三维精密工作台机械结构及其控制系统设计

1、-范文最新推荐- 三维精密工作台机械结构及其控制系统设计 摘要基因芯片技术发展始于20世纪90年代，是一种能够对大量遗传信息进行快速、高通量、并行检测的多学科交叉技术，在生物检测、医学检验和药物筛选等众多领域得到了广泛应用。制备基因芯片的主要设备是基因芯片点样仪。本文根据基因芯片点样技术的要求，结合微流体脉冲驱动-控制技术设计一种应用于基因芯片点样的三维精密工作台。三维精密工作台硬件部分包括工作台、步进电机控制电路和PC机， 软件部分包括三维精密工作台步进电机驱动程序和上位机人机界面软件。三维精密工作台的设计结合了PC机适用于大规模程序计算和单片机适用于现场控制的优点，采用PC机与单片机联机运

2、行的工作方式，两者通过RS-232串行通信进行数据传输。PC机用于系统的数据处理和点样图像仿真；单片机用于响应PC机的各种控制命令，对步进电机驱动器发出命令，驱动步进电机运行，实现三维精密工作台用于基因芯片点样的功能。5646关键词：基因芯片点样仪 三维精密工作台 单片机 步进电机 串口通信毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleThe machanical structure and control system design ofa three-dimensional precision stageAbstractGene chip technology through which a l

3、arge number of genetic informationcan be detected fast, high-throughput and parallel is a kind ofmulti-disciplinary technology. The development of Gene chip technologybegan in 1990s. Since then, this technology has been widely applied inmany areas of biological testing, medical examination and drugs

4、creening. 3.1.1.机械结构的设计方案.113.1.2.机械结构的设计参数.113.2.二维工作台设计.113.2.1.二维工作台设计原理.113.2.2.二维工作台设计指标.123.2.3.步进电机的选择.123.2.4.机械结构图133.3. Z 轴设计143.3.1. Z 轴的设计原理.143.3.2. Z 轴设计指标.143.3.3.步进电机选择.143.3.4.机械结构图153.4.本章小结.164.三维精密工作台硬件电路设计184.1.硬件电路总体设计.184.2.下位机核心板设计.184.2.1.单片机的选型.184.2.2.单片机最小系统.194.2.3.单片机的电

5、源电路194.2.4.单片机的晶振电路204.2.5.单片机的复位电路214.2.6.单片机的串口通信电路.22 4.2.7. PCB 板的制作.224.2.8.印刷电路板的焊接234.3.串口通信电路设计.234.3.1. RS-232标准总线与电平转换.234.3.2. STC89C52 串行通信特点.244.3.3.串口通信电路的主要功能244.3.4.串口通信电路的组成.244.4.步进电机驱动电路设计.254.4.1.步进电机驱动器的选型.254.4.2.步进电机驱动器工作原理264.4.3.步进电机驱动器性能参数264.4.4.步进电机驱动器接口电路264.5.本章小结.275.三

6、维精密工作台驱动软件设计285.1.串口通信数据格式.285.1.1.二维运动通信格式285.1.2. Z 轴运动通信格式.285.1.3.停止运动通信格式295.2.人机界面设计.295.2.1. MSComm控件.295.2.2.人机界面.305.2.3.阵列参数区设计.31 图 5.1三维精密工作台人机操作界面30图 5.2下位机软件流程图.34图 6.1三维精密工作台及其控制系统实物图40图 6.2三维精密工作台运动精度调试及标定示意图41图 6.3X轴调试过程中工作台运动显微照片41图 6.4Y轴调试过程中工作台运动显微照片42 表 2.1三维精密工作台的设计指标7表 4.1步进电机

7、参数.26表 5.1二维运动通信格式.28表 5.2Z 轴运动通信格式.29表 5.3MSComm控件主要属性设置.30表 6.1速度参数与实际运动速度对应关系.421.绪论1.1.基因芯片点样技术1.1.1.基因芯片基因芯片(genechip)（又称 DNA 芯片、生物芯片）的原型是 80 年代中期提出的，是将生命科学研究中所涉及的不连续的分析过程（如样品制备、化学反应和分析检测） ，利用微电子、微机械、化学、物理技术、计算机技术在固体芯片表面构建微流体分析单元和系统，使之连续化、集成化。1.1.2.基因芯片点样技术基因芯片技术发展于20世纪90年代， 是一种能够对大量遗传信息进行快速、高通

8、量、并行检测的多学科交叉技术1，在生物检测、医学检验和药物筛选等2-6众多领域得到了广泛应用。制备基因芯片的主要设备是基因芯片点样仪。根据芯片制备方式，基因芯片可分为高密度的原位合成芯片和中、低密度的DNA 微阵列两大类。在实际临床诊断及军事、司法应用中，大多情况下只需要 微流体数字化技术（也称微流体脉冲驱动-控制技术）以脉冲流动为微流动基本形态、以脉冲当地惯性力为主动力、适用于各种液体和粉体，液体喷射量分辨率可达飞升级10-12。近年来，南京理工大学微系统研究室对微流体数字化技术在细胞-基因工程的应用及相应微流体器件制备上展开了研究，利用压电作动器件作为脉冲惯性力的动力源，制备了中等密度的液

9、滴微阵列13，阵列中液滴圆整，均一性良好，为用微流体数字化技术制备基因芯片微阵列打下了实验基础。 1.2.基因芯片点样仪1.2.1.基因芯片点样仪结构型式相对于工作台，基因芯片点样仪14点样头具有三个自由度，可运动到工作空间的任意位置。目前，按照点样头与孔板（用于承接点样液的基板）在点样过程中的位置关系，基因芯片点样仪可分为接触式和非接触式点样仪；根据机械结构布局类型及其特点，点样仪又可分为以下几种15：(a)固定龙门式；(b)托盘固定的移动龙门式；(c)托盘单轴可移动的移动龙门式；(d)四立柱或多立柱桥式；(e)固定悬臂式；(f)移动悬臂式。（a）固定龙门式固定龙门式点样仪的特点是龙门固定不

10、动，托盘可沿 X 向移动，X 向的驱动装置一般布置在托盘下方中部 其优点是点样头刚度好， 能够保持较高的精度。其缺点在于：运动所需空间大；如果玻片不能很好地固定在托盘上，那么在点样过程中，由于托盘沿 x轴移动，玻片会因此产生晃动而影响点样精度。固定悬臂图 1.1固定龙门式（b）托盘固定的移动龙门式此类布局方式也可称作双桥移动龙门式，如图1.2 所示，特点是龙门沿 x 向 及移动龙门式。固定悬臂式如图1.6所示图 1.6移动悬臂式 1.2.2.三维精密工作台点样仪根据以压电作动器件作为脉冲惯性力动力源制备中等密度基因芯片微阵列的要求，本文采用双轴可移动固定悬臂式结构作为点样仪的机械结构型式。双轴

11、可移动固定悬臂式点样仪示意图如图 1.7 所示。该点样仪为 X、Y、Z 三轴联动式结构，工作台面固定于一个二维平面工作台上，可以实现 X、Y方向的移动，点样头装夹于可动 Z 轴上，三轴的传动采用丝杠螺母机构并由五相步进电机驱动。1.3.研究内容本次毕业设计旨在研究应用于基因芯片点样技术的三维精密工作台机械结构及其控制系统的设计和制作，主要内容如下：（1） 三维精密工作台总体设计；（2） 三维精密工作台机械结构设计；（3） 三维精密工作台的驱动与控制方法设计；（4） 三维精密工作台系统的调试与标定。其中，三维精密工作台的驱动与控制方法设计包括：下位机核心板设计，步进电机驱动电路设计， 上位机和单

12、片机之间的串行通信设计以及上位机人机操作界面设计。全文共分 6 章，主要内容为：第 1 章绪论，概述基因芯片与基因芯片点样技术的研究现状，总结基因芯片点样仪的结构型式，提出本文的研究内容。第 2 章总体方案设计，根据基因芯片点样仪设计要求，提出三维精密工作台的总体设计方案，确定工作台的设计指标。第 3 章机械结构设计，根据三维精密工作台的设计指标，完成三维精密工作台机械结构部分设计。第 4 章硬件电路设计，基于串口通信原理，设计工作台硬件驱动电路，包 控制方式 开环通信方式RS-232串行通信本科毕业设计说明书（论文）第 8页共47页其他功能要求如下：(1)为减小电机负载，机械部件的重量应尽可

13、能减小； (2)硬件功能模块划分得当，便于判断故障和维修；(3)系统结构硬件扩展性能好，为系统的升级提供方便；(4)软件结构设计合理，便于修改和扩充；(5)可开环控制，也可以增加测量模块及器件(如感应编码器等)构成半闭环控制；(6)系统显示界面应尽可能以形象和直观的方式给予显示，便于操作者观察和使用；2.3.硬件组成三维精密工作台硬件组成包括：上位机、下位机核心板、步进电机驱动器，如图 2.2 所示。图 2.2三维精密工作台硬件组成2.3.1.上位机上位机是 X-Y-Z 三维工作台操作系统的软件功能载体，工作台操作系统采用 Visual Basic 6.0。基于 Windows XP 系统已开

14、发成功，并已打包压缩成可执行文件， 操作者使用前在上位机上安装即可。 系统程序的硬件环境和软件环境要求： (1)硬件环境486DX66MHz 或更高的处理器：16MB以上的内存；主板上带有 RS-232 串行口；VGA或分辨率更高的显视器。(2)软件环境Windows 95或更高版本，或 Windows NT40 或更高版本的操作软件系统。 2.3.2.下位机核心板下位机核心板是系统的下位机控制模块，主要功能是接收PC机传来的控制信号并响应，向步进电机驱动器发出控制脉冲序列，控制步进电机运动，以实现X-Y工作台的插补运动。 下位机核心板主要由电源电路、晶振电路、复位电路、接口电路和通信电路 （

15、3）确定三维精密工作台的坐标系，便于通过编程控制三维精密工作台的运动。3.三维精密工作台机械结构设计根据三维精密工作台的设计要求， 当上位机向下位机发送串行通信格式控制字命令后，下位机通过三组步进电机驱动器来分别控制三轴对应的步进电机运动，实现压电作动器上装夹的点样头在孔板上完成点样的功能。机械结构设计是整个基因芯片点样仪设计的基础， 机械结构部分设计的质量对整个三维精密工作台的质量有很大的影响。3.1.机械结构总体设计 3.1.1.机械结构的设计方案三维精密工作台通过装夹于压电作动器上的点样头在孔板上完成点样功能。为实现三维精密工作台的这一功能，采用平面二维工作台和竖直方向 Z 轴相结合的三

16、维控制方法。机械结构部分的设计主要包括两大部分： 平面二维工作台的设计和竖直方向Z轴的设计，每部分设计包括对应的步进电机的选型与安装。3.1.2.机械结构的设计参数（1）三维精密工作台设计指标要求点样大小范围为 50mm×50mm，故而用于放置基因芯片孔板的二维工作台台面尺寸取值应略大，选为 75×75mm；（2）选用导程较小的丝杠，以提高点样的精度，选取导程p为12mm的丝杠。其他要设计求如下：为减小电机负载， 各部件的重量尽可能减小， 除底板等少数部件采用钢材外，其余均采用铝材料；各部件在不影响点样仪工作要求的情况下尽量减小尺寸。3.2.二维工作台设计3.2.1.二

17、维工作台设计原理二维工作台的设计参考了普通机床上工作台的机构形式， 同时基于三维精密 （2）运动精度根据步进电机的步距角θ=0.72º和丝杠导程p=2mm,则运动精度δ可由式(2)计算计算得 δ=4μm，工作台X轴和Y轴的运动精度 δ都为 4μm。(3)电机选择基因芯片点样技术中， 三维精密工作台台面主要放置载玻片或聚四氟乙烯等基底材料，质量较轻，一般的步进电机功率都能达到装置的要求。综上所述，选择步距角 θ=0.72º，功率 P=25.45W 的步进电机，其型号为PMD03C，与之匹配的步进电机驱动器

18、型号为 PMM33A2-C11。(4)电机扭矩基因芯片点样技术中三维精密工作台主要放置载玻片或聚四氟乙烯等基底材料，质量较轻，且工作台的运动是由滑动导轨引导，摩擦力较小，因此在选用电机时扭矩不是主要考虑因素， 而且所选型号电机所能承受的最大力矩符合本装置的要求。3.2.4. 机械结构图机械结构部分由两个结构相似的丝杠螺母机构组成。 导轨支承座连接导轨和底板；工作台面与导轨连接，作为基因芯片的放置表面；电机固定架用于电机的固定；丝杠螺母机构通过螺钉连接工作台，实现机构单方向的运动。两个机构的组合运动最终实现二维工作台的平面运动功能。二维工作台的整体装配图如图 3.1 所示，Y 轴运动部分的爆炸视

19、图如图 3.2所示。图 3.1二维工作台装配图本科毕业设计说明书（论文）第 14页共 47页图 3.2二维工作台 Y 轴爆炸视图3.3. Z 轴设计3.3.1.Z轴的设计原理Z轴的运动仍采用丝杠螺母机构， 通过螺钉连接与二维工作台共同固定在机架上，以实现三维运动功能。 3.4.本章小结（1）根据三维精密工作台的总体设计要求，提出机械机构部分的设计方案，确定三维精密工作台机械结构部分的设计指标。 机械结构部分的设计包括平面二维工作台和竖直方向 Z轴的设计。（2）平面二维工作台由两个结构相似的丝杠螺母机构组成，二维工作台通过两部分的组合，实现 X、Y平面内的运动。（3）Z 轴竖直放置，实现装夹于压

20、电作动器上的点样头进行第三维竖直运动的功能。（4）机械结构部分的运动由步进电机实现，对三维精密工作台性能有影响的参数有以下两个：步进电机的步距角和额定功率。通过对步距角以及功率的计算分析，选择了型号为 PMM33A2-C11 的步进电机4.三维精密工作台硬件电路设计三维精密工作台硬件电路设计包含下位机核心板串口通信电路和步进电机驱动电路的设计。其中，单片机核心板选择 STC89C52 单片机为微处理器；串口通信电路基于MAX232；芯片步进电机驱动器根据 PMD03C型号的电机选择了型号为PMM33A2-C11 的步进电机驱动器。4.1.硬件电路总体设计三维精密工作台硬件电路的总体设计方案如下

21、：（1） 将硬件电路按照功能划分为若干个模块；（2） 对各分别进行原理图的设计；（3） 根据原理图画 PCB（4） 加工 PCB、焊接并调试电路其中，三维精密工作台的电路硬件模块主要包括单片机最小系统、串口通信电路和步进电机驱动器接口电路。上述设计原理图和PCB的设计过程均在在Protel DXP 2004电气设计软件中完成。4.2.下位机核心板设计在步进电机的单片机控制系统中，下位机一方面需要通过串口电路接收 PC机传来的控制信号和返回 X-Y 工作台相关运行参数，另一方面又需要输出控制 供电电压为 5V，系统使用的电源为交流转直流稳压电源，输入为交流220V，输出为直流 5V。为了能更好地

22、控制和显示电源的通断状态，单片机控制板除了设置开关之外，还设置了LED指示灯，当电路接通时，LED灯亮，电路断开时，LED灯灭。 单片机电源电路如图 4.2所示。图 4.2电源电路4.2.4.单片机的晶振电路单片机时钟有内部时钟和外部时钟两种。STC89C52单片机有2M、4M、8M和 16M这 4种内部时钟频率方式， 但单片机内部时钟频率控制精度通常不太高，大约在 2左右，目前较高的精度能控制在 02，因此内部时钟不能用于需要频率控制精度较高的场合。PC 机与单片机之间的串行通信需要稳定的波特率，以保证数据能准确地传送和接收。而单片机串行通信的波特率主要由单片机的时钟产生，因此单片机系统需要

23、构建频率精度较高的外部振荡器，外部振荡器一共有 4种配置方式：外部CMOS时钟源、并行方式的晶体或陶瓷谐振器、电容和 RC网络。系统采用了结构和操作较为简单而稳定性能最好的晶体谐振器作为系统的外部振荡器， 其电路原理如图 4.3所示图 4.3晶振电路本系统采用了频率为11.0592MHz的晶振， 选用该晶振的好处在于计算时钟、串口通信波特率等运算中能够得到一个整数，使计算的结构更加的精确和方便。 4.2.5.单片机的复位电路复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使 CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，它关系到系统能否可靠地工作。复位电路允许很容易

24、地将控制器置于一个预定的缺省状态。在进 供方便。布线是整个电路设计中最重要的一个环节， 布线的好坏很大程度上决定着系统的抗电磁干扰性能的好坏。PCB图如图 4.5所示。图 4.5下位机核心板 PCB 图4.2.8.印刷电路板的焊接系统硬件电路印刷电路板制作完成和采购完系统所需的电子元器件后， 接下来的工作是对系统印刷电路板进行焊接。系统的印刷电路板焊接的难点主要是STC89C52 的焊接，下面介绍几点焊接技巧，首先将STC89C52单片机稳当固定在电路板上，使单片机的管脚与封装焊盘对齐，然后拿焊枪将单片机四周引脚利用点焊的形式焊牢，逐步加热焊牢剩余管脚。焊接完成后，依次用万用表检查单片机管脚之

25、间是否导通正常，防止漏焊、虚焊的现象。依照电路原理图将电子元器件依次焊接在印刷电路板上即可完成焊接工作，焊制完成的印刷电路板如图4.6所示。图 4.6焊接完成的印刷电路板实物图4.3.串口通信电路设计在三维精密工作台设计时我们要根据实际需要为单片机控制板配备合适的通信接口。在单片机系统的串行通信中，RS-232和 RS-485标准总线应用最为广泛，技术也最为成熟。为了使三维精密工作台单片机控制板通信模块的适用范围更广泛，系统选用RS-232标准总线实现单片机和 PC机的串行通信。4.3.1. RS-232标准总线与电平转换RS-232 标准总线是由美国电子工业协会正式公布的，是异步串行通信中应

26、 （2）实现上位机和下位机的双向通信。4.3.4.串口通信电路的组成STC89C52 单片机与 MAX232芯片接口电路如图 4.7所示，图左半部分 C5、C6、C7、C8 及 V+、V-是电源变换电路部分，电容 C5、C6、C7、C8 的容量取同样数值，且都应为钽电解电容，并尽可能靠近 MAX232 安装，用以提高系统的抗干扰能力。在实际应用中，器件对电源噪声很敏感，因此电源正电输入端VCC需对地接去耦电容 C4。右半部分为发送和接收部分，T1IN、R1OUT 分别接单片机的串口发送端TXD、RXD的映射端口 P3.1、P3.0；T1OUT、R1IN通过串行口接头和 PC机的串行发送和接收端

27、口相连。这样，单片机和PC机就可以通过 MAX232的转换进行数据的传输。 图 4.7单片机与 MAX232 芯片的串口通信电路4.4.步进电机驱动电路设计4.4.1.步进电机驱动器的选型三维精密工作台三维工作台的执行元件是步进电机， 步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，具有快速启动、步矩角和转速只和输入的脉冲频率有关、和环境温度、气压、冲击和振动无关、不受电网电压的波动和负载变化影响等优点。它每转一周都有固定的步数，步进精度和步距误差不会长期积累，适用于需要精确定位的场合。三维精密工作台的主要执行装置是三个五相步进电机(型号为 PMD03C，其选择见 3.2.3节)

28、，电机的参数如表4.1。表 4.1步进电机参数型号 电源输入 额定电流 相数 步距角 电机尺寸 电机长度 出轴直径PMD03CDC24/36V0.35A五相0.72° 28mm 3mm 5mm 虽然步进电机己被广泛应用， 但步进电机并不能象普通的直流电机和交流电机那样在常规下使用，它必须由环形脉冲分配器、功率驱动电路等组成的驱动系 硬件电路，硬件电路包括单片机最小系统电路，RS-232 串口通信电路和步进电机驱动电路。（2）单片机最小系统电路的设计内容包括单片机芯片的选择、电源电路设计、晶振电路设计和复位电路设计。本文选择 STC89C52 作为硬件电路的微处理器，使用 5V电源供电，

29、采用 11.0592MHz 的晶振进行晶振电路设计。（3）RS-232 串口的作用是实现上位机（PC 机）和单片机的信息交互，即将操作者从上位机界面输入的点样信息指令传输到单片机， 便于操作者对点样过程进行实时控制。（4）步进电机驱动电路的功能是将单片机的数字信号转为为步进电机能够识别的运行参数，包括步进电机运动的速度，角位移等参数。5.三维精密工作台驱动软件设计三维精密工作台驱动软件设计部分包括串口通信数据格式的定义， 人机界面的设计和下位机软件的设计。5.1.串口通信数据格式三维精密工作台串口通信数据分为 3类，分别用 12个 8bit 字符a(0)a(11)，1个 8bit 字符 b(0

30、 )和8个 8bit 字符c(0 )c(7)来表示。为了便于上下位机的通信，控制字采用十六进制数表示。5.1.1.二维运动通信格式三围精密工作台台面相对于机架做平面内的直线运动，为实现此功能，控制字命令包括平面运动的起点坐标(x1,y1)，终点坐标(x2,y2)，运动速度 v。通信格式用字符数组 a(n)表示，由12位字符组成，即a(0)a(11)。控制字各位字符的含义如表5.1所示表 5.1二维运动通信格式控制字字符（十六进制表示） 含义a(0):0x00单片机进入休眠a(1):0xaa/0x97平面运动，接收后续字符a(2): 0x*起点X轴坐标,低八位a(3): 0x*起点X轴坐标,高八

31、位 b(0)的取值有两种，当为字符 0xBB 时，表示控制二维工作台停止运动，当为0xBC时，表示控制 Z轴停止运动。例如，某一时刻，二维工作台需立即停止，则 PC机应立即向下位机发送控制字为1个 8bit 字符 0xBB。5.2.人机界面设计5.2.1. MSComm 控件上位机的串行通信主要是通过 Microsoft Communications Control(以下简称MSComm)来实现。MSComm控件是 Microsoft 公司提供的简化 Windows 下串行通信编程的ActiveX控件， 它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法，在 VisualBasic等语言中均可使

32、用。MSComm 控件可设置串行通信的数据发送和接收，支持对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置。它是一个标准的 10 位串口通信，包括 8 位标准数据和数据的起始位和停止位。在发送或接收数据过程中触发MSComm控件的OnComm事件，通过编程访问 CommEvent属性了解通信事件的类型，分别进行各自的处理。MSComm 控件提供事件驱动方式和查询方式这两种通信方式，系统使用事件驱动方式进行数据接收。MSComm 控件有很多重要的属性，在串口通信中用到的主要有以下几个，其控件属性、功能和属性值设置如表5.3 所示。表 5.3MSComm控件主要属性设置控件属性 功能 属性值CommP

33、ort设置并返回通信端口号 文本框赋值PortOpen设置并返回通信端口的状态，或者打开和关闭端口 由串口命令按钮决定Settings设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位 “9600， N， 8， 1”Output向传输缓冲区写一个字符串 由程序赋值Inputlen一次读取接收缓冲区中的字符数15.2.2.人机界面 字形轨迹，这样可以缩短点样过程中三维精密工作台经过的路程以提高效率。点样的运动方向只有三种，即沿 Y正向点样，沿 Y负向点样，沿 X正向点样。点样运动本质上也是当前点到任意点的运动，因此控制字与前三种类似。由于点样是断续得多次进行， 若采用回任意点而每

34、次给出终点位置的方法则比较繁琐。比较简单的方法是，沿 Y轴正向点样时，将起点坐标设为（0，0） ，终点坐标设为（0，stepy） ；沿 Y 轴负向点样时，将起点坐标设为（0，stepy） ，终点坐标设为（0，0） ；沿 X 轴正向点样时，将起点坐标设为（0，0） ，终点坐标（stepx，0） 。例如，工作台进行沿Y轴负向的点样，阵列沿 Y方向的间距为 1000，速度参数 6，则发送的控制字为：0x00、0xAA、0xE8、0x03、0x00、0x00、0x00、0x00、0x00、0x00、0x06、0x00。（5）停止停止命令用于使 X、Y 轴停止当前运动。上位机发送的控制字仅由一位字符b(

35、0)组成。由于下位机在插补运动函数中循环语句条件的设置，中断接收到字符0xBB后立刻跳出循环而结束运动。例如，工作台运动过程中，需要立刻停止运动，则发送的控制字为 0xBB。5.2.4. Z轴参数区设计轴参数区主要包括 Z 轴的目标位置 mb；速度参数 zv；Z 轴上升距离 ss；Z轴下降距离 xj。（1）至目标点点击至目标点命令按钮后，三维精密工作台的 Z 轴从任意点运动至目标位置。上位机发送的控制字由8个 8bit 字符 c(0)c(7)组成，用十六进制数表示。由于下位机 Case 0x98语句将Z轴的当前坐标值（z_buff）赋给直线运动的起点坐标，因此表示控制字中表示起点坐标的2个 8

36、bit 字符不需要赋值，表示终点坐标的 2个 8bit字符则为 Z轴目标位置坐标（mb） 。 下位机软件总体结构流程图如图 5.2所示:图 5.2下位机软件流程图5.3.2.中断初始化中断初始化主要用来对中断模块中寄存器赋初值， 同时打开单片机总中断和串口中断。串口中断初始化的下位机代码如下：void init()SCON=0x50;/ SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收TMOD=0x20;/ TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reloadPCON|=0x80;/SMOD=1TH1=0xFD;TL1=0xFD;/ TH1:reload value

37、for 4800 baud 12MHzEA=1;/打开总中断*/ES=1;/打开串口中断TR1=1;/ TR1:timer 1 run message=SLEEP；5.3.3.中断服务程序当 PC机向下位机发送控制字命令时，下位机立即进入中断服务子程序，然后将标志位清零，读取缓冲区中字符。最后返回主函数UART_SER() interrupt 4RI=0;/标志位清零 （4）CASE SEND_START_Z1,对应的十六进制数位 0xAB，代表三维精密工作台 Z轴进行竖直方向运动。单片机接收到此字符后 ，进入 Z轴数据接收子函数 kzzz()，依次接收 b(2)b7)共 6个字符，并通过处理

38、计算出 Z轴运动的起点坐标z1,终点 z2,速度 zv。最后返回主函数。（5）CASE SEND_START_Z2,对应的十六进制数位 0x98，代表三维精密工作台Z轴进行竖直方向运动。单片机接收到此字符后 ，进入 Z轴数据接收子函数 kzzz()，依次接收 b(2)b(7)共6个字符，并通过处理计算出 Z轴运动的起点坐标 z1,终点 z2,速度 zv。最后返回主函数，将Z轴运动的当前坐标（z_buff）赋给起点坐标（z1） ，以实现任意位置回零的功能。主函数模块程序代码简化如下void main ()int i=0;init();/调用中断程序while(1)/主循环下不做任何动作switch(message)case SLEEP: PCON=0X01; break………………………….case SEND_START_XY1: kzz()……………………………case SEND_START_Z1: kzzz()…………&hel