1671-自動涂膠機,自動,涂膠 長 春 工 業(yè) 大 學畢 業(yè) 設(shè) 計自 動 涂 膠 機學 院： 機電工程學院專業(yè)班級： 機械電子工程專業(yè)設(shè) 計 者： --------------------指導(dǎo)教師： --------------------完成日期： 2004 年 6 月 12 日1目 錄第一章 緒論 ………………………………………………………………………………1第二章 自動涂膠機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ……………………………………………………2 一 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容 ………………………………………………………………………2 二 設(shè)計要求 ………………………………………………………………………………2三 自動涂膠機總體方案的擬定 …………………………………………………………2四 自動涂膠機的主要技術(shù)參數(shù) …………………………………………………………3第三章 自動涂膠機機械部分設(shè)計………………………………………………………5 一 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 …………………………………………………………………………5二 傳動裝置設(shè)計 …………………………………………………………………………5（一）電機和連軸器的選取 ……………………………………………………………6（二）滾珠絲杠及絲杠螺母的選取 ………………………………………………………8（三） 滾動導(dǎo)軌的選取 …………………………………………………………………10（四） 步進電機的選擇與校核 …………………………………………………………11（五） 涂膠彎臂的螺栓強度校核 ………………………………………………………13（六） 涂膠夾具的設(shè)計…………………………………………………………………13（七） 變速齒輪的設(shè)計 …………………………………………………………………14第四章 硬件及接口電路的設(shè)計…………………………………………………………16一 概述……………………………………………………………………………………16二 主要芯片的說明及接口簡圖…………………………………………………………161 8031 引角說明 ……………………………………………………………………162 程序存儲器的擴展…………………………………………………………………183 I/O 口的擴展 ………………………………………………………………………194 8255A 的外部引線與內(nèi)部結(jié)構(gòu) ……………………………………………………2025 8279 芯片的接口引線 ……………………………………………………………22三 驅(qū)動電路設(shè)計…………………………………………………………………………26（一）概論 ………………………………………………………………………………26（二）驅(qū)動電路設(shè)計及說明 ……………………………………………………………251 驅(qū)動電路原理 ……………………………………………………………………272 驅(qū)動電路源部分……………………………………………………………………27四 控制面板………………………………………………………………………………29第五章、自動涂膠機執(zhí)行程序設(shè)計………………………………………………………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)計體會 ………………………………………………………………………33致 謝 …………………………………………………………………………………34 參考文獻 …………………………………………………………………………………35 1本設(shè)計已經(jīng)通過答辯，如果需要圖紙請聯(lián)系QQ 251133408 另專業(yè)團隊代做畢業(yè)設(shè)計，質(zhì)量速度有保證。第一章 緒 論近年來，伴隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，機電一體化有了很大的發(fā)展,自動涂膠機在我國機械設(shè)備的裝配與維修中得到了廣泛的應(yīng)用，不僅提高了勞動生產(chǎn)率，同時也節(jié)省了能源和材料。尤其是汽車行業(yè)，對汽車零部件的結(jié)合面有一定的密封性要求,其結(jié)合面都需要涂膠，涂膠的精度對汽車的性能至關(guān)重要，自然對自動涂膠機提出了更高的要求。以往涂膠都是依靠工人的手工來完成，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。自動涂膠機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，減少了工人的勞動強度。因此針對不同的工作需要,自動涂膠機可以采用框架式機器人或多自由度機器人來實現(xiàn)對結(jié)合面進行涂膠，同時，這項技術(shù)的應(yīng)用也意味著每天給國家企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。本次設(shè)計的目標是為第一汽車集團設(shè)計一臺自動涂膠的設(shè)備（軸承座與減速器間的密封圈）使它能在實現(xiàn)日常工作目的的基礎(chǔ)上，盡量使機械結(jié)構(gòu)合理的簡化，降低成本，增加其實用性和性價比。此機構(gòu)采用框架式機械手操作機，由步進電機作為驅(qū)動裝置,X,Y 軸聯(lián)動可合成各種平面的各種曲線,XYZ 軸聯(lián)動并可合成空間曲線或直線(但必須考慮膠的流動)。,保證系統(tǒng)可靠性及涂膠精度的前提下降低造價,提高性能/價格比。本次設(shè)計的自動涂膠機硬件控制采用的是 MCS-51 單片機進行三坐標聯(lián)動運動進行控制，通過匯編語言編程來實現(xiàn)涂膠機的 X 向、Y 向、Z 向運動的數(shù)據(jù)量，來控制涂膠的速度和均勻性。隨著數(shù)控技術(shù)、機電行業(yè)的不斷發(fā)展及對機器性能的高要求，自動涂膠機一定會有著更廣泛的應(yīng)用前景。 2第二章 自動涂膠機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計一、 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容設(shè)計一臺自動涂膠機，對汽車密封圈進行自動涂膠，利用步進電機進行驅(qū)動控制，保證涂膠的范圍、速度和均勻性。1、機械系統(tǒng)設(shè)計包括機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和各種標準件的選取。2、自動涂膠機的控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計。3、硬件系統(tǒng)設(shè)計就是用單片機及驅(qū)動電路來控制 X 向、Y 向、Z 向電機的正常工作。4、軟件系統(tǒng)設(shè)計就是控制程序設(shè)計，利用 MCS-51 單片機控制，采用匯編語言進行程序設(shè)計。二、設(shè)計要求機械部分要考慮整體布局，工作行程要能滿足要求，傳動裝置要平穩(wěn)且準確，還要兼顧速度，另外需考慮經(jīng)濟性，該設(shè)備要求成本低，盡量選用標準件，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，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展連接，及三個電機控制電路的設(shè)計。由于涂膠屬于輕載荷工作。對電機功率要求不是太高，所以采用步進電機。設(shè)計電路控制電機的運轉(zhuǎn)和方向 以達到設(shè)計要求。執(zhí)行程序要考慮到不同拐點處涂膠量問題，可通過改變 X、Y 向運動速度調(diào)節(jié)也可單一 Z 向運動調(diào)節(jié)，以保證涂膠均勻，此次設(shè)計采用后者方式，原因是一個電機工作方式比較好控制。三、自動涂膠機總體方案的擬定結(jié)構(gòu)的詳細說明：由于涂膠過程中存在拐點涂膠量的控制，本設(shè)計采用了在X.Y向運動速度不改變的前提下，調(diào)整 Z 向擠膠活塞速度的方式，三向運動的形式不盡相 3同，所以共用了三個電機，通過程序控制分別做相應(yīng)運動，來保證涂膠的厚度和均勻性。 方 案 框 圖機 械 部 分電 路 部 分 涂 膠 軌 跡涂 膠 的 量Z 向是用來控制出膠的量的，且要求傳動平穩(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。 通過改變 Z 向絲杠螺母的轉(zhuǎn)速，以保證 Z 軸的升降速度，來達到涂膠的要求。由于 X，Y 向運動要求平穩(wěn)、準確，所以采用了滾珠絲杠傳動，滾珠絲杠傳動效率高、剛度好、傳動精度高且使用壽命長。導(dǎo)向機構(gòu)承載大，且需要平穩(wěn)，所以 X 、Y 向采用滾動導(dǎo)軌，滾動導(dǎo)軌承載較大，且導(dǎo)向準確。為了滿足傳動比和結(jié)構(gòu)簡化的要求，采用齒輪系統(tǒng)進行變速，齒輪的結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長且傳動比穩(wěn)定。四、 自動涂膠機的主要技術(shù)參數(shù)1、每一工件涂膠時間：15s---20s2、膠型：東泰嚴氧平面密封膠 51s3、步進電機型號： X.Y 取 70BF003 Z 取 55BF0034、步進電機相數(shù)： 3 相5、步進電機拍數(shù)： 6 拍6、步進電機步距角：αx=3o αy=3o αz=1.5o7、步進電機電壓： X 向，Y 向用 DC27V 4Z 向電機 用 DC27V8、步進電機電流：X 向.Y 向 3.0AZ 向 3.0A9、步進電機最大靜轉(zhuǎn)距：X 向，Y 向電機 0.784NmZ 向 電機 0.49Nm保持轉(zhuǎn)距： X 向，Y 向 0.646Nm，Z 向 0.3Nm10、步進電機空載起動頻率：X 向，Y 向 1800pps Z 向 3100pps運行頻率： X 向，Y 向 1800Hz Z 向 1600Hz11、步進電機的重量：X 向，Y 向 1.2kg Z 向 0.8kg 5第三章 自動涂膠機機械部分設(shè)計一、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮到整個機構(gòu)的平衡性，故將承載夾持部分的彎臂方向與 Y 向電機在一條線上。因為膠棒的夾持嚴格要求對心，故選用了 V 行塊來設(shè)計夾具，具體結(jié)構(gòu)如下圖：涂膠機裝置傳遞要求精度很高，為了使涂膠機的結(jié)構(gòu)簡單，齒輪間隙的調(diào)整采用偏心軸套進行消隙，滾珠絲杠增加了緊定螺釘，消除了軸向間隙，同時與鍵配合下也消除了周向間隙。具體結(jié)構(gòu)框架如下圖： 6二、 傳動裝置設(shè)計（一） 、電機和連軸器的選取1、Z 向電機的選?。弘姍C的選取原則是滿足精度要求即步距角，滿足輸出功率要求即轉(zhuǎn)矩問題。步距角：??????5.12/08.36/360ti??其中： 脈沖當量 δ=0.008 I=1.0其中 電機的型號 55BF003 電機的參數(shù)如下：相數(shù) 步距角 電壓 相電流 最大靜轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動頻率 3 1.5/3 27 3 0.686 1800 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 質(zhì)量 外徑 Φ 長度 軸徑 0.617×105kgm2 0.83 55 70 6因為密封圈的密封性要求很高，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，扭矩偏小點的便可以滿足要求，經(jīng)過計算，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 型步進電機，便可以滿足扭矩要求，所以選擇 55BF003 型號的步進電機，就能滿足設(shè)計的要求。Z 向連軸器的選取：由于 z 向電機的輸出軸的軸徑為 Φ6 為了使其結(jié)構(gòu)簡單且拆裝方便，故采用過盈配合套筒連軸器，采用高壓油膨脹的方式使 V 型套筒發(fā)生軸向竄動使兩軸連接在 7一起，具體結(jié)構(gòu)如圖所示： 連 軸 器2、X 向電機的選取：中拖板和上拖版加上涂膠裝置總重量=58HRC 取 1.0。KA——精度等級 取 1.1。（2） 額定動載荷計算值（Ca'）Ca'=Fc×3410 ×nmL/.67 NFCa 3274106.5.12. 433 ??????——額定壽命h——平均轉(zhuǎn)速mn（3） 根據(jù) Ca' 選擇滾珠絲杠副，假設(shè)選用 FC1型號，按滾珠絲杠副的額定動載荷 Ca 等于或大于 Ca'的原則，故選以下型號規(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：公稱直徑 D 0=20mm 9導(dǎo)程 P=5mm螺旋角 λ=4 o33ˊ滾珠直徑 d 0=3.175mm滾道半徑 R=0.52d 0=1.651mm偏心距 e=0.707(R-d 0/2)=0.004445mm絲杠內(nèi)徑 d 1=D0+2e-2R=16.7869mm（4）穩(wěn)定性驗算1、臨界載荷 Fcr=π2EIa/(ul) 2=1.09× 10安全系數(shù) S=Fcr/Fm>[S],絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。2、臨界轉(zhuǎn)速ncr=9910×fc2d1/(ul) 2= r/min81076.?所以絲杠不會共振。maxcrn?3、此外絲滾珠絲杠還受 D0n 值的限制D0n=20×200=4000mmr/minMkf+M0=0.6613 符合設(shè)計要求（五） 、涂膠彎臂的螺栓強度校核： A2F1. 先分析剪切力，由于 4 個螺栓是對稱分布的，故剪切力可以認為均分。=FNmg8.156.9??Ns2.394/8.156/?MParsA3.0/23// ????MPa75][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： mNLF????496.32.08156（1） 、截面形心： 0?Xc8.cy（2） 、計算截面慣性矩： 533 107.2/1.412/ ????hbIz（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： 14???ZBt IM/08.max,?p3.2c 716,取[ ]=75Mpa《[ ] d=12mm 完全可以滿足設(shè)計要求。?（六） 、涂膠夾具的設(shè)計涂膠的中心線在每次裝夾時要求高度對心，這樣才可以避免因裝卸膠棒時造成涂膠機起始位置的偏差，在本次設(shè)計中，采用了雙滑塊開口 V 型槽式夾具來夾持膠棒，其特點是高度定心，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)計自動涂膠機要求傳動效率高且傳動比穩(wěn)定，以保證涂膠的均勻性和穩(wěn)定性。 齒輪傳動具備這些特點且結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長故選用齒輪傳動進行變速。1、傳動齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計 自動涂膠機采用一級傳動齒輪變速，可增大傳動的扭矩和平穩(wěn)性傳動比為 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 15模數(shù)：mt=d1/Z=1.26mm 取 m=1.5齒高：h=2.25×m=3.375mm2、幾何尺寸的計算(1)計算大、小齒輪分度圓直徑：d1=Z1×m=18×1.5=27mmd2=Z2×m=65×1.5=97.5mm(2)計算中心距 a=（d1+d2）/2=62.25mm(3)計算齒輪寬度 b=Φdd1=0.6×27=16.2mm圓整后取 B2=16mm B1=21mm 16第四章 硬件及接口電路的設(shè)計一、概述本次設(shè)計的自動涂膠機采用 MCS-51 的典型產(chǎn)品 8031 進行控制，因為其體積小、功能強和價格低廉的優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于自動化領(lǐng)域。由于 8031 是沒有 ROM 的單片機，數(shù)據(jù)存儲器也只有 128K 字節(jié)，因此它必須外接 EPROM 程序存儲器，才能構(gòu)成最小系統(tǒng)。8031 的外部程序存儲器主要存放處理程序，也能存放處理程序所必需的常數(shù)?；镜臄U展包括：擴展片外程序存儲器/ 擴展片外數(shù)據(jù)存儲器/ 擴展并行I/O 接口。采用 74LS373 鎖存器 、74LS138 譯碼器的輸出作為片選信號。本系統(tǒng)擴展了一片 8255 可編程接口芯片和一片 8279 芯片。二、主要芯片的說明及接口簡圖1、8031 引角說明：8031 是無 ROM 型的單片機，它必須外接 EPROM 程序存儲器。8031 的外部存儲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 64K 程序存儲器，64K 程序存儲器中有 5 個單元具有特殊用途，分別對應(yīng) 5 種中斷源的中斷服務(wù)入口地址。8031 有一個可編程的、全雙工的串行接口。串行口可以通過指令設(shè)置成四種不同的工作方式的一種，但主要（1） 、電源引腳VCC：正常運行和掉電工作時的電源電壓。VSS：電源接地端。（2） 、I/O 總線P0 口：P0 口是一個 8 位雙向 I/O 口，每位能驅(qū)動 8 個 LS 型 TTLFU 載。P0 角在寫入 1 后浮空，這時可用作高阻輸入。 17P0 口也是訪問外部程序和數(shù)據(jù)存貯器的多路低位地址和數(shù)據(jù)總線。這時它在輸出 1時具有強的內(nèi)部提升。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部提升的 8 位雙向 I/O 口。P1 腳在寫入 1 后由內(nèi)部提升置為高電平，這時它可用作輸入。作為輸入，從外部拉為低電平的 P1 腳將放出電流，因為它有內(nèi)部提升電阻。P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部提升的 8 位雙向 I/O 口。P2 腳在寫入 1 后由內(nèi)部提升電阻置為高電平，這時它可用作輸入。作為輸入，從外部拉為低電平的 P2 腳將放出電流，因為它有內(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）訪問外部數(shù)據(jù)存貯器是 P2 口輸出高位地址。這時在輸出 1 時它使用強的內(nèi)部提升。在使用 8 位地址（MOVX @Ri）訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時 P2 口輸出特殊功能寄存器 P2 的內(nèi)容。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部提升的 8 位雙向 I/O 口。P3 腳在寫入 1 后由內(nèi)部提升電阻置為高電平，這時它可用作輸入。作為輸入，從外部拉為低電平的 P3 腳將放出電流，因為它有內(nèi)部提升電阻。（3） 、控制總線RST/VPD：復(fù)位輸入信號。振蕩器運行時該腳為高兩個機器周期將復(fù)位本器件。內(nèi)部有一個擴散電阻接 VSS，允許只使用一個接到 VCC 的外部電容實現(xiàn)上電復(fù)位。ALE：訪問外部存貯器時用于鎖存低位字節(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，可用作外部定時或時鐘。然而必須注意在每次訪問外部數(shù)據(jù)存貯器時少一個 ALE 脈沖。PSEN：外部程序存儲器控制信號，是外部程序存貯器的讀選通。EA/VPP：訪問內(nèi)部程序存儲控制信號。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。 18C230PF1晶 體 XYAL2VcXTAL1MS-5振 蕩 器 的 定 時 元 件 連 接 圖外 部 時 鐘 VsXTAL1MCS-5HO器 件 外 部 時 鐘 連 接 圖MCS-51 單片機為 40 腳雙列直線式結(jié)構(gòu)，其引腳排列如下： 19VcP0.1234567EA/LROGSNP.2310XTAL21VsRS/VPDp3.0IN456W7128MC-單 片 機 的 引 腳 圖2、程序存儲器的擴展在 MCS-51 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，程序存儲器的擴展，對于 ROM 的單片機是不可缺少的工作。片外程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的操作使用不同指令和控制信號，故允許二者的地址重復(fù)，片外可擴展的數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器分別為 64K 字節(jié)。由于片外程序存儲器與片內(nèi)程序存儲器采用相同的操作指令，所以片內(nèi)、片外程序存儲器的選擇靠硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。當 EA=0 時，不論片內(nèi)有無程序存儲器，片外存儲器的地址可從 0000H 開始設(shè)置（最大可到 FFFFH， 64K 字節(jié)，由外擴芯片容量決定） ；但當 EA=1 時，前 4K 字節(jié)地址 0000H-0FFFH 為片內(nèi)程序存儲器所有，片外擴展的程序存儲器的地址只能從 1000H 開始設(shè)置（最大可到 FFFFH，60K 字節(jié)，由外擴芯片容量決定） 。（1） 程序存儲器有單獨的地址編號（0000H-FFFFH） ，使用單獨的控制信號（PSEN 控制）和指令（MOVC 查表指令） 。（2） 程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲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 與外界進行信息交換的中轉(zhuǎn)站。 “接口技術(shù)”是研究 CPU 如何與外部世界進行最佳耦合與匹配，以實現(xiàn)雙方高效，可靠地交換信息的一門技術(shù)，它是軟硬件結(jié)合的體現(xiàn)，是微型計算機應(yīng)用的關(guān)鍵。按 CPU 與外界交換信息的要求，一般來講，接口部件應(yīng)具有如下功能特點：（1） 、數(shù)據(jù)緩沖功能 20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)動作用。（2） 、設(shè)備選擇功能微機系統(tǒng)中通常都有多臺外設(shè)，而 CPU 在同一時間里只能與一臺外設(shè)交換信息，這就要借助接口的地址譯碼器對外設(shè)進行尋址。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） 、信號轉(zhuǎn)換功能由于外設(shè)所能提供和所需要的各種信號常常與微機總線信號不兼容，因此信號變換就不可避免，它是接口設(shè)計中的一個重要方面。通常遇到的信號變換包括：信號電平轉(zhuǎn)換、模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換、串/并和并/串轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)寬度變換及信號的邏輯關(guān)系和時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送往外設(shè)的。為了實現(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” ，外設(shè)的“忙”或“閑”等狀態(tài)信號。（5） 、中斷管理功能當外設(shè)需要及時得到 CPU 的服務(wù)，例如，在出現(xiàn)故障而要求 CU 進行刻不容緩的處理時，就應(yīng)在接口中設(shè)置中斷控制邏輯，由它完成向 CPU 提出中斷請求，進行中斷優(yōu)先級排隊，接收中斷響應(yīng)信號以及向 CPU 提供中斷向量等有關(guān)中斷事物工作。這樣，除了能使 CPU 實時處理緊急情況外，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的通用性、靈活性和可擴充性，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。需要說明的是：上述功能并非每個接口芯片都同時具備，對不同配置和不同用途的微機系統(tǒng)，其接口芯片的功能及實現(xiàn)方式有所不同，接口電路的復(fù)雜程度相差甚遠。MCS/51 共有四個八位并行口，即 P0—P3。對于 8031 來說，由于無片內(nèi) ROM，必須在外部擴展 ROM。這時，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，對于 8031，只有 P1 口及 P3 口的一部分可提供給用戶作為 I/O 口使用，這對于系統(tǒng)是不夠的，需要進行 I/O 口擴展?？删幊?I/O 口的擴展可編程 I/O 接口芯片電路復(fù)雜，功能較多，可滿足各種應(yīng)用要求。INTEL8155/8255CPU 是為 8031CPU 設(shè)計的通用 I/O 接口。 214、8255A 的外部引線與內(nèi)部結(jié)構(gòu) （如圖） PA4567WRESTD0123VCPB7654PA3210RDCSGN76P5412C3B08的 引 腳 配 置 圖8255A 是一個單+5V 電源供電，40 個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 具有面向主機系統(tǒng)總線和面向外設(shè)兩個方面的連接能力。它的引腳正是為了滿足這種連接要求而設(shè)置的。 數(shù) 據(jù) 總線 緩 沖器讀 /寫控 制 邏輯 B組 控制 組 端口 （ 8）組 端口 C下 半部 （ 4）A組 端口 上 半部 （ ）組 端口 （ 8）組 控制DRDWA01ESTCCPU接 口 內(nèi) 部 邏 輯 外 設(shè) 接 口 I/OP7~03B25的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 框 圖（1）面向系統(tǒng)總線的信號線有：D0—D7：雙向數(shù)據(jù)總線。CPU 通過它向 8255A 發(fā)送命令、數(shù)據(jù)；8255A 通過它向CPU 回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。CS：選片信號線，該信號低電平有效，有系統(tǒng)地址總線經(jīng) I/O 地址譯碼器產(chǎn)生。CPU通過發(fā)高位地址信號使它變成低電平時，才能對 8255A 進行讀寫操作。當 CS 為高電 22平時，切斷 CPU 與芯片的聯(lián)系。A1，A 0：芯片內(nèi)部端口地址信號線，與系統(tǒng)地址總線低位相連。該信號用來尋址8255A 內(nèi)部寄存器。兩位地址，可形成片內(nèi)四個端口地址。RD：讀信號線，該信號低電平有效。CPU 通過執(zhí)行 IN 指令，發(fā)讀信號將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信號從 8255A 讀至 CPU。WR：寫信號線，該信號低電平有效。CPU 通過執(zhí)行 OUT 指令，發(fā)寫信號，將命令代碼或數(shù)據(jù)寫入 8255A。RESET：復(fù)位信號線，該信號高電平有效。它清除控制寄存器并將 8255A 的 A、B、C三個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，并且屏蔽中斷請求；24 條面向外設(shè)的信號線呈現(xiàn)高阻懸浮狀態(tài)。這種勢態(tài)，一直維持，直到用方式命令才能改變，使其進入用戶所需的工作方式。面向 I/O 設(shè)備的信號線有：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1 RDWS操 作*0讀 端 口 A讀 端 口 B讀 端 口 C寫 端 口寫 端 口寫 端 口寫 控 制 口825的 數(shù) 據(jù) 總 線 處 于 三態(tài)非 法 狀 態(tài)DB-7處 于 三 態(tài)A的 端 口 操 作 選 擇(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/寫和控制邏輯： 23A0、A1、CS 為 8255 的口選擇信號和片選信號，RD、WR 為對 8255 的讀/寫控制信號，這些信號線分別和 CPU 的地址線和讀/寫信號線相連接，實現(xiàn) CPU 對 8255 的口選擇和數(shù)據(jù)傳送。這些控制信號的組合可以實現(xiàn) CPU 對 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 通過這組接線向芯片寫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)和鍵盤編碼。（2） CS：片選輸入線。低電平允許對芯片的讀、寫操作。（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：讀寫控制。分別控制數(shù)據(jù)命令和狀態(tài)的讀、寫。（5） RESET：復(fù)位輸入線及 CLK（時鐘線，系統(tǒng)送入時鐘作芯片內(nèi)部定時） 。2、與鍵盤的接口線（1） SL0—SL3：掃描信號線，用作鍵盤的行掃描信號，以及數(shù)碼顯示器的位選信號?？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順序輸出負脈沖，按編程的時鐘頻率周而復(fù)始地輸出。（2） RL0—RL3：回饋信號輸入線，與鍵盤的列線相連。當芯片輸出行掃描信號時，芯片自動接受這列線回饋信號。當有按鍵按下時，經(jīng)約 10ms 消顫處理，被按下的鍵所在的列輸出低電平信號，其他列輸出高電平。（3） SHIFT，CNTL/STB：位移，控制/選通輸入方式信號線。加上此兩線的 4種編碼，鍵定譯碼可達 256 個。在選通輸入方式時，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掃描信號線也是數(shù)碼顯示器的位選信號線。初此以外還有：（1） OA0—OA3，OB 0—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，實現(xiàn)分時數(shù)據(jù)顯示。芯片內(nèi)部有一個 16 字節(jié)的顯示存儲器，存儲欲顯示的段碼，最大可支持 16 位數(shù)碼顯示。（2） BD：消隱信號線。此輸出信號用來在顯示數(shù)據(jù)切換時進行消隱，以免顯示跳動，此信號也可有消隱命令產(chǎn)生。 24PC0—PC7：端口 C 的輸入輸出線這 24 根信號線均可用來連接 I/O 設(shè)備，通過它們可以傳送數(shù)字量信息或開關(guān)量信息。 VcRL10NT/SBHIF32OUA01TBDCSRL23KIQ4567ESTDWB0123Vs897的 引 腳 圖BDSL0-348HIFT回 復(fù)掃 描 計 數(shù) 器定 時與 控 制顯 示 寄 存 器顯 示 地址寄 存 器 18 6顯示 RAM控 制 與 定時 寄 存 器 8O/傳 感器 RAM鍵 盤 消 顫與 控 制FIO/傳 感器 RAM的 狀態(tài) 寄 存 器控制數(shù) 據(jù) 緩沖 器時 鐘 復(fù) 位 0-7W0Q279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖7CN/B下圖是用 8279 作 8031 的鍵盤/顯示器接口的邏輯圖。DB76543210P.ACLKRDWIQSETHFCNL/BK12NTP2.5 U8AB C2Y765432Y10OUTA.74LS2R189用 8作 的 鍵 盤 顯 示 器 接 口 的 邏 輯 圖在圖中的數(shù)碼管 U11—U18 是共陽型的 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 25鐘是 6MHz 的話，那么 CLK 的頻率將是 1MHz。IRQ 通過一個反向器與 INT1 連接以申請中斷。RD，WR 相連接。這里，片選 CS 采用線選方式，通過一個反相器與 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 U4，74LS244八個同相三態(tài)驅(qū)動器，作為 LED 數(shù)碼管的段驅(qū)動。掃描線 SL2—SL0 按編碼掃描鍵盤方式工作，U5，74LS138 三一八譯碼器，作為它的外接譯碼器，可以擴展出 8 條鍵盤矩陣的行線。在本圖中，工接有 64 個鍵。同時，該 8 條線還通過 U7—U10，4 個75452 雙與非驅(qū)動器，作為數(shù)碼管 U11—U18 的位掃描驅(qū)動。RL0—RL7 回復(fù)線作為鍵盤矩陣的列線。另外，還在 SHIFT 和 CNTL/STB 腳上設(shè)計了兩個開關(guān)，在它們的配合下這 64 個鍵可以得到 64×4=256 個功能。8279 自動完成鍵盤掃描和數(shù)碼管掃描顯示的工作，分擔了 CPU 的巨大工作量，它掃描鍵盤的原理是這樣的：由于 RL0—RL7 回復(fù)線內(nèi)部具有上拉電阻，因此，它作為鍵盤矩陣的列線時，如果沒有鍵按下則 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，即在 74LS138 的輸出線Y0—Y7 中每個掃描節(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，那么 Y0=0，這時只有 0—7 號鍵中的某個鍵被按下時才能使 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。為了克服機械接觸式鍵盤的接觸顫動，芯片考慮了 10.3ms 的消顫時間。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 通過與非驅(qū)動器（75452）依次逐個地選通每位數(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)字和符號顯示出來了。在掃描鍵盤方式中，輸入到 FIFO RAM 的字符格式如下： CNTLSHIF掃 描 鍵 盤 行 線 碼 列 線 RL0-7回 復(fù) 碼D765432D1三、驅(qū)動電路的設(shè)計（一） 、 概論脈沖輸入時，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，必須經(jīng)過驅(qū)動器將信號電流放大到若干安培，才能驅(qū)動步進電機，實際上電機的驅(qū)動器是一個功率放大器。驅(qū)動器要求失真小，有較好的前沿和足夠的幅度。 26本系統(tǒng)采用 55BF003 型和 70BF003 型步進電機作為驅(qū)動裝置，它是受脈沖信號進行控制， ，微安級信號進行控制，若想使 27V，5A 的步進電機達到需要的額外狀態(tài)，只靠微機 8255 控制作用不可能提供步進電機需要的輸出功率，因此必須有額外的功率驅(qū)動電路，步進電機與控制系統(tǒng)，功率驅(qū)動電路組成一體構(gòu)成了步進電機的驅(qū)動系統(tǒng)，如圖：步進電機系統(tǒng)主框圖（二） 、驅(qū)動電路的設(shè)計及說明步進電機的控制系統(tǒng)和分配系統(tǒng)中采用匯編語言來實現(xiàn)的，所以采用三級管進行電流放大。下面是功率驅(qū)動電動硬件進行說明。高低壓驅(qū)動電路如下圖所示：驅(qū)動電路圖1、驅(qū)動電路原理：La 繞組的高低壓驅(qū)動電路，脈沖變壓器 Tp 組成高壓控制電路，無脈沖輸出時，T1，T 2，T 3，T 4，均截止，電機繞組 La 中無電流通過，電機不轉(zhuǎn)，有脈沖輸入時，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電流急速增加，在變壓器次級感生一個電壓，使 T3導(dǎo)通，80V 高壓經(jīng)高壓管 T3MCS-51 8255A分配系統(tǒng) 驅(qū)動電路 步進電機 27加到繞組 La 上使電流迅速上升，約經(jīng)數(shù)百微秒，當 T2進入穩(wěn)壓狀態(tài)后，Tp 初級電流暫時恒定，次級的感應(yīng)電壓降到 0，T 3截止，這時 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，T 1，T 2，T 3，T 4，又均截止，儲存在 La 中的能量通過 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間常數(shù)，改善電流波形后沿，由于采用高低壓驅(qū)動，電流增長快，電機的力矩和運行頻率都得到改善。高低壓驅(qū)動電路，采用四個三極管，線路比較簡單，工作穩(wěn)定實用性強，它具有以下特點：a 本回路采用兩種電源供電 80V12Vb 驅(qū)動電路采用了三級放大，使電路合理，穩(wěn)定性好。c 由于電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的反電動勢，使電流波形頂部下凹，使平均電流下降，轉(zhuǎn)矩下降。2、驅(qū)動電路源部分由于驅(qū)動電路需要直恒流 27V 穩(wěn)定電壓，才能保證機構(gòu)的工作穩(wěn)定性，根據(jù)驅(qū)動電路中步進電機滿足電流在 3A 以上，故自行設(shè)計驅(qū)動電路穩(wěn)壓電源。具體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖所示：27V +6V20Ω 300ΩA B4700m 3K7805 28+5V0.33m 0.1M驅(qū)動電路的穩(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 7824 將電壓將為 24V，又因為 7824 工作電流很小，所以TIP147 進行擴大后經(jīng)過電阻提壓為 27V，再同樣經(jīng)過 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 7805 把電壓穩(wěn)定在 5V。電容器的選?。弘娙?C 采用極性電容器，主要是因為我們要把交流電變?yōu)橹绷麟姡谝徊揭褜㈦p向變換電壓變?yōu)閱蜗虿▌与妷?，所以電容器另一端始終處于低電位，但也不排除電流橋會有漏電流的可能。通過電容這一步，便可使這一小部分漏過來的的反向電壓被截止并消除掉。因為電容本身對電壓有滯后作用，其作用可用下圖示明： u0t3u30t濾 波 前 電 壓 波 形 濾 波 后 電 壓 波 形 29濾波后電壓波形電容值越大，濾波的效果會越好，但電容值過大也會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)計所采用的是由南京利德運動控制工程有限公司提供的 LD 系列機床數(shù)控系統(tǒng)型號為 LD-15M 型（一） 、外部接線圖如下： M接 口 其 他 接 口12芯 12芯7芯 芯 7芯 芯X電 機 Z電 機 Y電 機 電 機（二） 、控制面板圖如下： 31+XYZ-顯 示 板急 停 按 鈕切 板空 運 行 MDI手 動自 動 回 零電 源 旋 鈕ZY單段連續(xù)啟 動 暫 停XZY第五章、自動涂膠機執(zhí)行程序設(shè)計 32（一） 、涂膠軌跡的確定密封圈涂膠軌跡如圖所示： ?14072593x(86,)(,)涂 膠 軌 跡（二） 、涂膠的程序框圖如下：框圖的說明：涂膠過程中，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)計了膠棒內(nèi)膠量不足的報警子程序。每一工件涂完膠后提醒工人換件，這樣就可以節(jié)省不必要的時間，提高了勞動生產(chǎn)率。 調(diào) Z軸 上 升 子 程 序換 膠 子 程 序 N調(diào) 逆 圓 插 補 子 程 序開 始 涂 膠預(yù) 定 位 置 ？n=0?結(jié) 束報 警剩 余 膠 量〈 1？YY調(diào) 正 圓 插 補 子 程 序 -出 膠正 圓 ？Z軸 下 降 子 程 序 開 始 N換 件 報 警詳細圖見圖紙第六章 結(jié)論 331、此次設(shè)計的涂膠機體積小，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，有利于它的通用性。2、此次設(shè)計的自動涂膠機完全脫離了手工涂膠，實現(xiàn)了全自動涂膠，使工人從繁瑣的勞動中解脫出來，減少了工人的勞動強度，這將大大的提高勞動生產(chǎn)效率。3、在涂膠的過程中，保證了涂膠的厚度和膠的均勻性，這樣，不僅提高了機器零件的密封性，而且機器的性能將更加良好。涂膠機的研制，將為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。第七章 設(shè)計體會 34經(jīng)過三個多月的畢業(yè)設(shè)計，不僅將我大學四年所學的知識緊密的聯(lián)系起來，而且提高了我綜合運用基礎(chǔ)知識的能力和設(shè)計能力，并從中了解了從理論設(shè)計到實際設(shè)計的基本過程，學到了很多書本之外的實際運用的知識，使自己的整體設(shè)計水平有所提高。在畢業(yè)設(shè)計過程中，明白了機電一體化不是機械技術(shù)和電子技術(shù)的簡單疊加，而是二者的有機結(jié)合。畢業(yè)設(shè)計是大學四年學習內(nèi)容的最后的一個部分，也是最重要的部分，是提高自己整體設(shè)計水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與以往的課程設(shè)計不同，本次畢業(yè)設(shè)計工作量大，難度也相對較高，在設(shè)計中遇到了很多困難，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。同時也學到了更多的實用知識，使自己在將來的工作中能夠?qū)W有所用。在設(shè)計過程中，知道了基礎(chǔ)課程的重要性，知識的運用性在今后的工作中還需要繼續(xù)學習。通過這次涂膠機的設(shè)計，我知道了機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計需要抓住關(guān)鍵部件的設(shè)計，要綜合考慮設(shè)計結(jié)構(gòu)而不要孤立的考慮問題。設(shè)計過程中還要貫穿技術(shù)經(jīng)濟效益分析和現(xiàn)代設(shè)計手段的應(yīng)用，尤其是CAD 的良好應(yīng)用。在設(shè)計中也看到了我國機電業(yè)的不足，機電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，加工工藝不夠完善，影響了國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，許多機電產(chǎn)品需要進口，這樣加大了國有企業(yè)的負擔，阻礙了國有企業(yè)的發(fā)展，使其很難具有國際競爭力。愿我能在今后的工作中為我國的機電事業(yè)盡一份力。鑒于本人設(shè)計水平有限，經(jīng)驗不足，設(shè)計中難免有疏漏之處，涂膠機還有待于在今后的應(yīng)用過程中加以改進，懇切希望老師們提出寶貴意見，加以改正。2004 年 6 月致 謝 35在畢業(yè)設(shè)計過程中，感謝各位機電老師和同學對我畢業(yè)設(shè)計的支持和幫助，尤其感謝王曉東老師和于保軍老師對我的指導(dǎo)和金明煥同學對我的輔導(dǎo)，使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計，在這里衷心地感謝他們。參考文獻 361、吳振彪主編. 機電綜合設(shè)計指導(dǎo). 北京：中國人民大學出版社，2001 年 6 月2、三浦宏文編著. 機電一體化實用手冊. 上海：科學出版社，2001 年 8 月3、鄭堤 唐可洪編著. 機電一體化設(shè)計基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社，2003 年 1月4、北京航空學院機械教研室. 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與傳動. 國防工業(yè)出版社，1996年 6 月5、叢鳳延編著. 組合機床設(shè)計. 上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1996 年 4 月6、吳延海編著. 微型計算機接口技術(shù). 重慶：重慶大學出版社，1997 年 7 月。7、劉剛 邵敏編著. 單片計算機原理及應(yīng)用技術(shù). 長春：吉林科學技術(shù)出版社，1995 年 10 月8、邱宣懷，蔡春源編著. 機械零件設(shè)計手冊. 冶金工業(yè)出版社，1990 年 6 月9、大連理工大學工程圖教研室主編. 機械制圖. 北京：高等教育出版社，1999年 1 月10、璞良貴，紀名剛 編著. 機械設(shè)計. 北京： 高等教育出版社，2001 年 6 月11、甘永立編著. 幾何量公差與檢測. 上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2001 年 4月12、王永章編著.機床的數(shù)字控制技術(shù). 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995 年 7 月13、汪凱等編著. 機械設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1991 年 9 月14、潘新民，王燕芳 編著 . 微型計算機控制技術(shù) . 北京：高等教育出版社，2001 年 7 月 15、劉剛 等 編著. 電工電子技術(shù). 長春：吉林科技出版社，1997 年 12 月16、J.S Chen, I.C . 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