X-Y数控工作台设计说明书(最终版)

1 、设计任务 (2)

2、总体方案的确定 (2)

2.1 机械传动部件的选择 (2)

2.2 控制系统的设计 (3)

2.3 绘制系统组成框图 (3)

2.4 绘制机械传动系统简图 (3)

3、机械传动部件的计算与选型 (4)

3.1 脉冲当量的确定 (4)

3.2 导轨上移动部件的重量估算 (4)

3.3 传动部件、导向部件的设计、计算和选用 (4)

3.3.1 铣削力的计算 (4)

3.3.2 直线滚动导轨副的计算与选型 (4)

3.3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (5)

3.4 步进电动机减速箱的选用 (7)

3.5 步进电动机的计算与选型 (7)

3.5.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J eq (7)

3.5.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T (8)

eq

3.5.3 步进电动机最大静转矩的选定 (10)

3.5.4 步进电动机的性能校核 (10)

4、控制系统硬件设计 (11)

4.1 根据任务书的要求，设计控制系统的时主要考虑以下功能： (11)

4.2 数控系统的组成 (11)

4.3 CPU 的选择 (11)

4.4 驱动系统 (12)

4.4.1 步进电机驱动电路和工作原理 (12)

4.4.2 步进电机驱动电源选用 (13)

4.5 其它辅助电路设计 (14)

5、控制系统的软件设计 (15)

5.1 接口程序初始化 (15)

5.2 步进电机驱动程序 (15)

5.2.1 电机的控制电路原理及控制字 (15)

5.2.2 电机正反转及转速控制程序 (15)

5.3 圆弧插补程序的设计 (17)

5.3.1 逐点比较法 (17)

5.3.2 程序设计 (17)

参考文献 (20)

1 、设计任务

设计一个数控X-Y 工作台及其控制系统，该工作台可安装在铣床上，用于铣削加工。设计参数如下：设计最大铣刀直最大铣削最大铣削加工工作台加工最大移动

分组材料速度

径Φmm 宽度a e 深度a p 范围（mm）

2 20 mm 8 mm 5 mm 碳钢X=250，Y=180 3m/min

其它参数：根据设计要求，初令立铣刀齿数Z=3；X，Y方向的脉冲当量0.01 /

x y mm 脉冲；X，Y 方向的定位精度均为0.02 mm。

2、总体方案的确定

2.1 机械传动部件的选择

（1）导轨副的选用

要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、

安装预紧方便等优点。

（2）丝杠螺母副的选用

伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.01mm 的脉冲当量和0.02 mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度

高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。

（3）减速装置的选用

选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。为此，本设计决定采用无间隙齿轮传动减速箱。

（4）伺服电动机的选用

本设计中的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有

3m / min 。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可

以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。

（5）检测装置的选用

伺服系统实现位置伺服控制有开环、闭环、半闭环 3 种控制方式。开环控制的伺服系统存在着控制

精度不能达到较高水平的基本问题，但是步进电机具有角位移与输入脉冲的严格对应关系，使步距误差不会积累；转速和输入脉冲频率严格的对应关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大小、

环境条件的波动而变化的特点。并且步进电机控制的开环系统由于不存在位置检测与反馈控制的问题，

结构比较简单，易于控制系统的实现与调试。并且随着电子技术和计算机控制技术的发展，在改善步进电机控制性能方面也取得了可喜的发展。因此，在一定范围内，这种采用步进电机作为驱动执行元件的

开环伺服系统可以满足加工要求，适宜于在精度要求不很高的一般数控系统中应用。虽然闭环、半闭环控制为实现高精度的位置伺服控制提供了可能，然而由于在具体的系统中，增加了位置检测、反馈比较

及伺服放大等环节，除了在安装调试增加工作量和复杂性外，从控制理论的角度看，要实现闭环系统的良好稳态和动态性能，其难度也将大为提高。为此，考虑到在普通立式铣床上进行改造，精度要求不是很高，为了简化结构，降低成本，本设计采用步进电机开环伺服系统。

考虑到X、Y两个方向的加工范围接近，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机，以及检测装置拟采用相同的型号与规格。

2.2控制系统的设计

（1）、设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位，两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统设计成连续控制型。

（2）、对于步进电动机的开环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89S51作为控制系统的CPU，能

够满足本设计给定的相关指标。

（3）、要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还要扩展程序存储器，数据存储器、键盘与显示

电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。

（4）、选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。

2.3绘制系统组成框图

图2-1

2.4绘制机械传动系统简图

-2

图2-2

工作载荷F max365N0.365k N。

查[1]表3-41，根据工作载荷F max0.365k N，初选直线滚动导轨副的型号为KL系列的JSA-LG15

型，其额定动载荷7.94

C kN，额定静载荷C0a9.5kN。

a

本设计规定的工作台加工范围为250mm×180mm，考虑工作行程应留有一定的余量，查[1]表3-35，

按标准系列，选取导轨的长度为580mm。

（2）距离额定寿命L的计算

上述选取的KL系列的JSA-LG15型导轨副的滚道硬度为60HRC，工作温度不超过100℃，每根导轨

上配有两只滑块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查[1]表3-36~表3-40，分别取硬度系数

f 1.0、温度系数f T 1.00、接触系数f C0.81、精度系数f R0.9、载荷系数f W 1.5，代[1]

H

式（3-33），得距离寿命：

f f f f C

H T C R a 3

L()5059083km

f F

W max

远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。

3.3.3滚珠丝杠螺母副的计算与选型

（1）最大工作载荷F的计算

m

如前面所述，在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行）

F477N，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直）F109N，受到垂直方向的载

x

y

荷（与工作台面垂直）F z165N。

已知移动部件总重量G800N，按矩形导轨进行计算，查[1]表3-29，取颠覆

力矩影响系数K=1.1，滚动导轨上的摩擦因数0.005。求得滚珠丝杠副的最大工

滚珠丝杠

螺母副的作载荷：

F KF F F

G 1.14770.005165109800N530N m x z y 型号为济宁博特精

（2）最大动载荷F的计算

Q 密丝杠制造有限公

设工作台在承受最大铣削力是的最快进给速度v400mm/min，初选丝杠导程司生产的

G系列P4mm，则此时丝杠转速n v/P h100r/min。

h

1604— 3

型

取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入 6

L060nT/10，得丝杠寿命系数

L090（单位为： 6

10r）

查[1] 表3-30 ，取载荷系数 f 1.2，滚道硬度为60HRC时，取硬度系数f H 1.0 ，代入[1] 式（3-23 ），

W

求得最大动载荷：

F 3 L f f F N

0 2850 Q

W H m

（3）初选型号

根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查[1] 表3-31 ，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司

生产的G系列1604—3 型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为16mm，导程为4mm，

循环滚珠为 3 圈× 1 列，精度等级取 5 级，额定动载荷为4612N，大于F，满足要求。

Q

（4）传动效率η的计算

将公称直径d0 16mm，导程P h 4mm，代入arctan P h / d0 ，得丝杠螺旋升角

'

4 33 。将摩擦角

'

=10 ，代入tan / tan( ) ，得传动效率96.4% 。

（5）刚度的验算

1）X-Y 工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推—单推”的方式，见附图“X-Y 数控工作台装配图”。丝杠的两端各采用一对推力角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为

a 560mm；钢的强性模量 5

E 2.1 10 MPa ；查[1] 表3-31 ，得滚珠直径D w 2.381mm，丝杠底

径d2 13.1mm，丝杠截面积 2 2

S d2 / 4 134.78mm 。

忽略[1] 式（3-25 ）中的第二项，算得丝杠在工作载荷F作用下产生的拉/ 压变形量

m

5

1 F m a / (ES) 530 560 / (2.1 10 134.78) mm 0.0105mm。

2 ）根据公式Z ( d0 / D w ) 3，求得单圈滚珠数Z 21；该型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数×

列数为3×1，代入公式：Z Z 圈数列数，得滚珠总数量Z 63。丝杠预紧时，取轴向预紧力

F F / 3 177 N。则由[1] 式（3-27 ），求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2 0.0013mm 。

YJ m

因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3 ，所以实际变形量可减小一半，取 2 0.00065 m m。3）将以上算出的 1 和 2 代入总 1 2 ，求得丝杠总变形量（对应跨度560mm）

总0.01115mm 11.15 m 。

本设计中，丝杠的有效行程为330mm，由[1] 表3-27 知，5 级精度滚珠丝杠有效行程在315~400mm 时，行程偏差允许达到25 m ，可见丝杠刚度足够。

（6）压杆稳定性校核

根据[1]公式（3-28）计算失稳时的临界载荷F。查[1]表3-34，取支承系数f k1；由丝杠底径

k

d213.1mm，求得截面惯性矩4 4

I d2/641445.62m m；压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水

平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值560mm。代入[1]式（3-28），得临界载荷3185

F N，

k

远大于工作载荷530

F N，故丝杠不会失稳。

m

综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。

3.4步进电动机减速箱的选用

为了满足脉冲当量的设计要求，增大步进电动机的输出转矩，同时也为了使滚珠

步进电动丝杠和工作台的转动惯量折算到电动机转轴上尽可能地小，今在步进电动机的输出轴

机减速箱上安装一套齿轮减速箱。采用一级减速，步进电动机的输出轴与小齿轮联接，滚珠丝

的型号为杠的轴头与大齿轮联接。其中大齿轮设计成双片结构，采用[1]图3-8所示的弹簧错

常州市新

月电机有齿法消除侧隙。

限公司生已知工作台的脉冲当量x y0.01mm/脉冲，滚珠丝杠的导程P h4mm，产的JBF 初选步进电动机的步距角 1.5。根据[1]式（3-12），算得减速比：

—3型i(P h)/(360)(1.54)/(3600.01)5/3

本设计选用常州市新月电机有限公司生产的JBF—3型齿轮减速箱。大小齿轮模数均为1mm，齿数

比为60:36，材料为45调质钢，齿表面淬硬后达55HRC。减速箱中心距为60361/2mm48mm

小齿轮厚度为20mm，双片大齿轮厚度均为10mm。

3.5步进电动机的计算与选型

3.5.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量J

eq

已知：滚珠丝杠的公称直径d016m m，总长l560mm，导程P h4mm，材

料密度3 3

7.8510kg/cm；移动部件总重力G800N；小齿轮宽度步进电动机

的型号为常

b120m m，直径d136mm；大齿轮宽度b220m m，直径d260mm；传动比

州宝马集团

i5/3。公司生产的90BYG2602，

如[1]表4-1所示，算得各个零部件的转动惯量如下：

四相八拍驱

滚珠丝杠的转动惯量

43 4

L R567.85100.8

2

J0.283k g cm；

s

2 2

动时步距角

为

1.5

托板折算到丝杠上的转动惯量

P20.42 2

h

J()m()800.324kg cm；w i

2 2

小齿轮的转动惯量

43 4

L R27.8510 1.8

2 J0.259k g cm；z

1

2 2

大齿轮的转动惯量

43 4

L R27.8510 3

2 J 1.998kg cm。z

2

2 2

初选步进电动机型号90BYG2602，为四相混合式，由常州宝马集团公司生产，四相八拍驱动时步距

角为1.5，从[1]表4-5查得该型号电动机转子的转动惯量 2

J4kg cm。

m

则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：

z P 5

1h

222 2

J J J()J J m()40.259()(1.9980.2830.324)11.50kg cm

eq m z z s i

1 2

z2 3

2

3.5.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩T

eq

分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。

（1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩T

eq1

由[1]式（4-8）可知，T包括三部分：一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速

eq1

转矩T amax；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩T；还有一部分是滚珠丝杠预紧

f

后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据[1]式（4-12）可知，

T相对于T a max和T f很小-，可以忽略不计。则有：

T T T

eq1a max f

根据[1]式（4-9），考虑传动链的总效率，计算快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速

转矩：

T a max 2J n 1

eq m 60t

a

式中

n m——对应空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为r/min；

t——步进电动机由静止到加速至n m转速所需的时间，单位为s。

a

其中：

n m v max 360

式中v——空载最快移动速度，本设计指定为3000mm/min；

max

——步进电动机步距角，预选电动机为 1.5；

——脉冲当量，本设计中x y0.01mm/脉冲。

将以上各值代入[1]式（6-15），算得n m1250r/min。

设步进电动机由静止到加速至n转速所需时间t a0.4s，传动链总效率0.7。则由[1]式

m

（6-14）求得：

4

211.50101250

T N m0.54N m

a max

600.40.7

由[1]式（4-10）可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为：

T f (F G)P

z h 2i

式中——导轨的摩擦因数，滚动导轨取0.005；

F——垂直方向的铣削力，空载时取0；

z

——传动链总效率，取0.7。

则由[1]式（6-16），得：

0.005(0800)0.004

T N m0.002N m

f

20.75/3

最后由[1]式（6-13），求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩：

T1T max T0.542N m

eq a f

（2）最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩T

eq2

由[1]式（4-13）可知，T包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩

eq2 T；t

一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩T；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电

f

动机转轴上的附加摩擦转矩T。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据[1]式（4-12）可知，T0相对于T a max

和T很小-，可以忽略不计。则有：

f

T T T

eq2t f

其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩T由[1]式（4-14）计算。本设计中在对滚珠丝杠

t

进行计算的时候，已知沿着丝杠轴线方向的最大进给载荷477

F N，则有：

x

F P

f h

4770.004

T N m0.26N m t

2i20.75/3

再由[1] 式（4-10 ）计算垂直方向承受最大工作载荷（165

F N ）情况下，移动部件运动时折算

z

到电动机转轴上的摩擦转矩：

(F G)P 0.005 (165 800) 0.004

z h

T N m 0.003 N m

f

2 i 2 0.7 5 / 3

最后由[1] 式（6-18 ），求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩为：

T 2 T T 0.263 N m

eq t f

经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为：

T max T ,T 0.542N m

eq eq1 eq2

3.5.3 步进电动机最大静转矩的选定

考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据T来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本设计

eq

取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：

T max 4T 4 0.542 N m 2.168 N m

j eq

上述初选的步进电动机型号为90BYG2602，由[1] 表4-5 查得该型号电动机的最大静转矩

T max 6N m。可见，满足[1] 式（6-20 ）的要求。

j

3.5.4 步进电动机的性能校核

（1）最快工进速度时电动机输出转矩校核

设工作台最快工进速度v max f 400mm/ min ，脉冲当量x y 0.01mm / 脉冲，由[1] 式（4-16 ）

求出电动机对应的运行频率f max f 400 / 60 0.01 Hz 667Hz 。从90BYG2602电动机的运行矩频

特性曲线即下图可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩T max f 5.8N m，远远大于最大工作负载

转矩T 2 0.263N m，满足要求。

eq

图3-1 90BYG2602 步进电动机的运行矩频特性曲线

（2）最快空载移动时电动机输出转矩校核

本设计给定工作台最快空载移动速度v max 3000mm / min ，仿照[1] 式（4-16 ）求出电动机对应的运行频率

f max 3000 /60 0.01 Hz 5000Hz 。从上图查得，在此频率下，电动机的输出转矩

T max 3.8 N m ，大于快速空载起动时的负载转矩T 1 0.542N m，满足要求。

eq

（3）最快空载移动时电动机运行频率校核

与最快空载移动速度v max 3000mm / min 对应的电动机运行频率为f max 10000Hz 。查[1] 表

4-5 可知90BYG2602电动机的空载运行频率可达20000Hz ，可见没有超出上限。

（4）起动频率的计算

已知电动机转轴上的总转动惯量 2

J 11.50kg cm ，电动机转子的转动惯量

eq

2

J 4kg cm ，电动m

机转轴不带任何负载时的空载起动频率f q 1800Hz （查[1] 表4-5）。则由[1] 式（4-17 ）可以求出步

进电动机克服惯性负载的起动频率：

f

q

f 914 H z

L

1 J / J

eq m

上式说明，要想保证步进电动机起动不失步，任何时候的起动频率都必须小于914Hz 。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100Hz （即100脉冲/ s）。

综上所述，本设计中工作台的进给传动选用90BYG2602步进电动机，完全满足设计要求。

4、控制系统硬件设计

4.1 根据任务书的要求，设计控制系统的时主要考虑以下功能：

（1）接收键盘数据，控制LED显示

（2）接受操作面板的开关与按钮信息；

（3）接受车床限位开关信号；

（4）控制X，Z 向步进电动机的驱动器；

4.2 数控系统的组成

数控系统的硬件电路由以下几部分组成：

1、主控制器。即中央处理单元CPU

2、总线。包括数据总线，地址总线，控制总线。

3、存储器。包括只读可编程序存储器和随机读写数据存储器。

4、接口。即I/O 输入输出接口。

4.3 CPU 的选择

从要设计的系统来看，选用较老的8051 单片机需要拓展程序存储器和数据存储器，无疑提高了设

计价格，而选用高性能的16 位MCS-96又显得过于浪费。生产基于51 为内核的单片机的厂家有Intel 、ATMEL、Simens，其中在CMOS器件生产领域ATMEL公司的工艺和封装技术一直处于领先地位。ATMEL公

司的AT89系列单片机内含Flash 存储器，在程序开发过程中可以十分容易的进行程序修改，同时掉电

也不影响信息的保存；它和80C51 插座兼容，并且采用静态时钟方式可以节省电能。

因此硬件CPU选用AT89S51，AT表示ATMEL公司的产品，9 表示内含Flash 存储器，S 表示含有串

行下载Flash 存储器。

AT89S51的性能参数为：Flash 存储器容量为4KB、16 位定时器 2 个、中断源 6 个（看门狗中断、

接收发送中断、外部中断0、外部中断1、定时器0 和定时器 1 中断）、RAM为128B、14 位的计数器WDT、I/O 口共有32 个。

复位电路

晶振电路隔离放大X向步进

电机

EPROM

芯片

2764

CPU 并行接

口芯片

8255 隔离放大Y 相步进

电机

AT89S51

单片机SRAM

芯片6264 隔离放大

限位开关

信号

键盘与显

操作面板开关/按钮信号

示接口芯

片

图4-1 控制系统原理框图

4.4 驱动系统

传动驱动部分包括步进电机的驱动和电磁铁的驱动，步进电机须满足快速急停、定位和退刀时能快速运行、工作时能带动工作台并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度运行。在定位和退刀时

电磁铁吸合使绘笔抬起，绘图时能及时释放磁力使笔尖压下。

4.4.1 步进电机驱动电路和工作原理

步进电机的速度控制比较容易实现，而且不需要反馈电路。设计时的脉冲当量为0.01mm，步进电机每走一步，工作台直线行进0.01mm。

步进电机驱动电路中采用了光电偶合器，它具有较强的抗干扰性，而且具有保护CPU的作用，当功放电路出现故障时，不会将大的电压加在CPU上使其烧坏。

图4-2 步进电机驱动电路图

该电路中的功放电路是一个单电压功率放大电路，当 A 相得电时，电动机转动一步。电路中与绕

组并联的二极管D起到续流作用，即在功放管截止是，使储存在绕组中的能量通过二极管形成续流回路

泄放，从而保护功放管。与绕组W串联的电阻为限流电阻，限制通过绕组的电流不至超过额定值，以免电动机发热厉害被烧坏。

由于步进电机采用的是四相八拍的工作方式，其正转的通电顺序为：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A，其

反转的通电顺序为：A-DA-D-CD-C-BC-B-AB-A

4.4.2 步进电机驱动电源选用

设计中X、Y 向步进电动机均为90BYG2602型，选择与之匹配的驱动电源为BD28Nb型，输入电压为100VAC，相电流为4A，分配方式为四相八拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图

图4-3 BD28Nb 驱动电源的接线图

4.5 其它辅助电路设计

（1）AT89S51的时钟电路

单片机的时钟可由内部方式产生，内部方式利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1，XTAL2引脚上外接定时元件。

MCS-51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器得输入端为芯片引

脚XTAL1，输出端为引脚XTAL1。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电路，就构成一个稳定的自激

振荡器。

如下图所示

图4-4 时钟电路

（2）复位电路

单片机的复位电路都是靠外部电路实现，在时钟电路工作后，只要在RESET引脚上出现10ms 以上高电平，单片机便实现状态复位，以后单片机便从0000H 单元开始执行程序。

图4-5 复位电路

复位引脚RST通过一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2, 施密特触发器输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。

5、控制系统的软件设计

5.1 接口程序初始化

a、8255A 初始化程序

INTT: MOV DX, 8255A 控制端口

MOV AL, 86H

OUT DX, AL

MOV AL, 05H

OUT DX, AL

b 、40H类型中断服务程序

MOV DX, 8255A

IN AL, DX

IRET

5.2 步进电机驱动程序

5.2.1 电机的控制电路原理及控制字

节拍控制字

通电相

正转反转二进制十六进制

1 8 A 00000001 01H

2 7 AB 00000011 03H

3 6 B 00000010 02H

4 5 BC 00000110 06H

5 4 C 00000100 04H

6 3 CD 00000101 05H

7 2 D 00000110 06H

8 1 DA 00000111 07H

表5-1

设电机总的运行步数放在R4，转向标志存放在程序状态寄存器用户标志位F1（D5）中，当F1 为0 时，电机正转，为 1 时则反转。正转时P1 端口的输出控制字01H,03H,02H,06H,04H,05H 存放在片内数据存

储单元20H~27H中，28H中存放结束标志00H，在29H~2EH的存储单元内反转时P1端口的输出控制字

01H,05H,04H,06H,02H,03H, 在2DH单元内存放结束标志00H。

5.2.2 电机正反转及转速控制程序

图5-2 步进电动机的控制程序框图PUSH A ；保护现场

MOV R4, #N ；设步长计数器

CLR C ；

ORL C, D5H ；转向标志为 1 转移

JC ROTE ；

MOV R0, #20 ；正转控制字首址指针AJMP LOOP ；

ROTE: MOV R0, #27H ；反转控制字首地址LOOP: MOV A, @R0 ；

MOV P1, A ；输出控制字

ACALL DELAY ；延时

INC R0 ；指针加 1

MOV A, #00H ；

ORL A, @R0 ；

JZ TRL ；

LOOP1: DJNZ R4, LOOP ；步数步为0 转移

POP A ；恢复现场

RET；；返回

TPL: MOV A, R0 ；

CLR A ；

SUBB A, #06H ；

MOV R0, A ；恢复控制字首指针

AJMP LOOP1 ；

DELAY: MOV R2, #M ；

DELAY1: MOV A, #M1 ；

LOOP: DEC A ；

JNZ LOOP ；

DJNZ R2, DELAY1 ；

RET；

5.3 圆弧插补程序的设计

5.3.1 逐点比较法

逐点比较法的圆弧的插补计算过程和直线插补过程基本相同，也分为偏差判别、坐标进给、偏差

计算和终点判别四个步骤。不同点在于：（1）偏差计算公式步进与前一点偏差有关，还与前一点的坐标有关，在计算偏差的同时要进行坐标计算。（2）终点的判别是以一个方向的坐标值与终点坐标值相比较

判断其是否相等为判据。若X e Y ，则以X是否等于

e X 作为终点判据；若X e Y e ，则以Y是否e

等于Y作为终点判据。

e

第一象限逆圆弧

插补程序算法如图：

图5-3 第一象限逆圆插补程序框图

5.3.2 程序设计

和直线插补程序设计一样，也在内存中开辟存储单元用以存放有关数据。在RAM数据区分别存放懂点坐标X和Y，其初始值为起点坐标值，其后依据坐标计算结果而变化，存放终点坐标值X e ，Y e 以

及存放偏差F飞存储单元。

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