第4章 机械部件的设计与校核
如图（4-4）所示：具体尺寸参数如下：
d1=8mm；d2=4mm；L=50mm；D0=40mm；额定转矩70N.M；圆锥销8?40；圆锥销
4?40
4.4.2 联轴器圆锥销的校核
由于联轴器最小直径圆锥销都是4mm，所以本次设计只校核受力最大的即可。 圆锥销主要受横向剪切力的作用而失效，校核公式为：
?? 式中：
2000T???? （4-7） 2?dD D——圆锥销的平均直径，mm。 T——所传递的转矩，N.m。 D——轴径，mm。
???——销的许用剪切应力，对于45号钢一般取80MPa 其中，T=40N.m；d=4.5mm；D=19mm，所以：
??200T2000?40??66.185MPa???? （4-8） 22?dD??4.5?19所以校核合格。
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第5章 控制系统介绍与选择
机器人具有多个自由度，每个自由度一般包括一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。这种多变量的控制系统，一般要用计算机来实现。因此，控制系统在本次设计中非常重要。本次设计选择单片机控制系统，控制系统总体设计框图如图5-1所示：
图5-1 控制系统总体框图
5.1 单片机最小系统
由于单片机体积小，价格便宜且具有高稳定性和很强的抗干扰能力，因此本次设计控制芯片选择8051单片机。单片机最小系统一般由单片机、复位电路、震荡电路等组成，由于本次设计使用8051单片机，所以以8051最小系统为例介绍单片机最小系统。8051单片机最小系统硬件电路图如图5-2所示。
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第5章 控制系统介绍与选择
图5-2 51单片机最小系统电路图
5.1.1 8051单片机介绍
8051单片机的片内结构如图6-3所示。8051单片机是把那些作为控制应用所必须的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成：
1. 微处理器CPU 2. 数据存储器RAM 3. 程序存储器ROM/EPROM
4. 4个8位并行I/O口（P0口P1口P2口P3口） 5. 1个串行口
6. 2个16位定时器、计数器 7. 中断系统
8. 特殊功能寄存器（SFR）
上述各功能部件是通过片内单一总线连接而成， 如图6-3所示。 图6-3中各功能部件的功能如下：
(1) CPU微处理器 8051单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和微处理器两大部分。只是增加了面向控制的处理功能，不仅可以处理字节数据，也可以进行位变量的控制。
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(2) 数据存储器 片内为128B，片外最多可外扩64KB。数据存储器来存储单片机运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。片内的128B的RAM，以高速RAM形式集成在的单片机内，可以加快单片机的运行速度，而且这种结构还可以降低单片机的功耗。
(3) 程序存储器 用来存储程序，为4K 的ROM，最多可外扩至64KB。 (4) 中断系统 具有5个中断源，2级中断优先权。
(5) 定时器/计数器 片内有2个16位的定时器/计数器，具有4种工作方式。 (6) 串行口 1个全双工的的串行口，具有4种工作方式。可用来进行串行通信，扩展并行I/O口。
(7) P1口、P2口、P3口、P0口 为4个并行8位I/O口。
(8) 特殊功能寄存器SFR 特殊功能寄存器共有21个，用于CPU对片内各功能部件进行管理、控制、监视。实际上片内各功能部件的控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。
8 8 程序存储器 CPU XTAL1 P1 XTAL2 RESET ALE PSEN EA 8 8 运算器 控制器 串 行 口 定时器 计数器 P3 数据存储器 RAM 特殊功能寄存器SFR P0 P2 ROM/EPROM
图 5-3 8051单片机片内结构
5.1.2 复位电路
单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机
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第5章 控制系统介绍与选择
是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。 复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。
（1）上电复位：STC89系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。
（2） 按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。 5.1.3 振荡电路
单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。 在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
8051使用12MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。
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