机电一体化系统设计
实 验 指 导 书
周 慧 编撰
湖南工程学院机电教研室
2007.9
1 《执行元件的驱动控制及接口》实验
1.1实验目的
1．掌握软件脉冲分配工作原理。
2．设计简单的软件脉冲分配模拟验证电路。
1.2 实验原理
在机电一体化系统中，最常用的执行元件是步进电动机。而步进电动机的运转控制是通过对电动机绕组分配通、断电来完成的，即使用一组脉冲序列来控制电动机绕组的通、断电。当改变脉冲序列的频率时，可以改变绕组通、断电的时间，即改变步进电动机的运转速度。CPU根据轨迹控制要求，产生控制脉冲并启动或终止执行元件的工作。
利用开关模拟启/停控制功能；利用修改定时参数实现变速功能；利用电平变换实现通、断电控制；通过改变通、断电顺序实现电动机旋转方向的控制。
1.3实验设备与涉及的基本电路
1．设备
AEDK5196实验机；PC机。 2．芯片及基本电路
CPU（8031）；译码器（74LS138）；并行接口（8255、74LS273、74 LS244）；驱动器（74LS240）。彩色灯电路；单色灯电路；定时器；开关电路；地址锁存电路；地址确认电路等。
3．验证参考电路
选择不同执行元件和控制元件，软件脉冲环行分配的验证电路有所不同。当不设开关控制环分演示时，可按图1-1所示模式设计验证显示电路。当设置开关控制时，可按图1-2所示模式设计验证显示电路。
8031 驱动器 a)?8031 地址 锁存 地址 译码 I/O 接口 b)?图1-1 环行分配模拟显示电路结构方案Ⅰ 演示模块 驱动器 演示模块
开关 8031 驱动器 a)?演示模块 8031 地址 锁存 地址 译码 b)?I/O 接口 驱动器 开关 演示 模块 图1-2 环行分配模拟显示电路结构方案Ⅱ
1
无开关控制的模拟显示参考电路参见图1-3、1-4、1-5所示，有开关控制的模拟显示参考电路参见图1-6 、1-7所示。
Q7 Q6 Q5 Q2 Q1 Q0 E3 E2 E1 C B A 74LS373 P2 ALE D7 D0 G 74LS138 +5V 330×8??Y7 8031 P0 D0 EA G 74LS373 CS 1Y4 Q7 Q0 A4 A1 D7 D0 74LS240 D7 74LS273 1Y1 2Y4 2Y1 图1-3 PO口模拟环行分配控制电路
Q7 Q6 Q5 Q2 Q1 Q0 E3 E2 E1 C B A
74LS373 P2 ALE D7 D0 G 74LS138 +5V Y0 330×8??8031 P0 D0 EA G Q1 A0 A1 74LS373 CS A7 A0 A4 A1 1Y4 74LS240 D7 Q2 8255 1Y1 2Y4 D7 D0 2Y1 图1-4 8255 PA口模拟环行分配控制电路 +5V 330×8??
+5V P1.2 P1.1 8031 P1 74LS240 P1.0 8031 P3.2 100??K1 P3.3 K2 EA 100??图1-5 P1口模拟环行分配控制电路
图1-6 由P1、P3构建的模拟环行分配控制电路? 2
Q7 Q6 Q5 Q2 Q1 Q0 E3 E2 E1 C B A +5V 330×8??74LS373 P2 ALE D7 D0 G 74LS138 1Y4 Y0 A4 A1 74LS240 8031 P0 D0 EA G Q1 A0 A1 1Y1 2Y4 74LS373 D7 Q2 CS PA7 PA0 2Y1 D7 D0 8255 100??PB7 PB6 K1 K2 100??+5V 图1-7 8255 PA口、PB口模拟环行分配控制电路
1.4实验步骤
1．设计脉冲环形分配模拟电路
按三相、四相或五相步进电机的控制模式，根据指导教师分配的实验任务，在表1-1中选择模拟电路的配置方案，设计脉冲环形分配模拟电路。
提示：设计模拟电路图时，可参考《单片机原理与接口》实验指导书提供的基本电路，绘制所需的模拟电路。
2．设计脉冲环形分配程序
按照单三拍、双三拍、单双混拍供电方式，设计一种脉冲环形分配程序。其中，包括控制方式（无开关、有开关、中断）程序段；延时程序段；数据处理程序段；模拟演示程序段。
3．录入并修改程序
通过PC机输入已编写好的程序，并汇编作语法检查做适当修改，使其符合自己实验所涉及的控制要求。
表1-1 模拟电路配置方案一览表 控制方案 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 软件 Ⅴ Ⅵ 延时 1s 硬件 延时 1s 三相环分 PO口－彩色灯 P3口－彩色灯 P1口－彩色灯 PI口－开关 PO口－彩色灯 PI口－开关 PO口－彩色灯 P3口－开关 8255 PA－彩色灯 8255 PB－开关 四相环分 P1口－彩色灯 PO口－彩色灯 P3口－单色灯 P1口－开关 8255 PC－彩色灯 P3口－开关 P1口－彩色灯 8255 PC－开关 8255 PA－彩色灯 PI－开关 五相环分 8255 PB－单色灯 P3口－单色灯 PO－单色灯 P1－开关 P3口－单色灯 PI口－开关 8255 PB－单色灯 8255 PC－开关 PO－单色灯 8255 PA－开关 3
4．检查实验装置
检查AEDK实验机的实际工作状态，打开机箱电源，按 RESET 键，检查数码管显示器显示状态是否正常。通过PO口、74LS240驱动器、单色或彩色灯，检查所使用导线是否导通。通过单色或彩色灯、导线连接开关，检查开关的开、合状态。
5．观察软件环形分配结果
按设计好模拟电路接线，随后合上AEDK实验机的电源，再将调试好的程序传至单片机，并全速运行该程序，观察运行情况，及时记录出现的问题。
1.5实验要求与报告
1．严格按操作步骤的顺序操作，接线前，先测试连线的导通状态，然后断电连线。 2．接线完成后，先自查两遍，再请实验指导老师检查一遍，方可通电。 3．不允许随意通电，或拆装实验装置。
4．记录实验调试过程中出现的问题，以及解决的方法。 5．撰写实验报告：
（1）实验目的、实验设备、实验原理； （2）环形分配模拟电路接线图； （3）环形分配控制程序流程框图； （4）环形分配控制程序清单；
（5）简述实验中遇到的问题及解决方法； （6）实验结论及实验体会。
1.6 实验参考资料
1．延时参数的计算 （1）软件延时
假设：AEDK实验机的晶体振荡频率为fOSC=11.0592MHz，需要延时0.2s，采用双重计数循环来延时，则延时程序中的时间参数应按下列方法确定。
MOV
LP1： LP2：
MOV NOP NOP DJNZ DJNZ RET
direct1，#n1 direct2，#n2
；2T ；2T ；1T ；1T ；2T ；2T ；2T
direct2，LP2 direct1，LP1
① 估算延时程序的最大定时长度
t = 2T＋[2T＋(1T＋1T＋2T) n2＋2T] n1 = 4T[1＋(1＋n2)n1]
1212?10?6? (s)、n1= n2=256时，程序循环次数最多，定时时间最长。 当T?fOSC11.0592t?tmax
4?12?10?6? ??1??1?256??256? ? 0.285559 (s)
11.05924
② 相对精确计算延时参数
∵ t = 4T[1＋(1＋n2)n1] = 0.2（s）
t0.2?11.05926?1?10?1460794?12∴ n2?4T ?1 ??1 ??1
n1n1n1循环参数计算值参见表1-2.所示。
表1-2 循环参数取值一览表 n1 n2 256 178.996 249 185.056 245 187.077 235 195.081 230 199.343 179.295 256 讨论：当n1=256、n2=178.996时，圆整后取n2=179，循环误差最小，但为“超时”误差。当n1=249、n2=185.056时，圆整后取n2=185，循环误差次之，并产生“欠时”误差。在考虑其它程序语句对定时控制的影响时，可以选用有“欠时”误差的循环参数。否则，选用误差最小的循环参数。
（2）硬件延时
假设：利用定时器T0或T1提供的基本定时、计数功能，完成所需要的延时长度。实际应用时可参考下列做法进行。
设T0——定时器，T1——计数器.，均按方式1计数。 ① 估算T0、T1共同作用时最大定时长度 T0独立完成定时任务时，可产生的延时量为
t0?216?Z0? ?216???12 fOSC?612?10?0.071111 (s) 11.0592
当T0、T1的计数器初值TLi0 = 0、THi0 = 0时，通过T0、T1共同作用可获得最长的定时。即
t?N1?t0?216?Z1?216?Z0?1616????12 fOSC12?10?6 ?2?2??4660.338 (s) ?77.672296 (min) ?1.294538 (h)11.0592式中：t——总时间；N1——T1 的最大计数值；t0——T0 的最长定时量；
Z1——计数器T1的计数初值；Z0——定时器T0的计数初值。 ② 相对精确计算延时参数
设置0.5s的定时时钟，T0提供50 ms的基本时钟、T1提供10次的循环定时操作，则T0、T1的计数器初值分别为
t?fOSC50?10?3?11.0592?10616Z0?2? ?2??46080?B400H
121216Z1 = 216－10=65526=FFF6H
即：TL0 = 00H、TH0 = 0B4H；TL1 = 0F6H、TH1 = 0FFH。 ③ T0、T1的初始化参考程序 方式控制字格式参见表1-3。
5
表1-3 T0、T1方式字格式 T1 D7 GATE 0 初始化程序：
MOV MOV MOV MOV MOV CLR SETB SETB
┆
TT0:
CLR JNB MOV MOV SETB CLR JNB CLR CLR （1）PO口
P3.0 TF0，TT0 TL0，#00H TH0，#0B4H P3.0 TF0 TF1，TT0 TR0 TR1
D6 C/T 1 D5 M1 0 D4 M0 1 D3 GATE 0 D2 T0 D1 M1 0 D0 M0 1 C/T 0 TMOD = 51H，P3.0接P3.5（T1计数脉冲输入端）。
TMOD，#51H TL1，#0F6H TH1，#0FFH TL0，#00H TH0，#0B4H P3.0 TR1 TR0
用查询方式判断T0、T1的工作情况。当TF1=1时，约定的延时时间到。其程序段为
2．并行接口的选用及初始化
当PO口采用一般I/O口接口芯片74LS273、并通过地址译码器74LS138选择接口地址时，没有接口的初始化问题，只需使用片外寻址方式对PO口进行操作即可。
例如：输入用“MOVX （2）8255芯片
8255A有两个控制字：工作方式控制字、C口置位控制字。
工作方式控制字的作用：设置端口PA、PB、PC的工作模式，是三个8位I/O口，还是四个I/O口，是单向口还是双向口等。其控制字格式如表1-4所示。
表1-4 8255方式字格式 A，@DPTR”，输出用“MOVX @DPTR，A”。
D7 标志位 1 D6 D5 D4 I/O（A口） D3 D2 0、1 D1 I/O（B口） D0 I/O（C下） 口A组方式 00、01、10 I/O（C上） B组方式 口输入1/输出0 输入1/输出0 输入1/输出0 输入1/输出0 8255芯片用基本输入/输出工作模式时，初始化仅涉及芯片工作方式控制字的设置。
例如：PA口——输入、接开关，控制系统启动/停止操作；PB口——输出，接指示灯，模拟状
6
态。其控制字为： 1 0 0 0 × 0 1 × =82H，初始化程序：
MOV
A，#82H
MOVX @DPTR，A
C口置位控制字的作用：设置端口PA、PB在选同方式或双向方式下所需控制线的初始状态，其控制字格式如表1-5所示。
表1-5 8255 PC口工作方式控制字格式 D7 标志位 0 D6 × D5 × D4 × D3 D2 000～111 D1 D0 位初值 复位0/置位1 未定义（一般取0） PC口位选择编码 3．三相步进电动机脉冲环行分配参考程序 （1）基本实验条件
=00 为单三拍；
① 20H单元寄存脉冲分配与电机旋向模式：20H.1、20H.0 =11 为双三拍；
=10 为混拍。
20H.7=0——为正转；20H.7=1——为反转。 ② 单三拍、双三拍、混拍环分控制字参见表1-6所示。
表1-6 三相步进电动机脉冲环行分配控制字表 电机转向 正转 反转 0FEH 0FEH 单三拍控制字 0FDH 0FBH 0FBH 0FDH 混拍控制字 正转 反转 0FEH 0FEH 0FCH 0FAH 0FDH 0FBH 0F9H 0F9H 0FBH 0FDH 0FAH 0FCH 0FCH 0FAH 双三拍控制字 0F9H 0F9H 0FAH 0FCH ③ P3.2——K1停止开关；P3.3——K2启动开关。 ④ 定时器：T0，基本时间50 ms。
⑤ 计数器：R7——通电循环计数器；R3——延时循环计数器。
⑥ 寄存器：DPTR——数表指针；SP——堆栈指针；R0——脉冲值偏移量。
⑦ 模拟灯的连接：P1.0——DG1（或DR1）；P1.1——DG2（或DR2）；P1.2——DG3（或DR3）。 （2）参考程序
ORG LJMP ORG
START：
MOV MOV MOV
WAIT1：
SETB JB
CONTINUE： WAIT：
0000H START 0100H SP,#60H
；设置堆栈指针
；设置定时器T0，方式1 ；脉冲数据表指针
；若停止开关合上，则结束脉冲分配 ；P3口置读数状态
7
TMOD,#01H DPTR,#TAB P3.2
P3.2,WAIT1 P3,#0FFH
MOV
NEXT：
DFZ： LOOP1：
SFZ：
LOOP2：
HFZ：
DISPLAY：LOOP4： HERE：
JS：
JNB P3.3,WAIT MOV A,20H
ANL A,#03H JNZ LOOP1 JB 20H.7,DFZ MOV R0，#0H MOV
R7,#3
JB P3.2，JS MOV A，R0 MOVC A，@A+DPTR MOV P1，A LCALL DISPLAY
INC R0
DJNZ R7，NEXT AJMP
CONTINUE MOV R0，#03H SJMP NEXT
JNB ACC.0，LOOP2 MOV R7，#3 JB 20H.7，SFZ
MOV R0，#06H SJMP
NEXT MOV R0，#09H SJMP
NEXT
MOV R7，#6 JB 20H.7，HFZ
MOV R0，#0CH AJMP
NEXT MOV R0，#12H AJMP
NEXT
MOV R3，#20
MOV TH0，#4BH MOV TL0，#00H SETB TR0 JNB TF0，HERE
CLR TF0 CLR TR0 DJNZ R3，LOOP4 RET
SJMP
JS
；若启动开关未合上，则等待启动
；启动脉冲分配，取脉冲分配模式值，A ←（20H） ；保留脉冲分配模式值，即保留最低两位待查 ；脉冲分配模式为双三、混拍时转至LOOP1处 ；20H.7=1电机反转，转“单反转”程序DFZ ；单三拍，电机正转，置脉冲数表偏移量初值 ；单三拍循环计数器
；查询有无电机停止信号，有则停机 ；取脉冲数表偏移量 ；读取脉冲分配值 ；输出脉冲分配值 ；延时1s
；脉冲数表按“＋1”修正 ；若三拍循环未完，则进入下一拍
；若三拍循环结束，则继续测试电机的运行状态 ；单三拍反转脉冲数表偏移量初值 ；转入脉冲分配操作
；当Acc .0=0时脉冲分配为混拍方式，转LOOP2处理 ；Acc .0=1时脉冲分配为双三拍，置双三拍循环计数器 ；20H .7=1时为双三拍反转，转“双反转SFZ”处理 ；置双三拍正转脉冲数表偏移量初值 ；转脉冲分配操作
；置双三拍反转脉冲数表偏移量初值 ；转脉冲分配操作 ；置混拍循环计数器初值
；20H .7=1时为混拍反转，转“混反转HFZ”处理 ；置混拍正转脉冲数表偏移量初值 ；转脉冲分配操作
；置混拍反转脉冲数表偏移量初值 ；转脉冲分配操作
；延时子程序，t=20×50ms=1s，R3循环计数器初值 ；时间常数，定时50ms ；启动定时器T0
；查询50ms是否延时已到 ；50ms时间到后，清除中断标志 ；关闭定时器T0
；若1s的延时未到，将继续延时 ；延时1s到后返回 ；脉冲分配结束
8
TAB： DB 0FEH,0FDH,0FBH,0FEH,0FBH,0FDH DB 0FCH,0F9H,0FAH,0FAH,0F9H,0FCH DB 0FEH,0FCH,0FDH,0F9H,0FBH,0FAH DB 0FEH,0FAH,0FBH,0F9H,0FDH,0FCH END
；单三拍正、反转脉冲分配值 ；双三拍正、反转脉冲分配值 ；混拍正转脉冲分配值 ；混拍反转脉冲分配值
2 《检测传感器及微机接口》实验
2.1 实验目的
1．掌握位置传感器的工作原理。
2．掌握A/D转换芯片0809与单片机的接口方法。 3．了解A/D转换芯片0809转换性能及接口编程方法。 4．学会使用单片机进行数据采集与处理。
2.2 实验原理
位置测量传感器通常是利用电参数的变化来表示被测器件当前位置的。采用旋移电位器，改变其电压来模拟被测器件的位移状态。利用模/数转换装置A/D，采集并处理来自电位器模拟的现场数据。由CPU对采集来的数据进行可视化处理，通过指示灯亮灯的数量来模拟被测器件的实际位置。
ADC0809为逐次逼近式8位A/D转换器，28条引脚，双列直插式封装，能转换8路模拟量，转换时间大约100?s，AEDK5196实验机A/D转换器的基本电路如图2-1所示。其中，
（1）引脚IN0～IN7为模拟量输入端，用来接8路被测模拟信号； （2）D0～D7为数据线，输出经A/D转换后的结果；
（3）A、B、C为模拟通道选择线，形成编码选择采集模拟量输入通道； （4）ALE为地址锁存允许，有效时确认ADC0809模拟量采集通道； （5）START为A/D转换信号，有效时进行A/D转换；
（6）EOC为转换结束信号，采用中断控制A/D转换时，可选其作为中断请求信号； （7）OE为输出允许信号，有效时允许A/D转换结果从D0～D7输出。
图2-1 A/D转换接口电路
ADC0809模拟通道由A、B、C所连接的地址线决定，一般情况C、B、A接单片机地址总线的低三位，也可以接其它地址线。AEDK5196实验机的A、B、C线接系统地址总线的A3、A2、A1。
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因此，通道地址由片选CS地址和A、B、C编码地址两部分组成，即CS值加上地址总线A1、A2、A3的值，参见通道的选择表2-1。
表2-1 模拟通道一览表 C B A状态 选择的模拟通道 通道地址 000 IN0 CS+0 001 IN1 CS+2 010 IN2 CS+4 011 IN3 CS+6 100 IN4 CS+8 101 IN5 CS+A 110 IN6 CS+C 111 IN7 CS+E 例如：CS接8100H，选择通道IN3，则通道地址为CS+6，即8106H。
实验时模拟量输入由电位器W1提供，电位器的一端接地（已接好），另一端+VREF接VCC（+5V），通过调节电位器W1可以向ADC0809提供0～+5V的模拟电压。转换后的8位数字量，通过系统的数据总线输出。若A/D转换后的数字量，输出至发光二极管便可直接观察A/D转换后的结果。通过A/D转换结束信号EOC，启用中断系统，经过反相后接外部中断INT0（P3.2），在中断服务程序中读A/D转换结果，可以提高单片机的工作效率。
2.3 实验设备与涉及的基本电路
1．设备
AEDK5196实验机；PC机；数字电表。 2．芯片
CPU（8031）；A/D转换器（0809）；电位器（W1）；地址译码器（74LS138）；并行接口（8255、74LS273）；驱动器（74LS240）。
3．基本电路
彩色灯电路；单色灯电路；定时器；地址锁存电路；地址确认电路等。
2.4 实验内容
1．采集与显示方案的设计
以CPU主控器，选择A/D数据转换装置、单色或彩色灯为模拟显示装置、电位器为位移信号采集装置，另加地址确认部分，形成一个信号采集与显示控制系统，连线方案可参考图2-2设计。
2．模拟量采集电路的设计
选择8031为主控芯片，模拟量采集选用ADC0809，信号采集选用电位器W1，采集电路可参照图2-3设计。要求：模拟输入通道基本地址为8200H（即IN0）；随机采集位移信号；完成A/D转换后能产生中断请求信号。
CPU 地址 锁存 地址 译码 AB?CB?A/D 接口 I/O 接口 传感器 驱动器 演示 模块 DB?图2-2 信号采集方案示意图
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74LS373 P2 D0 G ALE WR RD Q2 Q1 Q0 C B A 74LS138 D7 Q7 Q6 Q5 E3 E2 E1 Y2 W1 G D7 8031 P0 74LS373 ＆ Q1 Q2 Q3 A B C OE STR ALE +5V?IN7 IN0 ＆ D0 D7 D0 0809 1k?+VREF?W1（1k）?EA INT0 EOC 图2-3 模拟传感器采集控制电路
3．设置转换结果显示电路
选用并行接口（8255或74LS273）作为A/D转换结果的模拟输出口，利用驱动器74LS240驱动单色灯或彩色灯进行模拟显示，转换结果显示电路可参照图2-4设计。
P2 ALE D0 G Q7 Q6 Q5 Q2 Q1 Q0 E3 E2 E1 C B A 74LS373 74LS138 D7 8031 P0 Y7 CS +5V 330×8??74LS373 G D7 D0 74LS273 Q7 Q0 EA D7 D0 图2-4 PO口模拟A/D转换结果显示电路 74LS240
4．编写数据采集与显示程序
参照框图2-5编写传感器采集数据程序。主要功能为：读取模拟量并转换为数字量，数字量大小与指示灯点亮数成正比，循环检测，随机显示。
2.5 实验步骤
1．检查导线、指示灯是否能正常工作。 2．测量电位器的电压变化，并记录。 3．编写程序，并录入程序。 4．汇编程序，将其传送至单片机。 5．按设计的电路连线
6．运行程序，旋动W1，观察LED灯L1～L8的变化情况。
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开 始 中断入口 初始化： 灯亮控制字表首地址——TAB； 指示灯口地址——8200H； A/D转换器口地址——870×H； A/D转换结束标志初值——R0=0 中断源——INT0、启动中断系统工作。 处理转换结果→A÷31 指向数表首地址 合成地址并取亮灯控制字 启动A/D转换 送显示 等待中断 置处理完标志R0=1；开放中断系统 NR0=1？ 中断返回 Y 重置标志R0=0 指向A/D通道；取转换结果→A 关闭中断系统 指向A/D通道地址 图2-5 A/D转换与处理流程框图
2.6 实验要求与结论
1．根据程序流程框图，编写A/D转换程序，并对程序进行注释。
2．画出实验所涉及器件连接原理图，弄清各接口芯片的含义以及使用方法。
3．整理实验记录，撰写实验报告，主要内容为：实验原理、设备、步骤；模拟传感器采集与数据处理硬件接线图、控制程序（应调试通过）等。
4．思考实验中存在的问题，并对本实验提出自己的改进意见。
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实验3 交流伺服电机单轴定位控制实验
3.1 实验目的
1．学习和掌握交流伺服系统的使用方法。
2．学习和掌握交流伺服电机单轴定位控制程序的设计方法。
3.2 实验内容
本实验的内容是进行交流伺服电机单轴定位控制。首先让Y轴回原位，然后使Y轴反向移动50mm。图3-1为伺服驱动系统示意图 。
图3-1 伺服驱动示意图
3.3、实验步骤
1．学生根据图3-2接线，为安全起见，伺服电机和驱动器的主控电路以及PLC外围的继电器KA3、接触器KM3输出线路已接好。
2．征得老师同意后，合上断路器QF1和QF3。 3．将面板上“工作方式”旋钮旋至“点动”。 4．输入PLC程序，然后运行。
5．按“启动”按钮，接触器KM3的主触头闭合，伺服电机得电，延时2秒输出Y4 ，使伺服电机准备好。
6．按“正向”或“反向”按钮，将Y轴移动至原位和正极限之间。
7．按“复位”按钮，使伺服电机驱动Y轴回原位，读取此时指针指向的标尺位置A。 8．将面板上“工作方式”旋钮旋至“自动”，Y轴反向移动50mm，读取此时指针指向的标尺位置B。
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9．按“停止”按钮，接触器KM3的主触头断开，驱动器断电。
图3-2 交流伺服电机单轴定位控制实验接线图
3.4 实验说明及注意事项
1．为避免Y轴发生碰撞而损坏，应确保前极限和后极限有效。将前极限的一端接至交流伺服电机的输入端8，另一端接41；将后极限一端接至交流伺服电机的输入端9，另一端接41！
2．本实验的交流伺服电机的型号为MSMA042A1G，它每接受2500个脉冲即旋转一圈，并带动丝杆旋转一圈。丝杆的导程为4mm。
DPLSY”是以指定的频率产生定量脉冲的指令，其使用方法如下： 3．脉冲输出指令“
X10 DPLSY S1 指定频率 （Hz） S2 总脉冲数 （PLS） D Y0或Y1
其中： * S1为指定频率，设定范围为：2—20000Hz。
* S2为总脉冲数，设定范围为：1—2，147，483，647 PLS（因为DPLSR 为32
位运算指令）。如果S2设为0，则脉冲持续产生。
* D的规定：（1）只能为Y0或Y1；
（2）PLC一定为晶体管输出型。
* X10置为ON时，输出开始，当X10置为OFF时，输出中断，再度置于ON时， 从初始动作开始运行（在脉冲持续产生时： X10置为ON，Y000或Y001变为
14
ON；X10置为OFF，Y000或Y001变为OFF）。
3.5 实验用仪器工具
PC 机 1台 PLC 1台 RS232电缆线 1根 断路器（QF1、QF3） 2个 接触器（KM3） 1个 继电器（KA3） 1个 伺服电机（MSMA042A1G） 1台 驱动器（MSMA043A1A） 1台
3.6 实验前的准备
预习实验报告，并画出PLC控制程序梯形图。
3.7 实验报告要求
1．画出PLC梯形图，并写出指令代码。 2．计算并分析实验结果。
3.8 思考题
1．试简述Y轴回原位的动作顺序。
2．影响交流伺服电机定位精度的主要因素是什么？
3．如果要Y轴移动60mm，交流伺服电机需接受多少个脉冲？
4．图2-15所示的伺服驱动单轴位置控制系统属于下列的那一种：开环位置控制系统、闭环位置控制系统、半闭环位置控制系统？
4《加工中心结构与控制系统剖析》实验
4.1 实验目的
1．掌握加工中心的工作原理及控制特点。 2．熟悉加工中心的基本结构和控制功能。 3．了解加工中心的加工测量范围与工艺特点。 4．了解加工中心常用的刀具、夹具、附件。
4.2 实验原理
通过对加工中心的现场观察与操作，找出加工中心的控制规律，结构特点，运动形式。
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4.3 实验设备与实验条件
1．实验设备
欧玛加工中心；标准50刀柄；简易组合夹具；对刀杆等。 2．实验条件
若干把标准刀具；对刀仪；虎钳以及若干常用工具等。
4.4 实验步骤
1．了解欧玛加工中心常用的刀具、夹具、附件的种类及其使用方法，欧玛加工中心工艺特点和加工范围。
2．欧玛加工中心机械结构的观察与记录，并徒手绘制主要执行件的传动系统图。
【提示】：主要观察机床的整体布局；三维坐标系统；主轴及主轴箱；刀库等重要结构的特征、功能。
表4-1 欧玛加工中心机械结构的观察记录表
序号 1 2 3 4 5 6 7 观察项目 X轴 坐统标Y轴 系Z轴 主传动 系统 刀库 部件名称 部件特征、功能 （1）主系统传动图 （2）进给系统传动图 （3）辅助系统传动系统图
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3．数控装置基本功能剖析。主要观察CNC在编辑状态下提供的基本功能，并一一记录。 【提示】仔细观察实验指导老师的演示操作过程，主要观察参数的输入、修改、存储；加工程序输入、存储、调用；操作区域的划分与使用等人机交互界面的设置形式，以及内容的配置情况（徒手绘制界面图）。
表4-2 编辑状态基本功能观察记录表
序号 1 2 3 4 5 观察项目 操作过程 录入 修改 存储 调用 录入 修改 存储 其它 程序操作参6 作数操7 8
4．主轴及主轴箱功能剖析。调用已存的加工程序，并开动机床自动运行，观察主轴的运动情况。或手动操作主轴系统，观察主轴的运动控制情况，并记录。
【提示】：观察数控装置的变化、主轴及主轴箱的运动情况：上下、旋转、停止等运动的速度与位置控制；喷淋冷却与中孔冷却的执行部件及其控制。
表4-3 主轴及主轴箱功能观察记录表 序号 观察项目 执行部件 运动控制 操作过程 1 2 3 4 5 6 7 其它 回转运动 上下运动 Vmax Vmin 位置精度 nmax nmin 位置精度 5．刀库系统功能剖析。调用已存的加工程序，并开动机床自动运行，观察刀库运动情况。或手动操作刀库系统，观察其运动控制情况，并记录。
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图4-1 编辑界面分布记录图
【提示】：观察数控装置在换刀过程的变化、刀盘转位控制、刀库进退移动及定位控制，刀库与主轴的协调运动控制等。
表4-4 刀库功能观察记录表
序号 观察项目 执行部件 1 2 3 4 5 6 7 8 其它 回转运动 进退运动 运动控制 V平均 前进极限 后退极限 n平均 位置精度 n平均 位置精度 操作过程 6．工作台功能剖析。手动操作工作台或调用已存程序，按自动运行方式驱动工作台运动。 【提示】：观察数控装置在工作台手动方式或自动方式下的变化；工作台的驱动方式；运动范围；运动速度；结构尺寸；承载能力；精度等级等。
表4-5 刀库功能观察记录表
序号 观察项目 执行部件 1 2 3 4 5 6 7 8 其它 回转运动 进退运动 运动控制 V平均 前进极限 后退极限 n平均 位置精度 n平均 位置精度 操作过程 7．机床操作面板功能剖析。观察加工中心的各种工作方式，并记录其控制特点。 【提示】：观察数控装置在机床选择自动运行方式、手动运行方式、步进运行方式。
表4-6 机床控制面板功能观察记录表
序号 观察项目 执行部件 1 2 3 4 5 6 7 8 9 其它 手动运行 进给运动 自动运行 进给运动 主运动 主运动 运动控制 nmin nmax Vmin Vmax nmin nmax Vmin Vmax 显示屏幕数据变化特点 操作过程 4.5 实验要求与报告
1．严格按实验室的操作规程进行，聆听指导老师的讲解，观看其演示操作，记录操作过程及出现的各种变化。在适当的实验期间与指导老师交谈，询问不解的问题和自己感兴趣的专业问题。
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2．不允许拆装实验装置和损坏实验设备，以及其它实验装置与工具。
3．记录实验设备的独立单元控制内容、关联单元协调控制关系，以及调试过程中出现的问题和解决该问题的方法。
4．撰写实验报告
（1）认真填写实验观察项目。
（2）描述独立单元控制内容（主轴箱、工作台、刀库、CNC装置）。 （3）绘制相关单元协调动作控制流程框图。 （4）绘制加工中心简易传动关系图。
（5）对加工中心的结构、控制特点做一个简单的概述。并发表观察感想。
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