数控车加工工艺制造与编程毕业设计论文Word文件下载.docx
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综合成绩
百分制
五级分制
衢州职业技术学院毕业论文（设计）任务书
接口技术在机电一体化系统中的发展
所在学院
专业/班级
机电一体化技术
（2）班
学生姓名
学号
指导教师
单位/职称
衢州职业技术学院
课题来源
取自实际项目
成果形式
论文
合作单位
浙江省光辉工具有限公司
同组同学
一、毕业论文（设计）课题的主要内容、任务和目标、基本要求等：
主要内容：
（1）研究和分析机电一体化系统的组成及各部分的功能。
（2）研究和分析机电一体化系统中所应用的各个关键技术及其发展历史和趋势。
（3）分析接口技术对机电一体化系统运用的重要作用。
（4）列举常用接口技术的的类型、
（5）分析接口技术应用的发展趋势。
任务目标：
本论文阐述接口技术是研究机电一体化系统中的接口问题，使系统中信息能量的传递及转换更加顺畅，使系统各部分有机的结合在一起，形成完整的系统。
从这一观点出发，机电一体化产品的性能很大程度上取决于接口的性能。
本文主要以机电一体化控制系统系统为例，将接口分为人机接口和机电接口进行分析。
基本要求：
1.论文必须观点正确，并表明学生已经掌握本专业的基本理论、基本知识和基本技能。
2.在材料的搜集和处理、所用调查研究方法以及问题的论证逻辑等方面，应表明学生已具有初步从事此项研究的能力。
3.论文内容的阐述必须言语流畅、条理清晰、层次分明、文字简洁、标题正确，应标明学生具有一定的写作能力。
4.论文中提供的资料、图标、数据等必须注明出处（即参考书目及资料、刊物名称），表明学生已较好地掌握了论文的写作规范。
5.论文摘要字数在200-300字，关键词在3-5个，参考资料至少5篇以上。
6.其它格式参照《09机电一体化技术专业毕业设计论文规范》。
二、实践要求：
1.要求学生充分认识顶岗实习的重要性。
实习是一个人由学习阶段走向社会实践的一个过度阶段，要充分利用这个阶段来适应职业工作，要做到踏实、谦虚、认真。
2.学生离校参加顶岗实习之前必须与校内指导教师取得联系，明确各项实习任务。
在实习期间学生每周应通过电话、邮件、QQ等方式主动与校内指导教师汇报顶岗实习及实习报告撰写情况。
3.学生按实习要求，严肃认真地参加和完成实习任务并注意培养自己的能力。
实习期间，每日记录实习日志，每周撰写实习周志，实习结束后提交实习报告。
4.实习中要主动、独立、热情地完成实习任务，注重理论联系实际，运用所学知识和能力做好岗位工作，为企业创造价值。
三、进度安排：
2012.12-2013.02资料收集文献检索；
2013.02-2013.03完成开题报告和论文总体方案设计；
2013.03-2013.04完成毕业论文初稿；
2013.04-2013.05提交论文。
四、推荐的主要参考资料
[1]唐金松.简明机械设计手册[M].上海科学技术出版社,2000.
[2]孟少农.机械加工工艺手册:
第3卷[M].机械工业出版社,1992.
[3]陆宏钧.实用机械加工工艺手册[M].机械工业出版社,1997.
[4]崔静波..当前数控技术及装备的发展趋势[J].科技资讯.2008（02）
[5]吴凡.智能化、开放化和网络化——当代数控技术的发展方向[J].价值工程.2010（32）
[6]曲晓敏..浅析我国数控技术的发展与前景[J].硅谷.2011（15）
[7]张曙,张浩,朱志浩.机床数控技术的发展现状与趋势[J].组合机床与自动化加工技术.1993（01）
[8]杨方.机械加工工艺基础[M].西北工业大学出版社,2002.
[9]张雅琼.数控系统及其技术发展趋势[J].数字技术与应用.2010（06）
[10]吴义荣,林雨.国产数控技术与产业的几点思考[J].伺服控制.2008（04）
指导教师签名
专业负责人签名
（注：
课题来源填企业生产（管理）任务、产品开发、创新设计、科研课题、社会问题等。
）
衢州职业技术学院毕业论文（设计）开题报告
接口技术在机电一体化系统中的发展
所在系
联系电话
背景和意义：
接口技术是在机电一体化技术的基础上发展起来的,随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要。
机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各部分后所进行的接口设计。
接口的好与坏直接影响到机电一体化系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，因此接口技术是机电一体化系统的关键环节。
课题任务的主要内容：
通过查阅相关教材、书籍及技术资料，根据论文提纲对以下内容进行研究和分析。
课题任务实施的思路与方案，
预期目标：
（1）研究和分析机电一体化系统的组成及各构成要素在系统中的作用。
（2）研究和分析机电一体化系统中所应用的各种关键技术及其发展历史和趋势，得出机电一体化系统的发展趋势。
（3）分析接口技术作为机电一体化系统中最关键的技术之一，对机电一体化系统运行的重要作用。
进度安排：
时间
主要工作内容
2012.12-2013.02
资料收集文献检索；
2013.02-2013.03
完成开题报告和论文总体方案设计；
2013.03-2013.04
完成毕业论文初稿；
2013.04-2013.05
提交论文。
指导教师审定意见：
摘要
机电一体化是在以微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展向机械工业领域迅猛渗透并与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术，信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术。
本文主要讨论的是关于接口技术在机电一体化中的应用问题。
关键词：
机电一体化接口技术；
机电接口；
人机接口；
2.3I/O扩展槽..........................................................................................................................7
第1章绪论
1.1机电一体化系统的概念
机电一体化技术是在微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展，向机械工业领域迅猛渗透，机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间的信息处理，接口耦合，运动传递，物质运动，能量变换进行研究，使得整个系统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下，形成物质的和能量的有规则运动，在高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。
1.2机电一体化系统的组成
五大组成要素：
一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。
1、机械本体（结构组成要素）
是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。
2、动力驱动部分（动力组成要素）
依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。
3、测试传感部分（感知组成要素）
对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
4、控制及信息处理部分（职能组成要素）
将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。
5、执行机构（运动组成要素）
根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能
二）、机电一体化四大原则：
构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。
1、接口耦合：
两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。
而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。
变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。
2、能量转换：
两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。
3、信息控制：
在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。
对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。
4、运动传递：
运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。
所谓自动化技术，是指人类利用各种技术手段和方法来代替人去完成各种测试、分析、判断和控制工作，以现实预期的目标、功能。
一个自动化系统通常由多个环节要素组成，以完成信息的获取、信息的传递、信息的转换、信息的处理及信息的执行等功能，最后实现自动运行目标。
第2章接口技术基础知识
2.1I/0接口的概念
I/O接口是一电子电路（以IC芯片或接口板形式出现）,其内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路构成.它是CPU和I/O设备之间交换信息的媒介和桥梁.CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。
存储器通常在CPU的同步控制下工作，接口电路比较简单；
而I/O设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是指I/O接口。
2.1.1接口的分类
I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起，按照电路和设备的复杂程度，I/O接口的硬件主要分为两大类：
1）I/O接口芯片
这些芯片大都是集成电路，通过CPU输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作，常见的接口芯片如定时／计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。
2）I/O接口控制卡
有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件，或者直接与CPU同在主板上，或是一个插件插在系统总线插槽上。
按照接口的连接对象来分，又可以将他们分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等。
2.1.2接口的功能由于计算机的外围设备品种繁多，几乎都采用了机电传动设备，因此，CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题：
速度不匹配:
I/O设备的工作速度要比CPU慢许多，而且由于种类的不同，他们之间的速度差异也很大，例如硬盘的传输速度就要比打印机快出很多。
时序不匹配:
各个I/O设备都有自己的定时控制电路，以自己的速度传输数据，无法与CPU的时序取得统一。
信息格式不匹配:
不同的I/O设备存储和处理信息的格式不同，例如可以分
为串行和并行两种；
也可以分为二进制格式、ACSII编码和BCD编码等。
信息类型不匹配:
不同I／O设备采用的信号类型不同，有些是数字信号，而有些是模拟信号，因此所采用的处理方式也不同。
基于以上原因，CPU与外设之间的数据交换必须通过接口来完成，通常接口有以下一些功能：
1）设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输；
2）能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换；
3）能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数／模或模／数转换器等；
4）协调时序差异；
5）地址译码和设备选择功能；
6）设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。
2.1.3接口的控制方式
CPU通过接口对外设进行控制的方式有以下几种：
1）程序查询方式
这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。
这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低。
2）中断处理方式
在这种方式下，CPU不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换准备就绪，可以向CPU提出服务请求，CPU如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。
中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为CPU省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求。
但需要为每个I／O设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此外还需要一个中断控制器（I／O接口芯片）管理I／O设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。
此外，中断处理方式的缺点是每传送一个字符都要进行中断，启动中断控制器，还要保留和恢复现场以便能继续原程序的执行，花费的工作量很大，这样如果需要大量数据交换，系统的性能会很低。
3）DMA（直接存储器存取）传送方式
DMA最明显的一个特点是它不是用软件而是采用一个专门的控制器来控制内存与外设之间的数据交流，无须CPU介入，大大提高CPU的工作效率。
在进行DMA数据传送之前，DMA控制器会向CPU申请总线控制权，CPU如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权由DMA控制器掌握，在传输结束后，DMA控制器将总线控制权交还给CPU。
2.2常见接口
2.2.1并行接口
目前，计算机中的并行接口主要作为打印机端口，接口使用的不再是36针接头而是25针D形接头。
所谓“并行”，是指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，容易出错。
现在有五种常见的并口：
4位、8位、半8位、EPP和ECP，大多数PC机配有4位或8位的并口，许多利用Intel386芯片组的便携机配有EPP口，支持全部IEEE1284并口规格的计算机配有ECP并口。
标准并行口4位、8位、半8位:
4位口一次只能输入4位数据，但可以输出8位数据；
8位口可以一次输入和输出8位数据；
半8位也可以。
EPP口（增强并行口）:
由Intel等公司开发，允许8位双向数据传送，可以连接各种非打印机设备，如扫描仪、LAN适配器、磁盘驱动器和CDROM驱动器等。
ECP口（扩展并行口）:
由Microsoft、HP公司开发，能支持命令周期、数据周期和多个逻辑设备寻址，在多任务环境下可以使用DMA（直接存储器访问）。
目前几乎所有的586机的主板都集成了并行口插座，标注为Paralle1或LPT1，是一个26针的双排针插座。
2.2.2输入、输出装置
CNC系统与外部设备进行交互的装置。
交互的信息通常是零件加工程序。
即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质。
2.2.2串行接口
计算机的另一种标准接口是串行口，现在的PC机一般至少有两个串行口COM1和COM2。
串行口不同于并行口之处在于它的数据和控制信息是一位接一位串行地传送下去。
这样，虽然速度会慢一些，但传送距离较并行口更长，因此长距离的通信应使用串行口。
通常COM1使用的是9针D形连接器，而COM2有些使用的是老式的DB25针连接器。
2.2.3磁盘接口
1）IDE接口
IDE接口也叫做ATA端口，只可以接两个容量不超过528M的硬盘驱动器，接口的成本很低，因此在386、486时期非常流行。
但大多数IDE接口不支持DMA数据传送，只能使用标准的PCI／O端口指令来传送所有的命令、状态、数据。
几乎所有的586主板上都集成了两个40针的双排针IDE接口插座，分别标注为IDE1和IDE2。
2）EIDE接口
EIDE接口较IDE接口有了很大改进，是目前最流行的接口。
首先，它所支持的外设不再是2个而是4个了，所支持的设备除了硬盘，还包括CD－ROM驱动器磁盘备份设备等。
其次，EIDE标准取消了528MB的限制，代之以8GP限制。
第三，EIDE有更高的数据传送速率，支持PIO模式3和模式4标准。
4.SCSI接口
SCSI（SmallComputerSystemInterface）小计算机系统接口，在做图形处理和网络服务的计算机中被广泛采用SCSI接口的硬盘。
除了硬盘以外，SCSI接口还可以连接CD－ROM驱动器、扫描仪和打印机等，它具有以下特点：
＊可同时连接7个外设；
＊总线配置为并行8位、16位或32位；
＊允许最大硬盘空间为8.4GB（有些已达到9.09GB）；
＊更高的数据传输速率，IDE是2MB每秒，SCSI通常可以达到5MB每秒，FASTSCSI（SCSI－2）能达到10MB每秒，最新的SCSI－3甚至能够达到40MB每秒，而EIDE最高只能达到16.6MB每秒；
＊成本较IDE和EIDE接口高很多，而且，SCSI接口硬盘必须和SCSI接口卡配合使用，SCSI接口卡也比IED和EIDE接口贵很多。
＊SCSI接口是智能化的，可以彼此通信而不增加CPU的负担。
在IDE和EIDE设备之间传输数据时，CPU必须介入，而SCSI设备在数据传输过程中起主动作用，并能在SCSI总线内部具体执行，直至完成再通知CPU。
5.USB接口
最新的USB串行接口标准是由Microsoft、Intel、Compaq、IBM等大公司共同推出，它提供机箱外的热即插即用连接，用户在连接外设时不用再打开机箱、关闭电源，而是采用“级联”方式，每个USB设备用一个USB插头连接到一个外设的USB插座上，而其本身又提供一个USB插座给下一个USB设备使用，通过这种方式的连接，一个USB控制器可以连接多达127个外设，而每个外设间的距离可达5米。
USB统一的4针圆形插头将取代机箱后的众多的串/并口（鼠标、MODEM）键盘等插头。
USB能智能识别USB链上外围设备的插入或拆卸。
除了能够连接键盘、鼠标等，USB还可以连接ISDN、电话系统、数字音响、打印机以及扫描仪等低速外设。
它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、驱动控制系统以及位置检测反馈装置组成。
伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。
数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，带动机床移动部件作精确定位或按照规定的轨迹和进给速度运动，使机床加工出符合图样要求的零件。
2.2.3I/O扩展槽
I/O扩展槽即I/O信号传输的路径，是系统总线的延伸，可以插入任意的标准选件，如显示卡、解压卡、MODEM卡和声卡等。
通过I/O扩展槽，CPU可对连接到该通道的所有I／O接口芯片和控制卡寻址访问，进行读写。
根据总线的类型不同，主板上的扩展槽可分为ISA、EISA、MAC、VESA和PCI几种。
1）ISA插槽
黑色，分为8位、16位两种。
16位的扩展槽可以插8位和16位的控制卡，但8位的扩展槽只能插8位卡。
2）EISA插槽
棕色，外型、长度与16位的ISA卡一样，但深度较大，可插入ISA与EISA控制卡。
3）VESA插槽
棕色，位于16位ISA扩展插槽的下方，与ISA插槽配合使用。
4）PCI插槽
白色，与VESA插槽一样长，与ISA插槽平行，不需要与ISA插槽配合使用，而且只能插入PCI控制卡。
由于主板的空间有限，PCI插槽要占用ISA插槽的位置。
第3章机电接口
3.1机电接口的概念
由于机械系统与微电子系统在性质上有很大差别,两者间的联系须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲,因此机电接口起着非常重要的作用:
（1）行电平转换和功率放大。
一般微机的I/O芯片都是TTL电平,而控制设备则不一定,因此必须进行电平转换;
另外,在大负载时还需要进行功率放大;
（2）抗干扰隔离。
为防止干扰信号的串入,可以使用光电耦合器、脉冲变压器或继电器等把微机系统和控制设备在电器上加以隔离;
（3）进行A/D或D/A转换。
当被控对象的检测和控制信号为模拟量时,必须在微机系统和被控对象之间设置A/D和D/A转换电路,以保证微机所处理的数字量与被控的模拟量之间的匹配。
3.1.1模拟信号输入接口
在机电一体化系统中,反映被控对象运行状态信号是传感器或变送器的输出信号,通常这些输出信号是模拟电压或电流信号（如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热偶电阻、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等）计算机要对被控对象进行控制,必须获得反映系统运行的状态信号,而计算机只能接受数字信号,要达到获取信息的目的,就应将模拟电信号转换为数字信号的接口
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