(shè)兩個(gè)方面的連接能力。它的引腳正是為了滿(mǎn)足這種連接要求而設(shè)置的。
（1）面向系統(tǒng)總線的信號(hào)線有：
D0—D7：雙向數(shù)據(jù)總線。CPU通過(guò)它向8255A發(fā)送命令、數(shù)據(jù)；8255A通過(guò)它向CPU回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。
CS：選片信號(hào)線，該信號(hào)低電平有效，有系統(tǒng)地址總線經(jīng)I/O地址譯碼器產(chǎn)生。CPU通過(guò)發(fā)高位地址信號(hào)使它變成低電平時(shí)，才能對(duì)8255A進(jìn)行讀寫(xiě)操作。當(dāng)CS為高電平時(shí)，切斷CPU與芯片的聯(lián)系。
A1，A0：芯片內(nèi)部端口地址信號(hào)線，與系統(tǒng)地址總線低位相連。該信號(hào)用來(lái)尋址8255A內(nèi)部寄存器。兩位地址，可形成片內(nèi)四個(gè)端口地址。
RD：讀信號(hào)線，該信號(hào)低電平有效。CPU通過(guò)執(zhí)行IN指令，發(fā)讀信號(hào)將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信號(hào)從8255A讀至CPU。
WR：寫(xiě)信號(hào)線，該信號(hào)低電平有效。CPU通過(guò)執(zhí)行OUT指令，發(fā)寫(xiě)信號(hào)，將命令代碼或數(shù)據(jù)寫(xiě)入8255A。
RESET：復(fù)位信號(hào)線，該信號(hào)高電平有效。它清除控制寄存器并將8255A的A、B、C三個(gè)端口均置為輸入方式；輸出寄存器和狀態(tài)寄存器被復(fù)位，并且屏蔽中斷請(qǐng)求；24條面向外設(shè)的信號(hào)線呈現(xiàn)高阻懸浮狀態(tài)。這種勢(shì)態(tài)，一直維持，直到用方式命令才能改變，使其進(jìn)入用戶(hù)所需的工作方式。
面向I/O設(shè)備的信號(hào)線有：
PA0—PA7：端口A的I/O線，與外部連接。
PB0—PB7：端口B的I/O線
PC0—PC7：端口C的I/O線
(2)A組和B組控制電路：
根據(jù)CPU命令，控制8255工作方式的控制電路，A組控制PA口和PC4-PC7，B組控制PB口和PC0-PC3。
(3)雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器：
這是8255和CPU數(shù)據(jù)總線的接口，CPU和8255之間的命令，數(shù)據(jù)和狀態(tài)的傳送部分是通過(guò)雙向三態(tài)總線緩沖器傳送的，D0-D7接CPU的數(shù)據(jù)總線。
(4)讀/寫(xiě)和控制邏輯：
A0、A1、CS為8255的口選擇信號(hào)和片選信號(hào)，RD、WR為對(duì)8255的讀/寫(xiě)控制信號(hào)，這些信號(hào)線分別和CPU的地址線和讀/寫(xiě)信號(hào)線相連接，實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)8255的口選擇和數(shù)據(jù)傳送。這些控制信號(hào)的組合可以實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)8255的PA口、PB口、PC口和控制口的尋址。8255的端口尋址如圖所示。
5、8279芯片的接口引線
圖為該芯片的引腳圖。40個(gè)引腳除+5V電源接線和地線外，依功能分為三組：與CPU的接口連線、與鍵盤(pán)的接口線以及與顯示器的接口線。
1、與CPU的接口線
（1） D0—D7：雙向數(shù)據(jù)總線。CPU通過(guò)這組接線向芯片寫(xiě)入工作方式控制命令字和顯示輸出得數(shù)據(jù)，讀回芯片的工作狀態(tài)和鍵盤(pán)編碼。
（2） CS：片選輸入線。低電平允許對(duì)芯片的讀、寫(xiě)操作。
（3） A0：地址碼最低位輸入線。低電平選中片內(nèi)數(shù)據(jù)寄存器，高電平選中片內(nèi)命令和狀態(tài)寄存器
（4） RD、WD：讀寫(xiě)控制。分別控制數(shù)據(jù)命令和狀態(tài)的讀、寫(xiě)。
（5） RESET：復(fù)位輸入線及CLK（時(shí)鐘線，系統(tǒng)送入時(shí)鐘作芯片內(nèi)部定時(shí)）。
2、 與鍵盤(pán)的接口線
（1） SL0—SL3：掃描信號(hào)線，用作鍵盤(pán)的行掃描信號(hào)，以及數(shù)碼顯示器的位選信號(hào)?？删幊淌剐酒ぷ髟诰幋a方式或譯碼方式，前者按SL0—SL34位編碼器輸出16位編碼正脈沖，后者按SL0—SL3順序輸出負(fù)脈沖，按編程的時(shí)鐘頻率周而復(fù)始地輸出。
（2） RL0—RL3：回饋信號(hào)輸入線，與鍵盤(pán)的列線相連。當(dāng)芯片輸出行掃描信號(hào)時(shí)，芯片自動(dòng)接受這列線回饋信號(hào)。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，經(jīng)約10ms消顫處理，被按下的鍵所在的列輸出低電平信號(hào)，其他列輸出高電平。
（3） SHIFT，CNTL/STB：位移，控制/選通輸入方式信號(hào)線。加上此兩線的4種編碼，鍵定譯碼可達(dá)256個(gè)。在選通輸入方式時(shí)，CNTL/STB線用作數(shù)據(jù)送入FIFO的選通線。
3、 與數(shù)碼顯示器的接口線
SL0—SL3掃描信號(hào)線也是數(shù)碼顯示器的位選信號(hào)線。初此以外還有：
（1） OA0—OA3，OB0—OB3：數(shù)據(jù)輸出線。數(shù)據(jù)顯示器的段碼從這兩組線輸出，他們與位選線SL0—SL3同步，實(shí)現(xiàn)分時(shí)數(shù)據(jù)顯示。芯片內(nèi)部有一個(gè)16字節(jié)的顯示存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)欲顯示的段碼，最大可支持16位數(shù)碼顯示。
（2） BD：消隱信號(hào)線。此輸出信號(hào)用來(lái)在顯示數(shù)據(jù)切換時(shí)進(jìn)行消隱，以免顯示跳動(dòng)，此信號(hào)也可有消隱命令產(chǎn)生。
PC0—PC7：端口C的輸入輸出線
這24根信號(hào)線均可用來(lái)連接I/O設(shè)備，通過(guò)它們可以傳送數(shù)字量信息或開(kāi)關(guān)量信息。
下圖是用8279作8031的鍵盤(pán)/顯示器接口的邏輯圖。
在圖中的數(shù)碼管U11—U18是共陽(yáng)型的LED數(shù)碼管。8279的DB0—DB7與8031的P0口連接，A0是由U3，74LS373鎖存器提供。CLK與ALE連接，如果8031的時(shí)鐘是6MHz的話(huà)，那么CLK的頻率將是1MHz。IRQ通過(guò)一個(gè)反向器與INT1連接以申請(qǐng)中斷。RD，WR相連接。這里，片選CS采用線選方式，通過(guò)一個(gè)反相器與P2.5連接，因此該8279的數(shù)據(jù)口地址是2000H，控制口地址是2001H。但在外設(shè)接口較多的應(yīng)用系統(tǒng)里，接口地址應(yīng)當(dāng)由譯碼器提供。
8279的A組輸出OUTA0—3和B組輸出OUTB0—3合并使用，通過(guò)U4，74LS244八個(gè)同相三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，作為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的段驅(qū)動(dòng)。掃描線SL2—SL0按編碼掃描鍵盤(pán)方式工作，U5，74LS138三一八譯碼器，作為它的外接譯碼器，可以擴(kuò)展出8條鍵盤(pán)矩陣的行線。在本圖中，工接有64個(gè)鍵。同時(shí)，該8條線還通過(guò)U7—U10，4個(gè)75452雙與非驅(qū)動(dòng)器，作為數(shù)碼管U11—U18的位掃描驅(qū)動(dòng)。RL0—RL7回復(fù)線作為鍵盤(pán)矩陣的列線。另外，還在SHIFT和CNTL/STB腳上設(shè)計(jì)了兩個(gè)開(kāi)關(guān)，在它們的配合下這64個(gè)鍵可以得到64×4=256個(gè)功能。
8279自動(dòng)完成鍵盤(pán)掃描和數(shù)碼管掃描顯示的工作，分擔(dān)了CPU的巨大工作量，它掃描鍵盤(pán)的原理是這樣的：由于RL0—RL7回復(fù)線內(nèi)部具有上拉電阻，因此，它作為鍵盤(pán)矩陣的列線時(shí)，如果沒(méi)有鍵按下則RL0—RL7芯片所接受到的信息都是“1”。在本圖中，鍵矩陣的行線由SL2—SL0的外譯碼器驅(qū)動(dòng)，即在74LS138的輸出線Y0—Y7中每個(gè)掃描節(jié)拍只有一根線輸出“0”。假設(shè)某掃描節(jié)拍LS2—SL0是000的話(huà)，那么Y0=0，這時(shí)只有0—7號(hào)鍵中的某個(gè)鍵被按下時(shí)才能使RL0—RL7的相應(yīng)回復(fù)線狀態(tài)為“0”。即SL2—SL0的狀態(tài)變化是該鍵的行碼，而RL0—RL7的狀態(tài)是該鍵的列碼。隨著LS2—SL0的狀態(tài)變化，74LS138的輸出線Y0—Y7也依次逐個(gè)的變低，在RL0—RL7回復(fù)線的配合下，就逐行地把所有的鍵的狀態(tài)都掃描了。為了克服機(jī)械接觸式鍵盤(pán)的接觸顫動(dòng)，芯片考慮了10.3ms的消顫時(shí)間。
利用鍵矩陣的行線，又構(gòu)成了數(shù)碼管的掃描顯示。行輸出線Y0-Y7通過(guò)與非驅(qū)動(dòng)器（75452）依次逐個(gè)地選通每位數(shù)碼管，在OUTA0-3和OUTB0-3輸出的字行碼的同步配合下，就把要顯示的數(shù)字和符號(hào)顯示出來(lái)了。在掃描鍵盤(pán)方式中，輸入到FIFO RAM 的字符格式如下：
三、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
（一）、 概論
脈沖輸入時(shí)，將脈沖分配給各組繞組，因其功率很小，電壓幅度不足5V，電流為mA級(jí)，必須經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器將信號(hào)電流放大到若干安培，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)際上電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)功率放大器。驅(qū)動(dòng)器要求失真小，有較好的前沿和足夠的幅度。本系統(tǒng)采用55BF003型和70BF003型步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，它是受脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，，微安級(jí)信號(hào)進(jìn)行控制，若想使27V，5A的步進(jìn)電機(jī)達(dá)到需要的額外狀態(tài)，只靠微機(jī)8255控制作用不可能提供步進(jìn)電機(jī)需要的輸出功率，因此必須有額外的功率驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)與控制系統(tǒng)，功率驅(qū)動(dòng)電路組成一體構(gòu)成了步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如圖：
驅(qū)動(dòng)電路
8255A
分配系統(tǒng)
MCS-51
步進(jìn)電機(jī)
步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)主框圖
（二）、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)及說(shuō)明
步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)和分配系統(tǒng)中采用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以采用三級(jí)管進(jìn)行電流放大。下面是功率驅(qū)動(dòng)電動(dòng)硬件進(jìn)行說(shuō)明。
高低壓驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示：
驅(qū)動(dòng)電路圖
1、驅(qū)動(dòng)電路原理：
La繞組的高低壓驅(qū)動(dòng)電路，脈沖變壓器Tp組成高壓控制電路，無(wú)脈沖輸出時(shí)，T1，T2，T3，T4，均截止，電機(jī)繞組La中無(wú)電流通過(guò)，電機(jī)不轉(zhuǎn)，有脈沖輸入時(shí)，T1, T2, T4,飽和導(dǎo)通，在T2由截止到飽和期間，其集電極電流也就是脈沖變壓器的初級(jí)電流急速增加，在變壓器次級(jí)感生一個(gè)電壓，使T3導(dǎo)通，80V高壓經(jīng)高壓管T3加到繞組La上使電流迅速上升，約經(jīng)數(shù)百微秒，當(dāng)T2進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)后，Tp初級(jí)電流暫時(shí)恒定，次級(jí)的感應(yīng)電壓降到0，T3截止，這時(shí)12V低壓電流經(jīng)D2加到繞組La上，維持La中的電流為恒定值。輸入脈沖結(jié)束后，T1，T2，T3，T4，又均截止，儲(chǔ)存在La中的能量通過(guò)18Ω的電阻和二極管泄放，18Ω的電阻的作用是減小放電回路的時(shí)間常數(shù)，改善電流波形后沿，由于采用高低壓驅(qū)動(dòng)，電流增長(zhǎng)快，電機(jī)的力矩和運(yùn)行頻率都得到改善。
高低壓驅(qū)動(dòng)電路，采用四個(gè)三極管，線路比較簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定實(shí)用性強(qiáng)，它具有以下特點(diǎn)：
a 本回路采用兩種電源供電80V12V
b 驅(qū)動(dòng)電路采用了三級(jí)放大，使電路合理，穩(wěn)定性好。
c 由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，使電流波形頂部下凹，使平均電流下降，轉(zhuǎn)矩下降。
2、驅(qū)動(dòng)電路源部分
由于驅(qū)動(dòng)電路需要直恒流27V穩(wěn)定電壓，才能保證機(jī)構(gòu)的工作穩(wěn)定性，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路中步進(jìn)電機(jī)滿(mǎn)足電流在3A以上，故自行設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路穩(wěn)壓電源。
具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示：
27V +6V
20Ω 300Ω
7805
A B
4700m 3K
+5V
0.33m 0.1M
驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)壓圖
工作原理：由變壓器輸出+30V電壓，由于為恒流電壓，所以最大值在30-32V之間，大于30V電壓，經(jīng)過(guò)7824將電壓將為24V，又因?yàn)?824工作電流很小，所以TIP147進(jìn)行擴(kuò)大后經(jīng)過(guò)電阻提壓為27V，再同樣經(jīng)過(guò)7815后電壓為15V，經(jīng)電阻分壓降為+6V，由穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定后，在經(jīng)過(guò)7805把電壓穩(wěn)定在5V。
電容器的選?。?
電容C采用極性電容器，主要是因?yàn)槲覀円呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?，第一步已將雙向變換電壓變?yōu)閱蜗虿▌?dòng)電壓，所以電容器另一端始終處于低電位，但也不排除電流橋會(huì)有漏電流的可能。通過(guò)電容這一步，便可使這一小部分漏過(guò)來(lái)的的反向電壓被截止并消除掉。因?yàn)殡娙荼旧韺?duì)電壓有滯后作用，其作用可用下圖示明：
濾波后電壓波形電容值越大，濾波的效果會(huì)越好，但電容值過(guò)大也會(huì)使電容兩端電壓值偏低，所以我們選用了電容值為4.9mF的極性電容。
四、控制面板
本次設(shè)計(jì)所采用的是由南京利德運(yùn)動(dòng)控制工程有限公司提供的LD系列機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)為L(zhǎng)D-15M型
（一）、外部接線圖如下：
（二）、控制面板圖如下：
第五章、自動(dòng)涂膠機(jī)執(zhí)行程序設(shè)計(jì)
（一）、涂膠軌跡的確定
密封圈涂膠軌跡如圖所示：
（二）、涂膠的程序框圖如下：
框圖的說(shuō)明：涂膠過(guò)程中，需要保證膠棒內(nèi)有足夠的膠為下一工件能夠涂完為止，所以設(shè)計(jì)了膠棒內(nèi)膠量不足的報(bào)警子程序。每一工件涂完膠后提醒工人換件，這樣就可以節(jié)省不必要的時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。
詳細(xì)圖見(jiàn)圖紙
第六章 結(jié)論
1、此次設(shè)計(jì)的涂膠機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，有利于它的通用性。
2、此次設(shè)計(jì)的自動(dòng)涂膠機(jī)完全脫離了手工涂膠，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)涂膠，使工人從繁瑣的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這將大大的提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
3、在涂膠的過(guò)程中，保證了涂膠的厚度和膠的均勻性，這樣，不僅提高了機(jī)器零件的密封性，而且機(jī)器的性能將更加良好。涂膠機(jī)的研制，將為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
第七章 設(shè)計(jì)體會(huì)
經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅將我大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)緊密的聯(lián)系起來(lái)，而且提高了我綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力和設(shè)計(jì)能力，并從中了解了從理論設(shè)計(jì)到實(shí)際設(shè)計(jì)的基本過(guò)程，學(xué)到了很多書(shū)本之外的實(shí)際運(yùn)用的知識(shí)，使自己的整體設(shè)計(jì)水平有所提高。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，明白了機(jī)電一體化不是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的簡(jiǎn)單疊加，而是二者的有機(jī)結(jié)合。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年學(xué)習(xí)內(nèi)容的最后的一個(gè)部分，也是最重要的部分，是提高自己整體設(shè)計(jì)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與以往的課程設(shè)計(jì)不同，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量大，難度也相對(duì)較高，在設(shè)計(jì)中遇到了很多困難，這就需要我去查閱更多的資料，在指導(dǎo)教師的幫助下，我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。同時(shí)也學(xué)到了更多的實(shí)用知識(shí)，使自己在將來(lái)的工作中能夠?qū)W有所用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，知道了基礎(chǔ)課程的重要性，知識(shí)的運(yùn)用性在今后的工作中還需要繼續(xù)學(xué)習(xí)。通過(guò)這次涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)，我知道了機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要抓住關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，要綜合考慮設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)而不要孤立的考慮問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程中還要貫穿技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析和現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段的應(yīng)用，尤其是CAD的良好應(yīng)用。在設(shè)計(jì)中也看到了我國(guó)機(jī)電業(yè)的不足，機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，加工工藝不夠完善，影響了國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多機(jī)電產(chǎn)品需要進(jìn)口，這樣加大了國(guó)有企業(yè)的負(fù)擔(dān)，阻礙了國(guó)有企業(yè)的發(fā)展，使其很難具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。愿我能在今后的工作中為我國(guó)的機(jī)電事業(yè)盡一份力。
鑒于本人設(shè)計(jì)水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中難免有疏漏之處，涂膠機(jī)還有待于在今后的應(yīng)用過(guò)程中加以改進(jìn)，懇切希望老師們提出寶貴意見(jiàn)，加以改正。
2004年6月
致 謝
在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，感謝各位機(jī)電老師和同學(xué)對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的支持和幫助，尤其感謝王曉東老師和于保軍老師對(duì)我的指導(dǎo)和金明煥同學(xué)對(duì)我的輔導(dǎo)，使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這里衷心地感謝他們。
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