机电系统设计

课程设计

设计题目：ZK5125C型立式数控钻床工作台设计

课程名称：机电系统设计

学院：机械工程专业：机械设计制造及其自动化

姓名：学号：

年级：2013 任课教师：

2016年12月10日

贵州大学本科课程设计

诚信责任书

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日期：

ZK5125C型立式数控钻床工作台设计

数据说明

目录

摘要 (7)

第一章电气控制部分总方案设计 (7)

第二章硬件系统设计 (7)

2.1 单片机的选型 (9)

2.2显示电路的设计 (10)

2.3键盘输入电路设计 (11)

2.4 稳压电路设计 (13)

2.5位移监测模块设计 (14)

2.6 限位反馈实现 (16)

2.7抗干扰设计 (17)

第三章软件系统设计 (17)

3.1 单片机内部分配 (17)

3.2 系统程序流程图 (17)

3.3 X,Y方向位置监测流程图 (20)

第四章电机驱动器的连接 (22)

4.1 步进电机驱动器的选择 (23)

4.2 步进电机驱动器的接线 (23)

第五章电气控制部分设计总图 (24)

5.1 电气部分设计图 (24)

第六章总结 (25)

第七章参考文献 (26)

摘要

X-Y数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统,其结构简单。实现方便而且能够保证一定的精度。降低成本,是单片机控制技术的最简单的应用。它充分的利用了单片机的软件硬件功能以实现对机床的控制;使机床的加工范围扩大,精度和可靠性进一步得到提高。本次设计从硬件设计和软件设计两方面介绍了Atmega128单片机为核心来控制X-Y工作台电气系统的设计，系统主要包括测量传感器模块、键盘电路模块、液晶显示器接口电路模块、步进电机驱动模块、单片机复位电路等几部分。在本控制系统的硬件上编写一定的程序以实现一定的加工功能。

关键词:单片机 X-Y工作台步进电机

第一章电气控制部分总方案

单片机控制系统区别于通用微机控制系统的最大特点，就是它只包含通用系统的部分功能，一般以够用为准，系统具有造价低，安装使用方便，体积小等特点。单片机控制系统通常由CPU、RAM、ROM、定时/计数器、模拟量输入/输出接口、数字量输入/输出接口、键盘/显示接口以及通信接口等部分组成。如图1所示为单片机控制系统总图。

图1 单片机控制系统图

根据对X-Y数控系统平台的分析，设计了一款以ATMEGA128A单片机作为主控芯片的控制系统，系统主要包括测量传感器模块、键盘电路模块、液晶显示器接口电路模块、步进电机驱动模块、单片机复位电路，晶振电路等几部分。如图1.2所示为系统控制图。

图1.2 Atmega128系统控制图

第二章硬件系统设计

2.1单片机的选型

ATmega128A是ATMEL公司的 8位系列单片机的较高配置的一款单片机，稳定性极高，被广泛的应用在了汽车电车管理、门禁系统、遥控器、智能家居、以及计量电表等领域。Atmega128A是AVR8位微处理器芯片，采用先进的RISC结构，采用AVR内核，拥有16MHz工作频率，工作电压为2.7-5.5V。53个可编程I/O 口。

本次选用的atmega128是AVR系列单片机中高性能、低功耗的 AVR 8 位微处理器。它具有2个8位的定时/计时器，2个8位的PWM通道。如图2.1所示为Atmega128引脚图。

图2.1 Atmega128引脚图

2.1.1atmega128 的最小单片机系统

如图2.1.1所示，这是atmega128的最小系统图

2.2显示电路的设计

由于在数控机床的加工过程中，操作人员必须要通过液晶显示来观察工件的加工情况以及数控机床的信息采集，必须采用液晶显示屏进行观察，方便工作人员做出正确的判断。本次选用的是LCD-12864.如图2.2所示为LCD-12864的显示图

图2.2所示为LCD-12864的显示图

2.2.1液晶显示屏的优点

液晶显示器显示原理与 CRT 显示器迥然不同。相对 CRT 显示器来说，液晶显示器天生有拥有以下绝对优势：

1、零辐射，低耗能，散热小。液晶显示器的显示原理是通过扭转液晶像素

中的液晶分子偏转角度来背景光而实现还原画面的，其不存在象 CRT 那样内部具有超高压元器件，不至于出现由于高压导致的 x 射线超标。

2、纤薄轻巧。正是液晶显示器的出现，才令手提电脑的发明成为可能。液

晶显示器以其纤薄轻巧的天生优势成为最有可能打破 CRT 显示器垄断地位的显示器件。

3、精确还原图像。液晶显示器采用的是直接数码寻址的显示方式，它能够

将显卡输出的视频信号经过 AD 转换之后，根据信号电平中的"地址"信号，直接将视频信号一一对应的在屏幕上的液晶像素上显示出来。

4、显示字符锐利。画面稳定不闪烁。液晶显示独特的显示原理决定了其屏

幕上各个像素发光均匀，而且红绿蓝三基色像素紧密排列，视频信号直接送到像素背后的以驱动像素发光，因此不会出现传统的 CRT 显示器固有的会聚以及聚焦不良的弊病。

2.2.2 LCD-12864 的特点

LCD——12864 有汉字图形点阵液晶显示模块，可现实汉字及其图形，内置

8192 个中文汉字（16x16 点阵）。

显示内容：128 列 X64 行；

显示颜色：蓝绿屏，蓝屏；

与 MCU 接口：8 位并口或串行。

2.2.3LCD-12864的工作原理

在数字电路中，所有的数据都是以0和1保存的，对LCD控制器进行不同的数据操作，可以得到不同的结果。对于显示英文操作，由于英文字母种类很少，只需要8位（一字节）即可。而对于中文，常用却有6000以上，于是我们的DOS 前辈想了一个办法，就是将ASCII表的高128个很少用到的数值以两个为一组来表示汉字，即汉字的内码。而剩下的低128位则留给英文字符使用，即英文的内码。得到了汉字的内码后，还仅是一组数字，这就涉及到文字的字模，字模虽然也是一组数字，但它的意义却与数字的意义有了根本的变化，它是用数字的各位信息来记载英文或汉字的形状，如英文的'A'在字模的记载方式如图2.23所示：