基于单片机的两坐标运动工作台控制系统研究

机电综合课程设计摘要：本设计是完成一两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计；完成交流电机启停的电气控制系统设计。

其硬件部分共包括键盘操作、单片机控制、输入电路、控制电路、显示电路等五个主要组成部分。

设计的总体思路是准确安全的对工作台和电机进行控制。

位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序，向控制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。

关键词：键盘操作，单片机控制，数码管显示。

一．前言机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。

机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。

本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。

采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率，保证加工质量。

此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。

因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。

本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。

其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。

它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。

本设计完成了如下要求：（1）单片机控制系统电路原理图的设计（2）控制系统电路印制版的绘制（3）利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动（4）实现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警（5）设计交流电机的点动、正反转控制和星-三角形启动的电气控制原理图（6）电气控制电路有相应的保护电路（过载、过压、欠压等）（7）熟悉机电系统常用元器件（PLC、交流电机、直流电机、步进电机）此次“机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。

优秀设计基于单片机的二维数控实验台的设计与实现摘要本设计结合机电一体化课程教学环节需要，设计用单片机作为控制系统的X-Y工作台。

通过论述X-Y工作台机械结构设计和控制电路接口设计,阐述了机电一体化设计中的共性和关键技术.基于单片机二维数控系统是以单片机为主体，二维数控实验平台为核心的系统。

主要应用单片机作为控制核心，LED点阵显示芯片与数控系统相结合的系统。

充分发挥了单片机的性能。

其优点硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。

该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,是控制技术的最简单的应用.它充分的利用了单片机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.系统设计是利用AT89S51单片机,及27128,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在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.其基本思想是:通过单片机控制使电机运动从而实现工作台的移动。

关键词：X—Y工作台；单片机；机电一体化设计NC-based single-chip two-dimensional test-bed designand implementationAbstractThe combination of mechanical and electrical design aspects of the integration of teaching needs, the design of control systems with single-chip microcomputer as the XY table. XY table through on the design of mechanical structure and control interface circuit design, mechanical-electrical integration on the design of the common and key technologies.Two-dimensional numerical control system based on single-chip based on single-chip microcomputer as the main body, the experimental two-dimensional numerical control system as the core platform. The main application of single-chip microcomputer as control core, LED dot matrix display system chips with a combination of CNC system. Give full play to the single-chip performance. Advantage of simple hardware circuit, software functions, the control system reliable and cost-effective features such as high, with a certain degree of use and reference value.The system design is an open-loop control system, its simple structure, convenient and can realize. Sure. Reduce cost, is the most simple control technology application. It fully utilize the MCU software and hardware function to realize the control of machine tools, Machine processing expanded, accuracy and reliability is further improved.System design is to use 27128,6264，AT89S51 and memory and 8155 chips, hardware composition in the control system of the hardware written procedures to achieve certain processing function. The basic idea is: through the single-chip microcomputer control make motor sports so as to realize the worktable moving.Key words: X-Y table; singlechip; mechatronics design目录第1章绪论………………………………………………………………………… .11.1课题意义 (1)1.2课题研究主要内容 (1)第2章机械系统设计 (2)2.1设计参数的确定 (2)2.2 总体方案设计 (2)2.2.1传动部件的选择 (3)2.2.2控制系统的设计 (3)2.2.3步进电机的选用 (4)2.2.4滚珠丝杠的设计计算 (5)2.2.5滚动导轨的参数确定 (7)2.2.6 滚动轴承选型…………………………………………………… .82.2.7 滚动导轨刚度及预紧 (9)2.2.8步进电机惯性负载的计算 (9)第3章控制系统设计 (11)3.1 硬件配置 (11)3.2 总体接口设计 (17)3.2.1键盘设计 (17)3.2.2 显示器设计............................................................... .19 3.3 步进电机驱动电路和工作原理 (22)3.4总体程序控制 (23)第4章基于单片机的二维数控实验台的实现 (26)4.1 搭建单片机电路 (26)4.2 调试程序 (27)4.3 单片机控制完成，实现功能要求 (28)总结 (29)致谢 (30)参考文献 (31)第1章绪论1.1课题意义二维数控实验平台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,是控制技术的最简单的应用.它充分的利用了单片机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.1.2课题研究主要内容二维数控实验平台系统设计是利用AT89S51单片机,及27128,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在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.其基本思想是:通过单片机控制使电机运动从而实现工作台的移动。

两轴数控转台控制系统研究的开题报告一、选题背景随着工业自动化技术的快速发展，控制系统越来越智能化、多功能化。

而转台作为一种重要的工业设备，在精度、稳定性、速度等方面也得到了极大的提升。

在工业生产和机械加工中，转台具有非常广泛的应用，例如金属加工、汽车制造、航空航天、电子制造、电力工业等领域。

对于特别精密的机床、机器人等机械设备，要求转台的控制系统具有高精度、高速度、高性能等特点。

因此，研究转台的控制系统成为控制领域的热门话题。

本文将从两轴数控转台控制系统设计分析入手，研究转台的控制系统的硬件架构和软件设计，探讨其原理和应用，旨在为工业生产和机械加工领域提供一种智能、高效、稳定的控制系统。

二、研究内容1. 两轴数控转台控制系统的硬件设计和选型。

2. 两轴数控转台控制系统的软件设计和编程开发。

3. 两轴数控转台控制系统在工业生产和机械加工中的实际应用研究。

三、研究方法1. 调研和分析国内外相关文献，了解相关技术和研究现状。

2. 采用MATLAB/Simulink等软件进行仿真和模拟。

3. 基于硬件平台，利用C++、PLC等编程语言进行实际应用的开发和测试。

四、研究意义1. 对于数控转台的控制系统设计和开发有积极推进作用。

2. 可以为实现硬件和软件的智能化设计提供借鉴。

3. 对于提高转台的稳定性和精度，增强其适用性有一定的推动作用。

4. 可以为工业生产和机械加工提高效率、降低成本和提高产品质量提供支持。

五、预期结果1. 硬件和软件纪实研究成果。

2. 可以进一步提高两轴数控转台的控制精度和稳定性。

3. 提高工业生产和机械加工的效率和质量。

六、论文结构1. 绪论2. 相关技术概述3. 两轴数控转台控制系统的硬件设计与实现4. 两轴数控转台控制系统的软件设计与实现5. 两轴数控转台控制系统的仿真分析6. 两轴数控转台控制系统的应用实验研究7. 总结与展望七、进度安排1. 第一季度：调研、文献分析、硬件设计和选型。

基于单片机的数控车床XY工作台与控制系统设计摘要了解数控机床的概念，所谓数字控制是按照含有机床（刀具）运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。

而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。

它的优点很多,可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点,但它的价格昂贵。

由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低,要更新现有机床需要很多资金。

为了解决这个问题,也为了适应多品种中、小批量零件加工我们选择机床经济型数控改造。

纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座，配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾,不占据丝杠空间。

横向进给机构的改造:拆除横向丝杠换上滚珠丝杠,由步进电机带动。

关键词:运动信息，滚珠丝杠，步进电机Single Chip Microcomputer-based XY table CNC lathe andControl System DesignABSTRACTNumerical Control (NC) is any machining process in which the operations are executed automatically in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement 。

When Numerical Control is performed under computer supervision, it is called Computer Numerical Control （CNC）。

CNC machines have many advantages over conventional machines。

For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite expensive。

课程设计说明书原始数据：设计一台微机控制XY两坐标工作台，采用MCS-51单片机控制，控制方式采用步进电动机开环控制。

其他参数如下：一、系统总体设计方案由设计任务书知，本次设计可采用如下方案：（一）机械系统1、传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮或带减速。

2、导出机构采用滚动直线导轨。

3、执行机构采用步进电机。

（二）接口设计1、人机接口（1）采用键盘或BCD码盘作为输入。

（2）采用LED作为电源等指示标志。

（3）采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。

（4）采用数码管作为显示器。

2、机电接口采用光电耦合器作为微型机与步进电机驱动电路的接口，实现电气隔离。

（三）伺服系统设计本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。

（四）控制系统设计对整体设计方案的说明:机电一体化机械系统应具备良好的伺服性能（既高精度、快速响应性和稳定性好）从而要求本次设计传动机构满足一下几方面：（1）转动惯量小在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量和转动惯量应尽量减小。

否则，转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。

所以在设计传动机构时应尽量减小转动惯量。

（2）刚度大刚度是是弹性体产生单位变形量所需的作用力。

大刚度对机械系统而言是有利的:①伺服系统动力损失随之减小。

②机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。

③增加闭环伺服系统的稳定性。

所以在设计时应选用大的刚度的机构。

（3）阻尼合适机械系统产生共振时，系统的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰减也快，但大阻尼也会使系统的稳定误差增大，精度降低，所以设计时，传动机构的阻尼要选择适当。

此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度）、共振性好（提高机构的稳定性）、间歇小（保证机构的传动精度），特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节的动态特性相匹配。

开环控制原理图1、控制部分方案选择控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。

基于单片机的两轴步进电机协同控制学院自动化学院专业自动化班级学号姓名指导教师负责教师沈阳航空航天大学2011年6月沈阳航空航天大学毕业设计（论文）摘要鉴于单片机具有优异的性能价格比、较高的集成度和较小的体积以及很强的控制功能和低电压、低功耗等优点，用它作为控制核心的产品越来越多，广泛应用于机电控制、智能仪器仪表以及人类生活中。

本次设计采用单片机作为核心元件，设计了两轴步进电机协同控制的硬件系统。

该系统按功能可分成四大模块；即输入模块，控制模块，被控模块以及实时监控显示模块。

其中，控制模块的控制方案选用了圆弧插补控制算法控制两轴步进电机协同工作；输入模块采用键盘输入方式，利用键盘分别控制想对应的状态，达到不同象限的不同运行模式；被控模块主要采用了两个四相步进电机，利用步进电机精确度高，没有积累误差的优点来实现所需要的运行轨迹；由于本次试验并没有真正的做二维工作平台，因此增加一个实时监控模块来监控步进电机的运行状态，更加直观的观察到步进电机的运行轨迹，判断是否符合设计要求。

本次设计由于采用了大量成熟的元器件，因此所设计的系统具有价格低廉，易于实现，可大量生产的优点。

关键词：单片机，机电控制，圆弧插补,控制系统基于单片机的两轴步进电机协同控制Two-axes Step Motors Cooperative Control Based on MSC-51AbstractIn view of the fact that the Microcontroller has the cheap price and good controlling function、the high integration rate and the small volume as well as low voltage、low power loss. It is to be the controlling core of the product more and more. Applying widely in the mechanical and electrical controlling、the intelligent instrument measuring appliance and the humanity lives.The design uses a microcontroller as a core component, the design of two-axis stepper motor control hardware together. The system according to the functions can be divided into four modules; the input module, control module, was charged with the module and real-time monitoring of the display module. Among them, the control module of the control scheme used a circular interpolation control two-axis stepper motor control algorithm to work; input module uses keyboard input methods, like using the keyboard, respectively, corresponding to the state control, to different quadrants of the different operating modes; charged module uses two four-phase stepper motors, stepper motors using high precision, there is no accumulation of errors required to achieve the benefits of running track; Since this test does not really do the two-dimensional work platform, thereby increasing a real-time monitoring module to monitor the operational status of the stepper motor, a more intuitive observation to the stepper motor trajectory, to determine compliance with design requirements.Since this design uses a large number of mature components, so the design of the system is inexpensive, easy to implement, can the advantages of mass production.Key word: Microcontroller, Machinery and electrical controlling, the circular running，the controlling system沈阳航空航天大学毕业设计（论文）目录1 绪论 (1)1.1 简介 (1)1.2 课题研究的内容及要求 (3)1.2.1 课题的主要研究的内容 (3)1.2.2 本系统的功能 (3)1.3 本文的主要内容 (4)2 单片机控制两轴步进电机协同控制硬件设计 (5)2.1 单片机控制系统总体设计方案 (5)2.2 单片机的最小系统 (5)2.2.2存储结构 (6)2.2.3中断系统 (7)2.2.4定时/计数器工作方式 (9)2.2.5 I/O口的结构及功能 (10)2.2.6 其它主要管脚介绍 (11)2.3 键盘输入模块 (12)2.3.1键盘介绍 (12)2.3.2键盘设计方案 (12)2.4 被控模块 (13)2.4.1步进电机选择 (13)2.4.2 步进电机驱动设计 (14)2.5 显示模块 (15)3 系统软件设计 (17)3.1 系统主程序 (17)3.2 显示子程序 (18)3.3 键盘按键控制步进电机控制子程序 (19)3.4 两轴步进电机协同工作的控制方案 (20)4 联合调试 (25)4.1 联合调试说明 (25)基于单片机的两轴步进电机协同控制4.2 联合调试结果 (25)4.3 结论 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录I 程序清单 (30)沈阳航空航天大学毕业设计（论文）1 绪论1.1简介随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O接口集成在一块芯片上，形成了芯片级的计算机，而单片机就是这种微型计算机。

湖南第一师范学院大学生研究性学习和创新性实验计划项目中期报告表附录1：A2双电源设计电路图如图所示，变压器将220V 变压为12v 和30V ，通过L373稳压，电容滤波，LED 发光二极管显示工作状态，接口输出可直接给芯片和电机驱动供电。

各器件参数如上图标注。

附录2：如上图是键盘显示接口及扩展电路图， 4*8键盘结构，LCDOCM12232液晶显示，都是通过扩展IO 接口的8255来控制，行线由PA0~PA7口控制，列线由PC4~PC7控制，采用逐行扫描法，首先PC 高四位输出为1110，即列线R1为0，其余列线为1，读其他列线状态，若不全为1，则0的行线C 和R 相交的键处于闭合状态。

若C 为全1，则R 这一列上无闭合键。

同理一次循环相移再判断其状态读其数据。

显示控制信号接PC0~PC3如图，数据信号接PB0~PB7口，采用地址数据分时复用，送数据和控制信号。

点阵式LCDOCM12232通过查表显示要显示的内容。

时钟电路和复位电路中，晶振采用12MHZ ，电容都是103，电阻10K 。

123401234567C附录3：接四相步进电机设计H 桥型单极性开关放大器为电机驱动提供制动电压和电流。

在左边四个NPN 三极管上依次加上脉宽调制信号，就可以得到四相驱动的控制信号。

附录4：10相相相相根据电路原理，初始清零后，JK 触发器的输出2和5全为零，并且，方向信号和异或门决定输出初始状态。

若方向信号为1，初始状态为0001；反之，方向信号为0，初始状态为0010.经过对电路逻辑分析，容易得到输出电平真值表：由真值表可以知道，真转时，脉冲分配器输出脉冲序列依次为Y4、Y2、Y3、Y1、Y4；而反转时，依次为Y3、Y2、Y4、Y1、Y3，便得到我们想要的四相步进电机驱动脉冲信号。

真正实际含义上的电机正转和反转。

附录5：为防止单片机内部存储器不够，我们特设计了ROM2764和RAM6164的扩展电路，图中EA接5V，CPU在取指令或执行查表指令时，当地址小于1FFFH时，从内部FLASH中取代码，大于时才外部EPROM中取代码。

基于单片机的数控车床XY工作台与控制系统设计报告设计报告：基于单片机的数控车床XY工作台与控制系统设计1.引言数控（数值控制）车床是一种以机电一体化技术为基础，通过计算机控制工件加工的设备。

传统的车床需要操作工人手动控制加工过程，而数控车床则通过计算机编程实现自动化加工。

本设计报告旨在设计基于单片机的数控车床XY工作台与控制系统，实现工件在XY平面上的精准加工。

2.系统设计（1）硬件设计本系统的硬件设计包括数控车床的机械结构和控制系统的电路设计。

数控车床的机械结构需要设计XY工作台的运动结构。

可以采用步进电机或直流伺服电机作为驱动器，通过丝杆传动实现运动。

同时，需要设计定位传感器用于测量工件位置，反馈给控制系统。

控制系统的电路设计主要包括单片机的选择和配套电路。

可以选择性能稳定、功能强大的单片机作为控制器，并设计外部电路实现与驱动器和传感器的连接。

此外，还需要设计电源电路、通信接口等。

（2）软件设计软件设计是数控车床控制系统非常重要的一部分，需要实现驱动器控制和运动轨迹规划等功能。

可以使用C语言开发嵌入式软件程序。

驱动器控制：通过控制输出脉冲和方向信号，控制步进电机或直流伺服电机的运动。

可以根据用户输入的指令，控制工件在XY平面上移动。

运动轨迹规划：根据用户输入的参数，计算出工件在XY平面上移动的运动轨迹。

可以采用插补算法，实现平滑移动和加工轨迹自由控制。

3.系统实现（1）实现步骤首先，进行硬件设计。

根据车床的尺寸和加工需求设计XY工作台的运动结构，选择合适的驱动器和传感器。

然后，根据单片机选型，设计电路连接驱动器和传感器。

最后，设计电源电路和通信接口。

其次，进行软件设计。

根据硬件设计的结果，编写嵌入式软件程序，实现驱动器控制和运动轨迹规划等功能。

最后，进行系统调试。

根据设计的功能要求，对系统进行全面测试和调试，验证系统的稳定性和性能。

（2）实验结果通过实验验证，本设计的数控车床XY工作台与控制系统实现了工件在XY平面上的精确加工。

毕业设计任务书学生姓名:崔永远专业班级:机电011指导教师：张书涛教研室(研究所)主任：彭晓南两轴步进电机X、Y工作台的单片机控制系统设计摘要鉴于单片机具有优异的性能价格比、较高的集成度和较小的体积以及很强的控制功能和低电压、低功耗等优点，用它作为控制核心的产品越来越多，广泛应用于机电控制、智能仪器仪表以及人类生活中。

本文将介绍基于单片机的两轴步进电机控制系统的硬件结构、方案设计以及性能分析等方面的内容。

两轴步进电机的单片机控制系统主要应用于数控工作台的控制、机器人以及其它的遥控装置中。

由单片机控制驱动步进电机带动执行元件工作。

通过单片机发出实时控制脉冲，从而实现一些要求的功能。

本文将介绍系统如何实现数控系统中的直线插补、圆弧插补、按键控制、参数显示等功能。

在本设计中使用了具有大容量存储器的AT89S52单片机，另外它的内部还含有FLASH存储器和紫外光擦写只读存储器EPROM，因此在系统的工作过程中，能有效地保护部分重要数据，不受外界因素影响而遭到破坏（如电源故障等），还具有多次可擦写存储器内容的功能；其次，还使用了MAX7219显示驱动芯片、UIL2803功率驱动芯片、采用3×3矩阵式键盘、7段双八字数码显示管以及四相步进电机等元器件，它们构成了整个控制系统。

关键词单片机，机电控制，直线插补,圆弧插补,控制系统目录前言 (1)第一章单片机控制系统总体设计 (3)§1单片机的最小系统 (3)§1.1 存储结构 (3)§1.2 中断系统 (4)§1.3 定时/计数器工作方式 (6)§1.4 I/O口的结构及功能 (7)§2控制系统总体设计方案 (8)§2.1 控制系统的功能设计 (9)§2.2 控制系统的器件选择 (9)§2.3 控制系统的电路原理图 (12)第二章单片机控制系统的软硬件设计 (14)§1键盘接口设计 (14)§1.1 按键结构选择 (14)§1.2 按键工作方式 (15)§1.3 键盘消抖动处理 (15)§2运行参数显示 (17)§2.1 LED驱动接口电路设计 (17)§2.2 LED结构与显示原理 (19)§3步进电机控制系统设计 (21)§3.1 步进电机控制原理 (21)§3.2 步进电机的功率驱动 (22)§3.3 步进电机的升降速控制 (23)§4数控插补原理 (24)§4.1 插补方法 (24)§4.2 直线插补原理及程序流程图 (25)§4.3 圆弧插补原理及程序流程图 (26)§5分析系统各功能能否实现 (28)§6控制系统主程序流程图 (30)§7 ISP下载线原理与制作 (31)结论 (33)参考文献 (33)致谢 (34)附录 (35)前言随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O接口集成在一块芯片上，形成了芯片级的计算机，而单片机就是这种微型计算机。

《机电控制工程技术参考答案》作业一：“双坐标数控工作台系统”项目研发计划书及系统方案设计姓名：学号：班级：2011-04-23目录一、项目研发目的 (1)二、项目研发目标和要求 (1)2.1目标 (1)2.2要求 (1)三、项目系统方案设计 (2)3.1系统原理分析 (2)3.2驱动机构 (2)3.3传动机构 (3)3.4导向支撑机构 (4)3.5执行和连接机构 (4)3.6电机选择 (5)3.7传感器的选择 (6)3.8控制系统 (7)3.8.1 控制方式 (7)3.8.2 硬件的选择 (7)四、研发难点 (8)五、项目研发计划 (8)5.1研发分工 (8)5.2项目进度计划 (8)六、项目经费预算 (9)七、附录 (10)项目计划书一、项目研发目的机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。

未来机电一体化将向智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、系统化发展。

“双坐标数控工作台系统”正是在这样的大背景下产生的，通过对这个项目的策划、设计、实施、分析总结，能够在很大程度上培养学生的机电工程技能，增强学生分析解决问题、动手实践的能力，培养工程化思想，体现了“PBL”教学理念。

为了培养学生的实际动手能力及对以前学过知识的综合运用能力，特设计此题目。

综合运用机械原理、机械设计、电子技术、机械控制、传感技术设计双坐标数控工作台的总体方案。

以“任务牵引”、“问题驱动”、“开放性”、“实践性”等一系列步骤提高学生解决实际问题的能力。

二、项目研发目标和要求2.1目标研发一台教学型双坐标数控工作台系统，作为机电控制工程课程的实验教学平台。

在X—Y水平面用笔模拟运动轨迹，能够控制双坐标数控工作台绘制直线、圆弧等图形，精度在1mm左右。

2.2要求（1）自由度：2个（加上笔架运动为3个）；（2）驱动：X轴和Y轴分别采用直流伺服电机和步进电机两种驱动方式，步进电机采用开环控制，直流伺服电机半闭环控制；（3）工作台大小≤450×450mm2，有效行程在200mm以内；（4）定位精度1mm；（5）速度≤1mm/s;（6）负载<=200N;（7）两轴均可实现正负限位。

摘要如今，由于工作台操作简单，精度高，能够满足一般生产需求。

正因为如此，所以它广泛应。

本文主要研究的是两维步进单片机控制工作台的控制部分。

主要的任务就是用单片机实现两个步进电机的正反转和速度的控制。

本控制系统可以由键盘输入运行的步数，由LED 管显示，信号经单片机转换，采用软件对信号进行环形分配，利用光电隔离器进行光电隔离，经功率放大器进行信号的放大，用放大的信号来驱动步进电机的运行。

由各个功能键控制系统的运行，按启动键后，步进电机按照输入的步数进行走步；如在运行期间按停止键，则步进电机停止运行。

工作台的两头都有行程开关，如果超出了极限位置，行程开关闭合，步进电机停止转动，并且蜂鸣器报警。

关键词：工作台；步进电机；单片机AbstractNowadays, The workbench is easy to operate, the precision is high, and it can meet the generally production demand . Just because of this,so it is widely used.Main research of this paper is that the part of control of the two-dimension stepping single-chip microcomputer control workbench. The main task is to realize two stepping motor’s rotating positive and negatively and control of pace with single-chip microcomputer. The running steps are input by keyboard in this control system, displayed by the LED tube. The signal is transformed by single-chip microcomputer . The signal Loop allotter is achieved by software. The photoelectricity seclusion is achieved by Electro-optical disconnector. The signal is enlarged by power Amplifier. Then the signal can run the stepping motor. The system’s run is controlled by functional keys. Stepping motor will run to the given steps if the “start”key is pressed. Meanwhile, stepping motor will stop if the “stop”key is pressed. There are limit switches on the two heads of the workbench, if the workbench go beyond the terminal position, the limit switch is off, the stepping motor will be stop at once, and the buzzer scream.Keywords workbench stepping motor single-chip microcomputer1 绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2工作台的发展现状与方向 (1)1.3本课题研究的范围和意义 (3)1.4步进电机的发展现状 (3)1.5单片机的发展现状 (4)2 控制系统的总体设计 (6)2.1系统总体方案 (6)2.2机械系统 (6)2.3 控制系统设计 (6)2.3.1接口设计 (6)2.3.2控制方案的选择 (7)2.3.3伺服系统设计 (7)3 控制系统的设计方案 (8)3.1 硬件系统设计 (8)3.1.1系统的硬件结构 (8)3.1.2步进电机 (8)3.1.3微处理器的选择 (15)3.1.4键盘操作的接口电路设计 (17)3.1.5显示部分操作的接口和电路设计 (21)3.1.6 报警电路的设计 (24)3.1.7 单片机与PC机的通信 (25)3.1.8系统的抗干扰设计 (26)3.2 软件系统设计 (28)3.2.1 软件结构设计 (28)3.2.2系统的程序流程 (29)结论 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录................................................................................................................. 错误!未定义书签。

摘要：本文主要介绍一种以89C51微处理器为中心的两轴伺服定位系统的设计与实现。

关键词：伺服定位;DAC2813;增量编码器;单片机一、引言两轴伺服定位有多种实现方法，如步进电机系统，交、直流伺服系统等。

本文介绍一种价格低、功能强的小功率两轴伺服定位系统。

该系统采用单片机作为中心控制器，角度位置数据采用价格低廉的增量编码器获得，并且两轴的增量编码器信号可以很方便地同时接入单片机中，形成闭环控制;选用一种双路D/A变换器直接控制两轴的机械运动，除了基本的控制之外，单片机还需要处理必要的键盘输入与数据送显，这使得单片机本身的资源、功能得到了充分的利用与发挥。

二、系统的设计与实现图1 系统原理框图如图1所示，系统主要由单片机、双路D/A变换器、功率驱动放大器、电机和测速机、减速器、增量编码器和一些结构部件等组成。

工作时通过终端(键盘)给单片机指令，经D/A 变换后给功率放大器驱动直流电机运转。

电机速度用同轴安装的测速机检测;负载的位置用增量编码器测量，并反馈回计算机，从而形成一个闭环控制系统。

2.1 单片机的选择由于考虑到程序空间、数据空间需求可能都比较大，单片机选用W78E58-40M，它兼容89C52系列，片上可以提供32KB的程序空间，同时晶振可以高达40MHz，数据存储器采用32KB现代HY62256，在管脚上兼容常用的6264。

在电路中，单片机可以通过跳线选择是80C31或W78E58，数据存储器也可以由跳线选择62256或者6264。

这样设计大大增加了系统的灵活性与适应性。

2.2 双路D/A变换器为了简化系统设计，决定采用BB公司的DAC2813双路D/A变换器作为两轴机械转动的控制接口芯片，DAC2813的两路D/A分别有各自的使能信号-EN1、-EN2。

-ENX信号在-WR 的协同下，将DB0到DB11的数据写入到内部的输入锁存器当中，为了能够将写入的数据进行D/A转换，还必须送来一个信号-LDAC，该信号在-WR的协同下将输入锁存器的数据打入到DAC锁存器当中，在该锁存器中的数据才被进行D/A转换。

目录一、项目研发目的 (2)二、项目研发目标 (2)三、项目研发要求 (2)四、项目系统方案设计 (3)1.原理 (3)2.机构选择 (3)3.驱动装置 (4)4.传感器的选择 (4)5.控制系统 (4)五、项目研发分工 (5)六、项目进度计划 (5)七、项目研发难点分析 (5)八、项目经费预算 (6)一、项目研发目的机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。

是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。

20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。

一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。

同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。

在这一时代背景下教学型双坐标数控工作台系统的开发，作为机电控制工程技术课程的实验教学平台将对学生们的对于本课程的学习有很大的帮助，并能够在很大程度上培养学生的机电工程技能，增强学生分析解决问题、动手实践的能力，培养工程化思想。

二、项目研发目标研发一台教学型双坐标数控工作台系统，该系统可以实现用笔在水平面上描绘工作台运动轨迹图案，在X-Y平面上模拟运动轨迹模仿数控加工工程，模拟精度为1mm。

三、项目研发要求1) 自由度：2个（加上笔架运动的自由度为3个）；2) 驱动：X轴和Y轴分别采用直流伺服电机和步进电机两种驱动方式，步进电机采用开环控制，直流伺服电机半闭环控制；3) 工作台大小≤450×450mm2，有效行程在200mm以内；4) 定位精度1mm；5) 速度≤1mm/s;6) 负载<=200N;7) 两轴均可实现正负限位。

基于单片机的二维数控实验台的设计与实现摘要本设计结合机电一体化课程教学环节需要，设计用单片机作为控制系统的X-Y工作台。

通过论述X-Y工作台机械结构设计和控制电路接口设计,阐述了机电一体化设计中的共性和关键技术.基于单片机二维数控系统是以单片机为主体，二维数控实验平台为核心的系统。

主要应用单片机作为控制核心，LED点阵显示芯片与数控系统相结合的系统。

充分发挥了单片机的性能。

其优点硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。

该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,是控制技术的最简单的应用.它充分的利用了单片机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.系统设计是利用AT89S51单片机,及27128,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在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.其基本思想是:通过单片机控制使电机运动从而实现工作台的移动。

关键词：X—Y工作台；单片机；机电一体化设计NC-based single-chip two-dimensional test-bed designand implementationAbstractThe combination of mechanical and electrical design aspects of the integration of teaching needs, the design of control systems with single-chip microcomputer as the XY table. XY table through on the design of mechanical structure and control interface circuit design, mechanical-electrical integration on the design of the common and key technologies.Two-dimensional numerical control system based on single-chip based on single-chip microcomputer as the main body, the experimental two-dimensional numerical control system as the core platform. The main application of single-chip microcomputer as control core, LED dot matrix display system chips with a combination of CNC system. Give full play to the single-chip performance. Advantage of simple hardware circuit, software functions, the control system reliable and cost-effective features such as high, with a certain degree of use and reference value.The system design is an open-loop control system, its simple structure, convenient and can realize. Sure. Reduce cost, is the most simple control technology application. It fully utilize the MCU software and hardware function to realize the control of machine tools, Machine processing expanded, accuracy and reliability is further improved.System design is to use 27128,6264，AT89S51 and memory and 8155 chips, hardware composition in the control system of the hardware written procedures to achieve certain processing function. The basic idea is: through the single-chip microcomputer control make motor sports so as to realize the worktable moving.Key words: X-Y table; singlechip; mechatronics design目录第1章绪论………………………………………………………………………… .11.1课题意义 (1)1.2课题研究主要内容 (1)第2章机械系统设计 (2)2.1设计参数的确定 (2)2.2 总体方案设计 (2)2.2.1传动部件的选择 (3)2.2.2控制系统的设计 (3)2.2.3步进电机的选用 (4)2.2.4滚珠丝杠的设计计算 (5)2.2.5滚动导轨的参数确定 (7)2.2.6 滚动轴承选型…………………………………………………… .82.2.7 滚动导轨刚度及预紧 (9)2.2.8步进电机惯性负载的计算 (9)第3章控制系统设计 (11)3.1 硬件配置 (11)3.2 总体接口设计 (17)3.2.1键盘设计 (17)3.2.2 显示器设计............................................................... .19 3.3 步进电机驱动电路和工作原理 (22)3.4总体程序控制 (23)第4章基于单片机的二维数控实验台的实现 (26)4.1 搭建单片机电路 (26)4.2 调试程序 (27)4.3 单片机控制完成，实现功能要求 (28)总结 (29)致谢 (30)参考文献 (31)第1章绪论1.1课题意义二维数控实验平台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,是控制技术的最简单的应用.它充分的利用了单片机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.1.2课题研究主要内容二维数控实验平台系统设计是利用AT89S51单片机,及27128,6264存储器及8155芯片等硬件组成,在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.其基本思想是:通过单片机控制使电机运动从而实现工作台的移动。