ft??f0p?
m式中，ft—极限起动频率；
?f0p?m—步进电动机的最高起动频率。
M?Ml00.4?2.6330.4N?cm?65.825N?cm
q3.4.2 步进电动机的确定
q电动机选用三相六拍工作方式，查表3—1知: M所以，步进电动机最大静转矩M Mjmax/Mjmax?0.866 。
为：
jmax?Mq0.866N?cm?76.01N?cm
步进电动机最高工作频率为：
fmax?vmax60?p?200060?0.005HZ?3333.3HZ
根据上述计算数值故选用110BF003型直流步进电动机，能满足使用要求。
第四章 CW6163卧式车床微机数控系统设计
4.1微机数控系统硬件电路的设计内容
单片机微机数控系统硬件电路设计由以下四部分内容组成： 一、绘制系统电器控制的结构框图
根据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路的总体方案，绘制系统电气控制的结构框图。
机床硬件电路由以下五部分组成： （1）主控制器：即中央处理单元（CPU）；
（2）总线：包括数据总线、地址总线和控制总线； （3）存储器：包括程序存储器和数据存储器； （4）接口：即I/O输入/输出接口电路；
（5）外围设备：如键盘、显示器及光电输入机等。见图4—1
图4—1 CW6163卧式车床数控系统硬件框图（开环系统）
二、选择中央处理单元CPU应考虑的因素
（1）时钟频率和字长，这个指标将控制数据处理的度； （2）可扩展存储器的容量；
（3）指令系统功能，影响编程灵活性；
（4）I/O口扩展的能力，即对外设控制的能力；
（6）应用场合、控制对象对各种参数的要求，以及经济价格比的要求。 三、存储器扩展电路设计
存储器扩展电路设计应该包括程序存储器和数据存储器的扩展。程序存储器主要用于储存数控系统程序，而数据存储器用于存放用户加工程序，为保护用户加工程序，数据存储器必须有掉电保护功能。
在选择程序存储器芯片时，要考虑CPU和EPROM时序的匹配，还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量等问题。经济型数控机床的程序存储器和数据存储器的容量一般在64K左右。
在存储器扩展电路的设计中还应包括地址锁存器和译码电路的设计。 四、I/O接口电路设计
应包括接口芯片的选用，步进电动机控制电路、键盘显示电路以及其他辅助电路的设计。例如，复位电路，越界报警电路，掉电保护电路等。
4.2 8031单片机硬件电路设计
MCS—51系列单片机主要有三种型号：8031、8051和8751。三种型号的引脚
完全相同，仅在内部结构上有少数差异。8031片内无ROM，适用于需扩展ROM，可在现场修改和更新程序存储器的应用场合，其价格低，使用灵活，非常适合在我国使用。此次设计使用的是8031芯片。 一、8031芯片引脚的选择
8031芯片具有40根引脚，其引脚图，如图4—2所示 1.电源引脚（2条）
Vcc：编程和正常操作时的电源电压，接 5V。 Vss：低电平。 2.时钟引脚（2条）
XTAL1：振荡器的反向放大器输入。使用外部振荡器时必须接地。
XTAL2：振荡器的反向放大器输出和内部时钟发生器的输入。当使用外部振荡器时用于输入外部震荡信号。
图4—2 8031芯片引脚图
3.I/O口引脚
I/O口引脚共有P0、P1、P2、P3四个8位口，32根I/O线。P0.0—P0.7（AD0—AD7）是端口0的引脚。端口0是一个8位漏极开路的双向I/O端口。在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位的地址线和8位双向的数据端口；P1.0—P1.7 是端口1的引脚，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O通道，专供用户使用；P2.0—P2.7（A8—A15）是端口2的引脚。端口2是一个带内部上
拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址A8—A15； P3.0—P3.7 是端口3的引脚。端口3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，该口的每一位均可独立地定义第一I/O口功能或第二I/O口功能。 4.控制引脚（4条）
（1）PSEN：程序存储器的使能引脚，是外部程序存储器的选通信号，低电平有 效。从外部程序存储器取数时，在每个机器周期内二次有效。
（2）EA/VPP：EA为高电平时，CPU执行内部程序存储器的指令。EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器的指令。
（3）ALE/PROG：ALE是地址锁存器使能信号。作为地址锁存允许时高电平有效。ALE主要是提供一个定时信号，在从外部程序存储器取指令时，把P0口的低位地址字节锁存到外接的地址锁存器中。
（4）RST/VPD：是复位/备用电源端。在振荡器运行时，使RST引脚至少保持两个机器周期为高电平，可实现复位操作，复位后程序计数器清零。 二、8031芯片内部的存储器结构及地址分配 8031芯片内部无程序存储器，只有256字节的数据存储器，地址从00H—7FH。其地址分配如图4—3所示：
图4—3 8031芯片存储器结构
8031芯片内部256字节的空间被分成两部分，其中内部数据存储器（RAM）地址为00H—7FH，特殊功能寄存器（SFR）的地址为80H—FFH。
在内部数据存储器中的00H—1FH为四个工作寄存器区，其中： 0区 00H—07H 1区 08H—0FH 2区 10H—17H 3区 18H—1FH
每个区都有8个8位寄存器R0—R7。可以用来暂存运算的中间结果，以提高运算速度。其中的R0和R1还可以用来存放8位地址。要确定采用哪个工作寄存器区，可通过标志寄存器PSW中的RS0、RS1两位来指定。
从20H—2FH是“位寻址”空间。在此空间中，CPU既可对其执行按字节操作，又可对其中每个单元的8位二进制代码执行按位的操作。
从30H—7FH是可以按字节寻址的数据缓冲区，在此区域中可以设置堆栈。由于8031复位后堆栈指针SP指向工作寄存器区（即SP=07H），所以用户必须在初始化程序中对SP设置30H以后的地址区间为初值。
8031芯片内部设有程序存储器，且仅有128字节的数据存储器，因而再组成控制系统时可根据需要扩展外部程序存储器和外部数据存储器。由于地址线是16位的，故最多能扩展64KB程序存储器和64KB数据存储器，其地址均为
0000H—FFFFH，即程序存储器和数据存储器为独立编址；因此EPROM和RAM的地址分配比较自由，编程时不必考虑地址冲突问题。 三、特殊功能寄存器
8031芯片内的特殊功能（SFR）是用于对内各功能模块进行管理、监视的控制寄存器和状态寄存器。是一个具有特殊功能的RAM区，其地址为80H～FFH。这些特殊功能寄存器的地址分配见表4—4：
表4—4 特殊功能寄存器名称及地址 标识符 名称 地址 ACC 累加器 OEOH B B寄存器 OFOH PSW 程序状态字 ODOH SP 堆栈指针 81H DPTR 数据指针（包括DPH和DPL） 83H和82H P0 口0 80H P1 口1 90H P2 口2 OAOH P3 口3 OBOH IP 中断优先级控制 OB8H IE 允许中断控制 OA8H TOMD 定时器/计数器方式控制 89H TCON 定时器/计数器控制 88H T2CON 定时器/计数器2控制 OC8H THO 定时器/计数器0（高位字节） 8CH TLO 定时器/计数器0（低位字节） 8AH TH1 定时器/计数器1（高位字节） 8DH TL1 定时器/计数器1（低位字节） 8BH