毕业论文基于单片机的磨床控制系统设计终稿

1、石家庄铁道大学四方学院毕业设计基于单片机的磨床控制系统设计the design of grinder control system based on mcu 20112011 届届 电气工程电气工程 系系专专业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 学学号号 2007627520076275 学生姓名学生姓名 安美霞安美霞 指导老师指导老师 马马丽丽 完成日期2011 年 5 月 25 日毕业设计成绩单毕业设计成绩单学生姓名安美霞学号20076275班级0710-4专业电气工程及其自动化毕业设计题目基于单片机的磨床控制系统设计指导教师姓名马丽指导教师职称高级工程师评 定 成 绩指导教师得分评

2、阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日毕业设计任务书毕业设计任务书题目仙人洞站执行组电路设计（一）学生姓名田习席学号20086500班级0810-3专业电气工程及其自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名赵晴导师职称工程师1、设计内容1.按照技规要求分析站场设计的合理性。2.依据给定站场对 6502 电气集中的执行组电路（8 线-15 线）进行设计。二、设计条件： 提供仙人洞站站场信号平面图一张（）1根据要求设计磨床控制系统。2要求系统具有手动和自动两种工作方式：手动工作方式下，要能根据工艺要求实现对磨削厚度的设定，可单独控制每个电机的启动、停止和调速；自动方式下，自动加

3、工时能自动实现各个电机启动、调速和停止，从而实现管道磨削的自动控制。3要求显示磨刀进给的实际行程、每次的实际进刀量和当前进刀次数。4编写程序并调试仿真通过。三、主要技术指标1主轴电机为三相笼型异步电动机，由变频器控制，电机速度和旋转方向可以通过单片机或旋钮对变频器的控制来实现。2磨刀进给电机为三相笼型异步电动机，由变频器控制，具有快进、快退、慢进、慢退四种速度，通过单片机可以根据工艺要求实现高、低速切换。3磨刀电机为三相笼型异步电动机，不需要调速，通过单片机控制可以实现电机的启动和停止。4系统有手动和自动两种工作方式。5需要设置功能键和数字键来设置参数。6无论哪种工作方式都能显示磨刀进给的实际

4、行程（9999.9mm）、每次的实际进刀量（0.19.9mm）和当前进刀次数（19 次） 。四、应收集的资料及参考文献1单片微型计算机原理及接口技术 高峰 科学出版社2电机原理及拖动 彭鸿才 机械工业出版社五、进度计划1第 1 周第 2 周 调研、收集材料，完成开题报告2第 3 周第 5 周 分析、确定方案 3第 6 周第 11 周 设计系统、编写单片机程序 4第 12 周第 15 周 撰写论文5第 16 周 完善论文，答辩教研室主任签字时间年 月 日毕业设计开题报告毕业设计开题报告题目基于单片机的磨床控制系统设计学生姓名安美霞学号20076275班级0710-4专业电气工程及其自动化一、本课

5、题研究背景十八世纪 30 年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和机械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。1876 年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、坐标磨床、无心磨床、平面磨床、砂带磨床、导轨磨床、工具磨床、多用磨床、专用磨床等。二、国内外研究现状1900 年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。到了 1920 年前后，无心磨床、双端面磨床和超精加工机床等相

6、继制成使用；50 年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60 年代末又出现了砂轮线速度达 6080m/s 的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70 年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。微处理机的数字控制使磨床的磨削速度具有一致的信号，可以按照指令信号进刀，从程序上就可以控制整个操作流程，具有多功能，高性能，高速度，低功耗的优点。三、研究方案1主轴电机通过单片机控制继电器，由继电器的常开触点分别控制变频器的正反转的外部输入端子，从而实现对电机正反转的控制，主轴旋转的速度由电位器进行调节。主轴速度的检测采用霍尔元件。磨刀进给电机是由单片机控制继电器，继电器

7、的常开触点控制变频器的外部输入端子，从而具有快进、快退、慢进和慢退四种速度。磨刀小车的位移采用编码器进行检测。磨刀电机采用中间继电器和接触器实现对三相异步电动机的控制，从而实现电机的启动和停止。2数字键的设定，采用智能按键，即设定三个按键，一个作为设定键，一个作为数值的设置键，一个作为设定数值的移位键。数码显示采用两个四位的七段数码管，采用动态扫描的方法显示。外扩一片 8155 芯片来扩展 i/o 接口。在程序的设计中由于按键比较多，因此采用行列矩阵式键盘，利用这种行列矩阵式需要 n 个行线和 m 个列线，即可组成 mn 个按键的键盘。3使用 keil c 软件编写、调试程序，调试完成后用 p

8、roteus 进行仿真。四、预期达到效果可以实现手动和自动两种工作方式的切换。手动方式下可以根据工艺要求实现对磨削厚度的设定，单独控制各个电机的启动、停止和调速；自动方式下可以实现管道磨削的自动控制。通过设置的功能键和数字键来设置参数。数码管可以显示设定的参数并且显示加工过程中磨刀进给的实际行程、每次的实际进刀量和当前进刀次数。指导教师签字时 间年 月 日摘要本课题是以单片机为控制芯片，设计了磨床控制系统。磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。磨床控制系统分为手动方式和自动方式。在手动方式下，可以根据工艺要求设定磨削厚度，单独控制各个电机；在自动方式下，可以实现管道的自动磨削控制。在设置

9、磨刀进给的总行程、磨刀在低速时的进刀次数和进刀量的数值大小时，采用智能按键，即一个按键作为数值大小的设定，另一个按键作为数值的移位设定键，这样就可以避免设置过多的数值键，从而简化了程序的设计。该系统是以单片机 c51 语言为基本工具，在 keil vision 4 软件环境下编写和调试程序，利用 proteus 软件进行磨床控制系统的仿真，模拟磨床的操作流程，可以完成手动方式和自动方式的操作，并且可以实现两种操作方式的切换。关键词：单片机磨床智能按键c51proteusabstractthe subject designs grinder control system based on a s

10、ingle chip microcomputer, which is used as the main control. using abrasive tools, grinders grind the surface of the work piece. grinder control system consists of manual mode and automatic mode. in manual mode, we can set the thickness of the work piece grinded according to the different technologi

11、cal requirements and control the motors separately. in automatic mode, it can achieve grinding the pipeline automatically. when setting feed motor displacement, sharpening motor feeding times and feeding volume at low speed, we design two smart-keys. one is used for controlling the setting values; a

12、nother is for moving the next setting values. in this way, we can set up as few value keys as possible, which simplify the design of the program.this system is based on mcu c51 language. keil vision 4 platform is used to program and debug. proteus platform is used to simulate the operation of the gr

13、inder. the program can complete the manual and automatic operations and switch the two operations.key words: mcugrindersmart-keyc51proteusi目录第 1 章磨床的背景及发展11.1磨床的背景11.2磨床的发展1第 2 章磨床系统的设计要求及方案22.1磨床系统设计要求22.2设计方案2第 3 章系统设计43.1系统主要组成43.2单片机芯片43.2.1p0p3 输入/输出引脚53.2.2控制信号引脚63.3并行口扩展63.3.18155 内部结构及地址分配63

14、.3.28155 的命令控制字73.4电机和变频器83.5霍尔元件83.6编码器93.7键盘93.8显示10第 4 章电气接线及原理图114.1电气接线114.2系统原理图11第 5 章软件设计及调试125.1软件设计125.1.1主程序模块125.1.2led 显示模块135.1.3按键查询模块145.1.4键值判断模块155.1.5按键设定模块165.1.6磨刀进给小车自动停止模块185.1.7手动程序模块195.1.8自动程序模块205.1.9外部中断模块215.2软件调试22ii第 6 章系统仿真236.1仿真软件 proteus236.2程序的调试与仿真23第 7 章结论与展望24参

15、考文献25致谢26附录27附录 a外文资料27附录 b电气接线图38附录 c系统原理图39附录 d程序40石家庄铁道大学四方学院毕业论文1第 1 章磨床的背景及发展1.1磨床的背景十八世纪 30 年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和机械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的。它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876 年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床

16、。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、坐标磨床、无心磨床、平面磨床、砂带磨床、导轨磨床、工具磨床、多用磨床、专用磨床等1。1.2磨床的发展作为现代制造技术之一，磨床在现代制造领域中占有重要地位。1900 年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。自动测量装置于 1908 年开始应用到磨床上。到了 1920 年前后，无心磨床、双端面磨床、辊磨床、导轨磨床，研磨机和超精加工机床等相继制成使用；50 年代又出现了

17、可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60 年代末又出现了砂轮线速度达 6080m/s 的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70 年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用。微处理机的数字控制使磨床的磨削速度具有一致的信号，可以按照指令信号进刀，方便快捷，从程序上就可以控制整个操作流程，具有多功能，高性能，高速度，低功耗的优点2。数控磨床可以实现多品种的中、小批量生产自动化，可以提高生产效率，减少成本，提高加工精度。自动测量反馈和数字显示装置的应用提高了机床自动化程度，节省了辅助时间，减少劳动强度。磨床是金属切削行业的一个重要分支，随着工业的发展，对机械零件的加工精度及表

18、面粗糙度的要求日益提高，磨削加工显得更加重要。尤其在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业，数控磨床发挥着石家庄铁道大学四方学院毕业论文2越来越大的作用。石家庄铁道大学四方学院毕业论文3第 2 章磨床系统的设计要求及方案2.1磨床系统设计要求（1）用单片机控制磨刀电机、磨床小车电机和主轴电机的速度和位置，实现管道磨削的自动控制，要能根据工艺要求实现对磨削厚度的设定。电机采用三相笼型异步电动机，其中主轴电机由变频器控制正/反转和旋转速度，旋转速度从 0 到额定转速之间可调，用电位器调节；磨刀电机只控制电机的起动和停止，只能单方向旋转，不用调速；磨刀进给电机由变频器控制，具有快进、快退、慢进

19、、慢退四种速度。（2）要求系统具有手动和自动两种工作方式：手动工作方式下，可单独控制每个电机的启动、停止和调速；自动方式下，自动加工时能自动实现各个电机启动、调速和停止。（3）需要设置功能键和数字键来设置参数。磨刀进给总行程，单位：mm；设定范围：9999.9mm。磨刀进给低速时每次进刀量，单位：mm；设定范围：0.19.9mm。磨刀进给低速时总进刀次数，单位：次；设定范围：19 次。用数码管显示设定的参数；用数码管显示加工过程中磨刀进给的实际行程、每次的实际进刀量、当前进刀次数；用 led 指示灯指示各电机工作状态：运行时绿灯亮，否则绿灯灭。（4）编写程序并调试仿真通过。2.2设计方案主轴电

20、机是通过单片机控制两个继电器，由继电器的常开触点分别控制变频器的正反转的外部输入端子，从而实现电机正反转的控制。主轴旋转的速度由电位器进行调节，可以实现无级变速。主轴速度的检测采用霍尔元件，采用外部中断的方式，中断 n 次后主轴转过一圈，在自动的工作方式下，每次磨刀小车电机停止时启动进行主轴圈数的检测。磨刀小车电机是通过单片机控制继电器，由继电器的常开触点控制变频器的外部输入端子，从而具有快进、快退、慢进、慢退四种速度。磨刀小车的位移采用编码器进行检测，即单片机在固定的时间内对脉冲数进行读取、累加并转换成毫米单位后就可以得到磨刀小车的位移。石家庄铁道大学四方学院毕业论文4磨刀电机只需控制电机的

21、启动和停止，单方向的旋转。采用中间继电器和接触器实现对三相异步电动机的控制，从而实现电机的启动和停止。功能键和数字键的设定，采用智能按键，即设定三个按键，一个作为设定键，一个作为数值的设置键，一个作为设定数值的移位键。数值的移位键和数值的设定键采用外部中断的方式。数据的显示采用两个四位一体的 led 数码管，前四位显示磨刀进给的实际行程，后四位显示当前的进刀次数和每次的实际进刀量。进刀次数和进刀量之间采用-作为间隔符。为了减少驱动电路，采用动态扫描的方法显示。由于 89c51 的 i/o 口数量有限，所以外扩一片 8155 芯片来扩展 i/o 接口。利用外扩的 8155 i/o 口驱动显示电路

22、。由于在系统设计中按键比较多，因此采用行列矩阵式键盘，这样就可以减少键盘与单片机接口时所占用的 i/o 口线的数目。利用这种行列矩阵式需要 n 个行线和 m 个列线，即可组成 mn 个按键的键盘。采用单片机 c51 语言,在 keil vision 4 软件环境下进行程序的编写和调试，采用 proteus 软件进行磨床系统的仿真，并观察仿真结果。石家庄铁道大学四方学院毕业论文5第 3 章系统设计3.1系统主要组成磨床控制系统主要由单片机、并行口扩展、磨刀电机、磨刀进给电机、主轴电机、变频器、键盘、显示、霍尔元件、编码器几部分组成。系统框图如图 3-1 所示。图 3-1系统框图3.2单片机芯片单

23、片机作为磨床系统的控制中心，根据磨床系统的控制特点和仿真软件的类型，选用 at89c51 型号的单片机。at89c51 是一个 8 位的 cpu，具有 4k rom 程序存储器，128b ram 数据存储器，可寻址 64kb 外部数据存储器和 64kb 外部程序存储器的控制电路，两个 16位的定时/计数器，一个可编程全双工串行接口，5 个中断源、2 个优先级嵌套中断石家庄铁道大学四方学院毕业论文6结构，4 个 8 位的并行双向口，32 条可编程的 i/o 线，各个双向口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲组成3。at89c51 芯片引脚如图 3-2 所示。图 3-2at89c51 引脚图3

24、.2.1p0p3 输入/输出引脚 p0 口具有双重功能：（1）可以作为输入/输出口，外接输入/输出设备。由于p0 为开漏输出，在作为通用 i/o 使用时，需要在外部接上拉电阻；（2）在有外接存储器和 i/o 接口时常作为低八位地址/数据总线，即低八位地址与数据分时使用p0 口。此时低八位地址由 ale 信号的下跳沿使它锁存到外部地址锁存器中，传送数据信息4。p1 口具有单一的接口功能，p1 口的每一位都可以作为可编程的输入或输出口线。p2 口具有双重功能：（1）作为输入口或输出口使用，外接输入/输出设备；（2）在有外接存储器和 i/o 接口时，作为系统地址总线，输出高八位地址，与 p0口的低八

25、位地址一起组成 16 位地址总线。p3 口为双重功能口：（1）可以作为输入/输出口，外接输入/输出设备；（2）作为第二功能使用时，每一位的定义如表 3-3 所示。表 3-3p3 口的第二功能p3 口各位第二功能p3.0rxd（串行输入）p3.1txd（串行输出）p3.2int0（外部中断 0 输入）p3.3int1（外部中断 1 输入）石家庄铁道大学四方学院毕业论文7p3.4t0（定时器 0 外部计数器脉冲输入）p3.5t1（定时器 1 外部计数器脉冲输入）p3.6rd（外部数据存储器读选通信号）p3.7wr（外部数据存储器写选通信号）石家庄铁道大学四方学院毕业论文83.2.2控制信号引脚al

26、e：地址锁存允许线，配合 p0 口引脚的第二功能使用。ea：片外存储器访问选择线，可以控制使用片内 rom 还是片外 rom。等于1，则允许使用片外 rom；等于 0，则只使用片外 rom。psen ：片外 rom 选通线，在访问片外 rom 时，系统自动产生一个负脉冲，作为片外 rom 芯片的读选通信号。rst：复位线，可以使 89c51 处于复位工作状态。通常 89c51 有自动复位和人工按键复位两种。3.3并行口扩展用 8155 芯片扩展并行接口。8155 片内具有 256 字节的静态 ram，2 个 8 位、1 个 6 位的可编程并行 i/o 接口，1 个 14 位的减法计数器，以及一

27、个地址锁存器5。3.3.18155 内部结构及地址分配图 3-48155 内部结构图8155 内部结构图如图 3-4 所示，ad0ad7 为三态地址/数据线，可以与89c51 单片机总线直接相连。由于 8155 片内有地址锁存器，由总线送来的地址信号在地址锁存允许信号 ale 下降沿予以锁存。256字节静态ram14位定时计数器abcad0ad7aleresrttimer intimer outa口pa0pa7pb0pb7pc0pc5vcc(+5v)vss(gnd)b口c口io/mcewrrd石家庄铁道大学四方学院毕业论文98155 pa 和 pb 口为 8 位并行 i/o 口，pc 口为 6

28、 位并行 i/o 口。pa、pb 口可以工作于基本的 i/o 方式和选通 i/o 方式，而 pc 口只能工作在基本的 i/o 方式。当pa 或 pb 口工作在选通 i/o 方式时，pc 口部分或全部口用作 pa 或 pb 口的联络信号。timerin 为片内定时/计数器的输入时钟信号。timerout 为计数器计满回零后的输出信号。reset 为复位信号，高电平有效，复位后各端口处于基本的输入输出状态。mi/o为端口/存储器的选择信号。8155 地址分配如表 3-5 所示。当mi/o为 1 时，片内端口及定时/计数器的地址由 ad0ad2 编码确定。当mi/o为0 时，选中片内 ram 00h

29、ffh 256 个单元。rd 和wr 用来读写片内 ram 和实现数据由 i/o 端口输入/输出操作信号5。表 3-58155 地址分配mi/oad0ad1ad2000命令/状态口001pa口010pb 口011pc 口100time 低八位1（i/o 口）101time 高八位0(存储器)ad0ad700hffh内部 ram3.3.28155 的命令控制字8155 的命令控制字包含对定时器/计数器、并行口和中断控制，其命令控制字格式如表 3-6 所示。表 3-68155 命令控制字格式tm2tm1iebieapppbpatmer工作方式b 口中断允/禁a 口中断允/禁i/o 端口的工作方式b

30、 口i/oa 口i/opa、pb 分别用来选择 a 口和 b 口是输入还是输出：置 1，选择输出方式；置0，选择输入方式。iea、ieb 分别用来选择 a 口和 b 口是允许中断还是禁止中断：置 1，选择允许中断；置 0，选择禁止中断。p、p用来选择并行口的工作方式，并行口的工作方式如表 3-7 所示。表 3-7并行口工作方式pp工作方式00pa、pb 为基本的 i/o 方式，pc 为输入方式11pa、pb 为基本的 i/o 方式，pc 为输出方式石家庄铁道大学四方学院毕业论文1001pa、pb 为基本的 i/o 方式，pc 为选通 i/o 方式，pc2pc0 为 a 口联络信号10pa、pb

31、 为选通 i/o 方式，pc 为联络信号石家庄铁道大学四方学院毕业论文113.4电机和变频器磨床系统电气部分主要包括一个主轴电机、一个磨刀电机、一个磨刀进给电机。根据系统要求电机全部选用三相笼型异步电动机。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能6。在系统的设计中选用两个变频器，一个变频器采用外部控制的方式控制主轴电机的正/反转，用电位器调节旋转速度,从 0 到额定转速之间可调；另一个变频器采用外部控制的方式

32、，控制磨刀进给电机。变频器选择三菱 fr-a540 型变频器。变频器外部接线端子如图 3-8 所示7。图 3-8变频器外部接线端子3.5霍尔元件霍尔元件是一种磁敏元件，利用霍尔效应制成的半导体，多用于电机转速的测量。使用霍尔元件检测主轴转过的圈数，主轴每转过一转，产生 n 个脉冲，当单片机每检测到 n 个脉冲，就可以认为主轴转过一转。霍尔元件结构比较简单，它由霍尔片、4 根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，在长度上焊有两根控制电流端引线 a 和 b。它们在薄片上的焊点称为激励电极，在薄片的两侧端面的中央以点的形式对称焊接 c 和 d 两根引出线，rststfstrrhrl正转反转

33、高速低速频率设定电位器mfr-a540uvw三相电源cm石家庄铁道大学四方学院毕业论文12它们在薄片上的焊点称为霍尔电极。霍尔效应是指当载流导体处于与电流相垂直的磁场时，在其两端产生电位差，这一现象称为霍尔效应。霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛仑兹力的作用。使用霍尔传感器获得脉冲信号，在转轴的圆周上粘上磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。在圆周上粘上一粒磁钢，可以实现旋转一周，获得一个脉冲输出。因此根据脉冲数目，就可以检测主轴转过的圈数。3.6编码器编码器是将机械转动的位移转换成数字信号式的传感器，在测量方面应用广泛，具有精度高，分辨率高，可靠

34、性高的特点。使用编码器进行检测磨刀进给小车行程，磨刀进给小车每前进/后退 1mm 对应 m 个脉冲。程序处理上，单片机在固定时间对脉冲数进行读取、累加并转换成毫米单位后就可以得到磨刀进给小车的行程。在程序仿真时，设定脉冲当量为 0.2mm/mp，即一个脉冲对应 0.2mm。编码器从结构上分码盘式和增量式，在测量中采用的是增量式编码器。增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。增量式光电编码器的工作原理是由旋转轴转动带动在径向有均匀窄缝的主光栅码

35、盘旋转，在主光栅码盘的上面有与其平行的鉴向盘，在鉴向盘上有两条彼此错开90相位的窄缝，并分别由光敏二极管接收主光栅码盘透过来的信号。工作时，鉴向盘不动，主光栅码盘随转子旋转，光源经透镜平行射向主光栅码盘，通过主光栅码盘和鉴向盘后由光敏二极管接收相位差 90的近似正弦信号，再由逻辑电路形成转向信号和计数脉冲信号。为了获得绝对位置角，在增量式光电编码器有零位脉冲，即主光栅每旋转一周，输出一个零位脉冲，使位置角清零8。3.7键盘键盘是单片机应用系统最常用的输入设备，操作人员可以通过键盘向单片机系统输入指令、地址、数据，实现简单的人机通讯。在磨床控制系统中，由于独立按键比较多，为了避免占用太多的 i/

36、o 口线，把按键做成键盘，键盘排列成行列矩阵式。每一个行线和列线的交叉处不相通，是通过一个按键连通的。行线由单片机的 p1.0p1.3 控制，列线由单片机的 p1.4p1.6石家庄铁道大学四方学院毕业论文13控制，组成 43 的 12 个按键的键盘。由于 at89c51 单片机的 p1 口在内部有上拉电阻，因此外部的上拉电阻可省略。3.8显示系统的显示模块采用 led 数码管显示。led 数码管选用共阳极数码管，即阴极接低电平的发光二极管就可以导通点亮，接高电平的不亮。数码管的显示需要两组信号控制，一组是字段输出口的字形代码，用来控制显示的字形；另一组是位输出口的控制信号，用来选择第几个数码管

37、显示，称为位选。数码管的位选和段选由扩展的并行接口 8155 芯片控制。数码管的显示采用动态扫描的方法。动态扫描是单片机系统中应用最为广泛的一种显示方式。轮流选通数码管的公共端，使各个数码管轮流点亮。这种方式不但能提高数码管的发光效率，而且由于各个数码管的字段线是并联使用的，从而可以简化硬件电路图。在轮流点亮的过程中，每个数码管点亮的时间是极为短暂的（约1ms） ，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各个数码管并非同时点亮，但只要扫描速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据。当显示完一位后，开始显示下一位时，需要将数码管的位选关闭，不然同时选通几个数码管，就会出现乱码显

38、示9。石家庄铁道大学四方学院毕业论文14第 4 章电气接线及原理图4.1电气接线电气接线图见附录 b，变频器的外部接线说明如表 4-1 所示。表 4-1变频器的外部接线继电器常开触点变频器的外部端子功能ka1stf（变频器 1 正转端子）控制主轴电机的正转ka2str（变频器 1 反转端子）控制主轴电机的反转ka3stf（变频器 2 正转端子） 控制磨刀进给电机的正转ka4str（变频器 2 反转端子） 控制磨刀进给电机的反转ka5rh （变频器 2 高速端子） 控制磨刀进给电机的加速ka6rl （变频器 2 低速端子） 控制磨刀进给电机的减速4.2系统原理图 系统原理图见附录 c，89c51

39、 和 8155 的 i/o 分配说明如表 4-2 所示。表 4-289c51 和 8155 i/o 分配89c51 i/o 口控制功能8155 i/o 口控制功能p1.0p1.3键盘的行线 pa0pa7位选控制p1.4p1.6键盘的列线 pb0pb7段选控制p0.0p0.7连接 8155 ad0ad7pc0控制继电器 ka1p3.0控制继电器 ka7pc1控制继电器 ka2p3.1手动方式标志pc2控制继电器 ka3 p3.2/int0外接中断脉冲pc3控制继电器 ka4 p3.3/int1外接中断脉冲pc4控制继电器 ka5p3.4/t0外接磨刀进给电机的脉冲pc5控制继电器 ka6p3.5

40、/t1外接主轴电机的脉冲石家庄铁道大学四方学院毕业论文15第 5 章软件设计及调试5.1软件设计本系统的软件主要包括主程序模块、自动程序模块、手动程序模块、led 显示模块、外部中断模块、按键查询模块、键值判断模块、按键设定模块、磨刀进给电机的自动停止模块。程序见附录 d。5.1.1主程序模块图 5-1主程序流程图主程序流程图如图 5-1 所示。进入主程序后调用显示模块和按键扫描模块，然后进行按键的判断，如果是手动按键，就调用手动程序。如果不是手动按键，判断调用显示模块是自动按键或自动标志为1吗?设定成功吗?调用自动程序开始按键扫描是手动按键吗?调用手动程序yyynnn石家庄铁道大学四方学院毕

41、业论文16是不是自动按键或者自动标志是否为 1，如果满足条件，就调用自动程序。如果不满足条件，就返回继续扫描按键。5.1.2led 显示模块图 5-2显示程序流程图磨刀进给的总行程、磨刀进给低速时每次进刀量、磨刀进给低速时进刀次数通过 led 数码管显示。显示程序流程图如图 5-2 所示。开始闪烁标志置1吗?初始化显示参数取显示数据输出段码是当前显示位闪烁吗?进入闪烁的设定输出位选通信号指向下一显示数据延时关闭所有位显示8位数据显示完吗?yyynnn返回石家庄铁道大学四方学院毕业论文17在进行磨刀进给的总行程、磨刀进给低速时每次进刀量、磨刀进给低速时进刀次数的设定时，为了方便观察数值的设定变化

42、，采用闪烁的方式，即当前设定的数值闪烁。设定闪烁变量 set1，如果变量 set1 等于 0 则显示的数据不闪烁，变量 set1等于 1 则当前设定的数值闪烁。采用延时的方法，进行数码管的选通和关闭。这样就可以实现当前设定数值的闪烁。对于磨刀进给的总行程、磨刀进给低速时每次进刀量的数据显示带小数位，只要让查表所得的段码值再与上 0 x7f，就可以点亮相应的小数位。磨刀进给低速时每次进刀量、磨刀进给低速时进刀次数之间使用间隔符- ，共阳极的段码为0 xbf。设定显示的数据依次从左到右为磨刀进给的总行程、磨刀进给低速时进刀次数、磨刀进给低速时每次进刀量。在其他方式下，显示的数据表示当前磨刀进给的总

43、行程，当前的进刀次数和当前的进刀量。5.1.3按键查询模块键盘扫描流程图如图 5-3 所示。程序中首先进行行扫描，在 p1 口输出 0 x0f，读入 p1 口的状态，进行 temp=temp&0 x0f 运算，即屏蔽高四位，保留低四位，temp 中p1口低四位输入，读p1口开始屏蔽高四位，读入低四位进行行值判断p1口高四位输入，读p1口屏蔽低四位，读入高四位进行列值判断nn调用键盘扫描y返回开始读p1口判断是否有键按下判断按键是否释放y返回图 5-3键盘扫描流程图图 5-4按键查询流程图石家庄铁道大学四方学院毕业论文18保存了按键码，再或上 0 x0f ，最后取反，则低四位中是 1 的

44、位表示该行有键按下，这样就找到了按下键所在的行。如果是第一行，变量 key=1，第二行变量 key第三行变量 key=3，第四行变量 key=4。然后再进行列扫描，在 p1 口输出 0 xf0，读入 p1 口的状态，进行temp=temo&0 xf0 运算，即屏蔽低四位，保留高四位，然后将高四位移到低四位上，或上 0 xf0，最后取反。低四位中是 1 的位表示该列有键按下，这样就可以找到了按键所在的列。如果是第一列变量 key=key+0，第二列变量 key=key+4，第三行变量 key=key+8。最终变量 key 的值就是按下键所对应的顺序码，然后根据顺序码判别键的按下。按键查询

45、流程图如图 5-4 所示。按键查询采用程序扫描的方法，首先查询是否有键按下，然后查询按键所在的行列位置，得到相应的键码值，最后按键的去抖。采用软件去抖的方法，第一次读入键值后，执行相应的程序，然后判断按键是否释放，没有释放就一直循环等待，直到按键释放后，退出按键查询程序。这样就可以避免多次读入一个键值，实现了按键的去抖10。5.1.4键值判断模块键值判断程序包括清零键的键值判断、自动方式的键值判断、启动键的键值判断、设定键的键值判断、磨刀电机的启动/停止键的键值判断、主轴电机正转的启动/停止键的键值判断、主轴电机反转的启动/停止键的键值判断、磨刀进给电机快进的启动/停止键的键值判断、磨刀进给电

46、机快退的启动/停止键的键值判断、磨刀进给电机慢进的启动/停止键的键值判断、磨刀进给电机慢退的启动/停止键的键值判断。通过按键扫描程序，如果按键变量 key 等于 1，说明按下清零键。如果满足各个电机停止转动，并且磨刀进给小车的位移在清零的条件，则磨刀进给电机快速后退。最后 key 置初值 16，退出按键判断程序。如果按键变量 key 等于 2，说明按下设定键，满足各个电机停止转动条件，就可以将设定标志 set 置 1，变量 succes 清 0。最后 key 置初值 16，退出按键判断程序。如果按键变量 key 等于 3，说明按下主轴电机正转的启动/停止按键。如果满足反转标志为 zhuf 为

47、0，则进入主轴正转的启动/停止的设定。每次进入设定时，变量zhu 加 1，当变量 zhu 等于 2，变量 zhu 清 0 。如果变量 zhu 等于 0，则主轴正转停止，如果 zhu 等于 1 则主轴正转。最后 key 置初值 16，退出按键判断程序。如果按键变量 key 等于 4，说明按下主轴电机反转的启动/停止按键。如果满足石家庄铁道大学四方学院毕业论文19正转标志为 zhu 为 0，则进入主轴正转的启动/停止的设定。每次进入设定时，变量zhuf 加 1，当变量 zhuf 等于 2，变量 zhuf 清 0。如果变量 zhuf 等于 0，则主轴反转停止，如果 zhuf 等于 1 则主轴反转。最

48、后 key 置初值 16，退出按键判断程序。如果按键变量 key 等于 5，说明按下自动方式按键。如果满足各个电机停止转动，并且磨刀进给小车的位移不大于设定的高速进给位移时，则自动标志变量 aut 置 1。最后 key 置初值 16，退出按键判断程序。如果按键变量 key 等于 7，说明按下磨刀进给小车快进的启动/停止按键。如果快退标志 ktui 为 0，慢进标志 mjin 为 0，慢退标志 mtui 为 0，则进入磨磨刀进给小车快进的启动/停止设定。每次进入设定时，快进变量 kjin 加 1，当变量 kjin 等于2 时，变量 kjin 清 0。如果变量 kjin 等于 0，则磨刀进给小车快

49、进停止，并且关闭定时/计数器 t0，变量 cnt 清 0，保存当前进给小车的位移。如果变量 kjin 等于1，则磨刀进给小车快进，启动定时器/计数器 t0。最后 key 置初值 16，退出按键判断程序。如果按键变量 key 等于 8，说明按下磨刀进给小车快退的启动/停止按键。如果快进标志 kjin 为 0，慢进标志 mjin 为 0，慢退标志 mtui 为 0，则进入磨刀进给小车快退的启动/停止设定。每次进入设定时，快退变量 ktui 加 1，当变量 ktui 等于 2时，变量 ktui 清 0。如果变量 ktui 等于 0，则磨刀进给小车快退停止，并且关闭定时器/计数器 t0，变量 cnt

50、清 0，保存当前进给小车的位移。如果变量 ktui 等于 1，则磨刀进给小车快退，启动定时/计数器 t0。最后 key 置初值 16，退出按键判断程序。如果按键变量 key 等于 11，说明按下磨刀进给小车慢进的启动/停止按键。如果快进标志 kjin 为 0，快退标志 ktui 为 0，慢退标志 mtui 为 0，则进入磨刀进给小车慢进的启动/停止设定。每次进入设定时，慢进变量 mjin 加 1，当变量 mjin 等于2 时，变量 mjin 清 0。如果变量 mjin 等于 0，则磨刀进给小车慢进停止。如果变量mjin 等于 1，则磨刀进给小车慢进。最后 key 置初值 16，退出按键判断程序

51、。如果按键变量 key 等于 12，说明按下磨刀进给小车慢退的启动停止/按键。如果快进标志 kjin 为 0，快退标志 ktui 为 0，慢进标志 mjin 为 0，则进入磨刀进给小车慢退的启动/停止设定。每次进入设定时，慢退变量 mtui 加 1，当变量 mtui 等于2 时，变量 mtui 清 0。如果变量 mtui 等于 0，则磨刀进给小车慢退停止。如果变量 mtui 等于 1，则磨刀进给小车慢退。最后 key 置初值 16，退出按键判断程序。如果按键不是上面的数值，则按键变量 key 置初值 16，退出按键判断程序。石家庄铁道大学四方学院毕业论文205.1.5按键设定模块按键设定模块是

52、对磨刀进给的总行程、磨刀进给低速时每次进刀量、磨刀进给低速时进刀次数的设定。设定变量 succes 作为设定成功的标志，当变量 succes 等于 1 时，表示设定成功；等于 0 时，表示进入设定程序。按键设定流程图如图 5-4 所示。进入手动方式时，当按下设定键，设定标志 set 置 1，succes 清 0，进入设定程序。进行数值的设定时为了方便观察被设定数值的变化，所以在调用显示函数时，需要将显示程序中的闪烁标志 set1 置 1，即当前设定的数值闪烁。按键设定流程图如图 5-5 所示。设定时，从最右边的一位开始设定，当第一位数值设定完成后，开始进行下一位数值的设定，数值的移位设定由左移

53、设定变量 zuoyi 决定，即按下左移设定键后，就可以进行下一位数值的设定。显示的数据是当前数据加上变量 xiatiao ，所以每次数值加完后，需要将变量 xiatiao 清 0，不然数值就会重复累加出现错误。当数值设定完后，需要对设定的数值进行判断，如果不在设定要求的范围内，则设定左移变量 zuoyi 清 0，重新从最右边一位开始进行数值的设定。如果在设定的范围，即设定成功，变量 succes 置 1，并且保存设定的数值，退出按键设定程序。石家庄铁道大学四方学院毕业论文21图 5-5按键设定流程图在手动方式中，可以实现数据的重复设定。第一次进入手动方式时，等待设定键的按下，即需要进行设定并且

54、设定成功后，才可以进入其他工作方式。当设定成功后，需要重新设定数据，即再次按下设定键，设定标志 set 置 1，succes 清 0，不需要等待就可以直接进入数据的设定。每次退出手动方式时，设定标志 set 清 0。开始设定成功标志为0吗?调用显示设定标志为0吗?按键扫描设定键按下吗?设定标志置1打开中断闪烁标志置1设定标志清0设定成功标志为0吗?进入数值设定设定键按下吗?设定标志置1设定数据在范围内吗?保存设定数据设定成功标志置1 关闭中断yyyyynnnnnyn返回石家庄铁道大学四方学院毕业论文225.1.6磨刀进给小车自动停止模块图 5-6磨刀进给小车自动停止流程图磨刀进给小车自动停止流

55、程图如图 5-6 所示。磨刀进给电机自动停止模块是指在手动方式下，磨刀进给小车的位移超过设定的范围时，磨刀进给小车自动停止。首先判断磨刀进给小车是前进还是后退，如果变量 kjin 等于 1 或者变量 mjin等于 1，说明磨刀进给小车前进，然后检测位移。如果位移不在范围内，则磨刀进开始磨刀进给小车是前进吗?磨刀进给小车位移等于高速进给位移吗?前进停止标志清0计数器停止计数磨刀进给小车位移等于相对位移吗?后退停止计数器停止计数标志清0yyyynnnn磨刀进给小车是后退吗?返回石家庄铁道大学四方学院毕业论文23给小车停止前进，并且定时/计数器 t0 停止计数，变量 cnt 清 0，变量 kjin

56、和变量mjin 清 0，当前位移保存到变量 m 中。如果位移在范围内，则退出自动停止程序。如果变量 ktui 等于 1 或者变量 mtui 等于 1，说明磨刀进给小车后退，然后检测位移。如果位移不在范围内，那么磨刀进给小车停止后退，并且定时/计数器 t0停止计数，变量 cnt 清 0，变量 ktui 和变量 mtui 清 0，位移变量 m 清 0。如果在范围内，则退出自动停止程序。5.1.7手动程序模块图 5-7手动方式流程图手动方式流程图如图 5-7 所示。手动方式主要包括磨刀进给的总行程、磨刀进给低速时每次进刀量、磨刀进给低速时进刀次数的设定和各个电机的单独启动。因开始进入自动方式吗?设定

57、程序显示程序按键扫描程序键值判断清零程序磨刀进给小车自动停止程序设定标志清0退出手动方式yn返回石家庄铁道大学四方学院毕业论文24此在程序设计中调用了设定模块、显示模块、按键扫描模块、键值判断模块，磨刀进给小车自动停止模块。如果在各个电机停止转动，磨刀进给小车的位移不大于高速进给的位移时，按下自动按键就可以退出手动方式，进入到自动方式。5.1.8自动程序模块图 5-8自动方式流程图自动程序流程图如图 5-8 所示。自动方式主要分为高速进给，低速进给，高速后退三部分。在程序的设计中，在每次进入各个程序时都加入了一条判断指令，这样避免误操作进入。开始位移在高速进给的范围吗?进入高速进给位移在低速进

58、给的范围吗?进入低速进给位移在后退的范围吗?进入后退过程磨削完成启动键按下吗?返回nyynnyny石家庄铁道大学四方学院毕业论文25首先判断进给位移是否在高速进给的范围内，如果在范围内，则执行高速进给过程。再判断是否在低速进给的范围，如果在范围内，则执行低速进给过程，并且判断进刀次数是否完成。最后判断进给位移是否在高速后退的范围内，如果不在范围内，则退出程序，如果在范围内，则进入高速后退过程。具体过程：当“自动”键按下-按“启动”按钮-主轴电机带动产品按设定的速度正转-磨刀进给电机前进（正转） ，高速进给，同时检测磨刀进给的实际行程-当磨刀进给的实际行程到达设定的位置时，起动磨刀旋转，磨刀进给

59、速度切换到低速进给，同时检测磨刀进给的实际行程是否到达第一次进刀量的位置-当到达第一次进刀量位置时，磨刀进给电机停止旋转，同时开始检测主轴转过的圈数-当主轴转过一圈时，停止检测主轴转过的圈数，判断设定的进刀次数是否全部完成，如果没有完成，起动磨刀进给电机低速前进（进刀） ，同时检测磨刀进给的实际行程是否到达本次进刀量位置-当到达本次进刀量位置时，磨刀进给电机再次停止旋转，开始检测主轴转过的圈数-当主轴转过一圈时，停止检测主轴转过的圈数，判断设定的进刀次数是否全部完成，没有完成则起动下一次磨刀进给，重复进行进刀、停止进刀、检测主轴圈数-若设定的进刀次数已完成，停止主轴旋转，停止磨刀旋转，磨刀进给

60、高速后退，退回到零点位置自动停转，完成修整过程。5.1.9外部中断模块程序中总共有 4 个外部中断：外部中断 0 用于数值的左移设定键，外部中断 2用于数值下调设定键，外部中断 1 用于检测磨刀进给脉冲并且检测磨刀进给小车的位移，外部中断 3 用于检测主轴圈数。左移设定键采用外部中断 0 的边沿触发的方式。当检测到左移设定键的按键脉冲时，左移变量 zuoyi 加 1。由于需要设定的数值总共是 8 位，所以左移变量 zuoyi范围是 07，当变量 zuoyi 超出范围时，即等于 8 时，变量 zuoyi 清零，开始从最右边的一位设定。下调设定键采用外部中断 2 的边沿触发的方式，当检测到下调设定键的按键脉冲时，