三维雕刻机的刀头控制系统设计.docx

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1、三维雕刻机的刀头控制系统设计摘要三维雕刻机的刀头控制系统是三维雕刻机控制的主要核心，它控制系统的性能直接关系着三维雕刻机的加工质量和加工效率，对雕刻机的性价比有着重要的影响。本论文在对三维雕刻机的刀头系统的结构原理和功能实现进行分析的基础上，提出一个以STC89C52单片机为处理器的控制系统解决方案，充分利用STC89C52单片机处理器的高速运算能力，大大减少了系统的外围接口器件，有效的降低系统成本。同时对整个系统的硬件开发作了详细说明。电源的选型及设计、16021CD液晶显示模块及键盘的应用设计、电机的驱动电路设计等。软件部分包括应用程序的设计，应用程序的设计包括设备驱动程序、液晶显示、键盘

2、操作、电机控制等。同时利用仿真软件对系统设计进行仿真和调试。关键词：运动控制系统；STC89C52；驱动电路Abstract3Dcarvingmachinecontro1systemofthecuttingtoo1sof3Dengravingmachineascontro1core,theperformanceofthecontro1systemof3Dcarvingmachinehasac1osere1ationshipwiththemachiningqua1ityandefficiency,andhasanimportantinf1uenceforengravingmachineprice

3、.Inthispaperthethree-dimensiona1carvingmachinesystemstructureprincip1eandfunctionoftherea1izationofthecuttingtoo1s,onthebasisofana1ysis,putforwardaSTC89C52sing1e-chipmicrocomputerastheprocessorcontro1systemso1utions,makefu11useofthehigh-speedcomputingpowerofSTC89C52sing1echipprocessor,great1yreduces

4、thesystem,speriphera1interfacedevices,effective1yreducethesystemcost.A1soi11ustratesindetai1thehardwaredeve1opmentofthewho1esystem:thepowerofse1ectionanddesign,theapp1icationof16021CD1iquidcrysta1disp1aymodu1eandkeyboarddesign,motordrivecircuitdesign,etc.Softwarepartinc1udesthedesignoftheapp1ication

5、,thedesignoftheapp1icationinc1udingdevicedrivers,1iquidcrysta1disp1ay,keyboardoperation,motorcontro1,etc.Atthesametimebyusingthesimu1ationsoftwareforsimu1ationsystemdesignanddebugging.Keywords:Motioncontro1system;STC89C52;Drivercircuit摘要错误!未定义书签。ABSTRACT错误!未定义书签。目录错误!未定义书签。错误!未定义书签。错误!未定义书签。1绪论11.1

6、研究背景11.2 国内外研究现状11.3 研究目的与意义21. 4本章/J、结22系统总体设计21.1 设计要求21.2 系统设计方案32. 3本章/J、结33系统硬件设计42.1 最小系统设计43. 2显示电路设计64. 3控制及驱动电路设计95. 4本章4、结114系统软件设计H6. 1主程序117. 2按键子程序128. 3液晶1CDI602显示子程序139. 4步进电机驱动子程序144. 5本章、结165联调与测试164.1 硬件调试164.2 软件调试175. 3本章、结19致谢20参考文献21附录A系统仿真模拟图22附录B：系统源程序1231绪论随着科技的发展和人们对物质基础的无限

7、追求，雕刻机在近些年不断发展。其中，从一开始的直线雕刻，到后来的二维坐标雕刻，那么现在我们将雕刻做到三维立体坐标，那么它将实现那些功能。主要用于压克力，大理石，PVC制卡，木材，玉石等材料的大力切割，3D字、文字、图案、浮雕，外观造型、镶嵌、广告工艺美术品、胸牌、非金属或铜、铝都可进行精细雕刻制作，是店面广告装饰行业不可缺少的好帮手。现在各种楼模进行逼真原样打造，外形逼真，线条流畅，工艺含量高，而且时尚，典雅，适合用于各种商业.庆典活动的纪念品。那么本次设计的课题是利用stc89c52单片机为主控系统，来控制由场效应管搭建而成的步进电机驱动电路，进而来控制步进电机的运作。利用步进的电机转动为角

8、度转动，更好的控制雕刻运动过程中的精度要求。同时，三维雕刻机刀头控制运动系统在后续会有较大的延展性。1.2 国内外研究现状1.2.1 国际发展研究方向1938年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950年“嘉宝”生产出世界第一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。随后美国、日本等国也开始研制。20世纪90年代，随着微电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。微电子技术和微型计算机技术带动整个高科技群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃。雕刻机完成了从2D-2.5D-3D加工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。12.2国内发展研究方向雕刻可

9、以追溯到我国远古时期，母系氏族时期的半坡氏族文化的“人面网纹盆”便是雕刻的雏形。在我们国家北宋时期就发明了活字印刷，这里刻的字应属于雕刻的范畴。随着时代的发展，我国的雕刻艺术日益精湛，红木雕、篆刻、玉雕、象牙雕、泥人雕等手工雕刻技术都可以堪称一绝。传统雕刻加工业是一门技术性要求很高的手工技艺，雕刻品的质量完全取决于雕刻师的技艺水平，所以生产的效率低、成本高，制品的随意性强、一致性差，严重制约了雕刻行业的发展。这使得雕刻机的产生成为必然。而就是从上世纪90年代开始，机械雕刻在我过开始发展并获得了前所未有的发展。从最初的刻字机、刻章机再到三维雕刻机，制作工艺也日渐成熟，应用范围也日渐广泛。大到楼房

10、建筑的装饰，小到商店门前的招牌，乃至很多产品的标识铭牌，可谓雕刻的使用无处不在。1.3 研究目的与意义随着时代的进步，科技的发展，雕刻机成为我们现代人与时俱进的先进工具,它省时省力又环保，应用也越来越广泛。近几年来中国的雕刻机迅速地发展着，从以前的手工雕刻转变为现在的机器雕刻。雕刻机给人们带来了巨大的方便，不仅节省了雕刻时间，还提高了雕刻的工艺，雕刻机的出现也带动了许多行业的发展，像艺术玻璃雕刻机、木工雕刻机、石材雕刻机、数控雕刻机等等。三维雕刻机刀头控制系统其实就是雕刻机执行部件的控制系统，主要是研究如何通过手动设置三维坐标并且利用X轴、Y轴、Z轴三个步进电机达到设定坐标位置。其中，可以预期

11、达到的目的是，设定一个坐标，就可以到达一个坐标。1.4 本章小结本章主要是对雕刻机的初步的介绍，通过雕刻机的发展史，对三维雕刻机有全面的认识，从中国古代的雕刻技术到国外的第一台手动雕刻机的诞生，可以看出三维雕刻机正在向一个全新的方向发展，随着现代科学技术的发展，三维雕刻机技术也不断的进步,越来越多地在我们的生活中起到极其重要的作用。2系统总体设计2.1 设计要求本设计有五个模块，分别是输入模块，显示模块，控制模块，驱动模块，执行模块。2.1.1 输入模块的要求本模块总共有九个按键，其中六个按键为X、丫、Z轴的数字输入键，对此的要求为对应按键按下对应数字显示加“一”或减“一”，另外三个分别是，开

12、始、暂停/继续、原点。对应的要求是，按下“开始”按键控制模块执行电机运动；按下“暂停/继续”按键控制模块暂停电机运动，再按一次“暂停/继续”按键则电机继续运动；按下“原点”按键（在电机运动结束才按此键）则对应要求为，电机运动达到目标点后回到原点。2.1.2 显示模块的要求本模块为1CDI602液晶显示屏，系统开始时，在两行显示里分别显示HFNorma1Univ.和ZhangShoUXiang，显示结束后停顿一下继续分别显示“X：,Y：,Z：”和“0：(0,0,0)”，输入模块输入可在上面显示即可。2.1.3 控制模块的要求本模块为stc89c52单片机，主要功能就是接受输入模块输入的数据，再进

13、行输出给显示模块显示、给驱动模块使执行模块运动。其中还配有复位和中断功能。2.1.4 驱动模块的要求本模块为场效应管组成的步进电机驱动电路，主要实现的功能为将单片机输出的高低电平转化为方波脉冲信号进而来控制步进电机的运动。其中，场效应管的供电与电机供电相同，接地需用0欧姆电阻与数字地相连。2.1.5 执行模块要求本模块为三个步进电机组成，其主要功能为接收驱动电路输出的方波脉冲进行电机运动，同时三个电机分别控制X、Y、Z三轴，其中，X和Y轴是直接控制上下和左右，而Z轴而是通过控制工作平面台来控制前后的实现。2. 2系统设计方案图2-1为系统电路的整体框图，包括stc89c52的单片机最小系统，1

14、CD1602液晶显图2-1系统整体电路框图3. 3本章小结通过本章的介绍，可以了解到系统总体的情况，且知道系统总共可分为五个模块,五个模块都有各自的功能和性能特点，其中驱动模块是利用场效应管集合组成，利用其将高低电平变成连续方波脉冲来驱动步进电机的运转。同时，系统的整体电路框图也是十分的清晰和实用的。3系统硬件设计3.1 最小系统设计3.1.1 STC89C52单片机主要特性1、对于单片机，它是8位的微性处理器。2、对于单片机内部的数据存储器，是可以用来存放可读的数据或可写的数据，比如运算的中间结果和最终结果以及我们想要显示的数据等等，SST89系列单片机是可以为我们额外提供IK的RAMo3、

15、对于单片机内部的程序存储器，是可以为我们所用来存放程序和其中的部分原始数据和必要的表格。在单片机中可能也有一些它们的内部不带RoM/EPR0M,比如8031,8032,80C31等等。在我看来对于单片机的RAM和ROM都集成起来应用是目前单片机发展的趋势，这样不仅方便了广大用户进行电路设计并且提高了单片机系统的抗骚扰性。对于SST公司当前开发出的89系列，其中包括16K、32K、64KFIaSh的存储器，这么多的种类可以提供给广大的消费者根据自己的需求进行挑选使用。4、对于单片机它是有四个8位的输入和输出的接口P0P3,既可输入，也可输出。5、对于单片机它是有两个定时器或者是两个计数器，每个定时器和每个计数器都可来计数，也可用来定时，并且根据计数和定时的结果来实现应用计算机的控制。在设计串行通信中，我们会在52系列单片机中提供3个16位定时器和计数器。6、此次的单片机它是有5个中断源组成的中断控制系统。但现在新出的单片机都大于5个中断源，例如SST89E58RD它就是9个中断源。7、对于单片机它是一个全双工UART的串行输入和输出接口，它的功能主要你是为了实现单片机和微机的串行通信。8、对于单片机内部的振荡器，振荡频率最大为12MHz。SST89V58RD的振荡频率最大为40MHz,这样可以很好的加快指令执行的速度。图3TSTC89C52单片机引脚图STC