教学设计平台
第1篇：《台阶》网络平台教学设计
《台阶》网络平台教学设计
教学目标：
1．知识目标: 整体感知课文内容，了解故事情节，2．能力目标：把握父亲形象的特点及意蕴。
3．情感、态度、价值观目标：感受父亲性格中的艰苦创业的精神和坚韧不拔的毅力，培养对待人生的积极健康的心态。
教学重点：
1． 梳理小说故事情节，理清文章脉络
2． 通过细节描写分析人物形象，把握父亲艰苦创业“有志气”的性格特点 教学难点：理解父亲形象的深刻意蕴 教学过程： 课前导学
1、搜集作者的有关资料，用简洁的话加以概括整理。
2、搜集你喜爱的歌颂父亲的诗、文、歌等，并谈谈你喜爱的理由。（发帖）
2、读熟课文，理解课文找出疑难，概述情节，并对文中的父亲进行简单的评价。（发帖）
3、字词注音：凹()凼()门槛()涎（水 揩()嘎()筹()划
黏)
尴尬（）撬()
课中导学：
一、交流搜集成果：歌颂父亲，导入新课。
1、朗诵你搜集的歌颂父亲的诗文歌，并说说喜爱的理由。教师小结并引入新课学习。（屏幕展示学生搜集的诗文歌）
2、交流搜集的作者资料，教师多媒体展示作者图像及简介。
二、整体把握：踏上台阶，走近父亲
（一）听读课文，了解故事情节
师：请大家听读课文，了解故事情节。（播放资源中的音频）
阅读时注意在书上圈点勾画，梳理出故事的情节脉络。
（二）复述课文，感知课文内容。
师：现在大家对故事情节大都有所了解，那么谁能用自己的语言来复述一下呢？
【要求改用第三人称，抓住能表现人物主要特点的情节复述。在复述的过程中注意刻画人物的心理活动。要口齿清楚，内容连贯，并富于感情。】
（三）学生自主提出疑难，教师根据课前平台的反馈总结问题：
师：大家的提问，主要集中在以下几个问题上：
（多媒体展示）
a．父亲为什么要造一栋有高台阶的新屋?
b．父亲是怎么造起一栋有高台阶的新屋的?
c．新屋造好了，父亲怎么样?
（四）针对疑难，讨论交流：
师：请大家发帖讨论，与同学交流。然后选代表进行课堂发言。
（学生讨论、交流）
师：“台阶高，屋主人的地位就相应高。”父亲对高台阶的渴望，与其说是对地位的渴望，还不如说是对尊重的渴望。但他耗尽毕生精力铸就起了这凝聚着尊严和梦想的高台阶时，却猛然发现月已缺，花已谢，人已老……
下面就让我们透过细腻的描写，进一步地走近父亲，感受父亲的形象。（学生结合文中语句发帖进行分析）
三．研读赏析：凝望台阶，感受父亲
（一）师：请大家找出最让你感动的刻画父亲的语句，有感情的读一读，说说使你感动的原因？
为了让大家在表达时能够有章可循，老师为大家举一个例子。如：第五自然段中的“父亲洗脚”的片断，“他的脚板宽大……也像踩在棉花上似的”。其中的“裂”,“嵌”,“刷”及“一盆泥浆”，“一层沙”表现了父亲脚板的粗糙,进而体现父亲劳动的艰辛。脚如其人，质朴敦厚。
请大家依据这种形式谈谈你对文中细节刻画的认识：
说片断位置
读课文内容
扣字词分析
探内心世界
【引导学生根据上下文引发想像，展开讨论】
师：同学们说得都很好。“我”的父亲是一个“穷爸爸”，但他的梦想却是“高台阶”。对于这个梦想，他是怎样渴望的呢？
（二）总结升华。师：“我”的父亲是一个普普通通的农民，是一个地地道道“穷爸爸”，但是他却能够艰苦创业，不惜用毕生的精力去铸就一个象征着他的尊严和梦想的“高台阶”。所以我们说——
父亲是一个 的人。
生： ……
师：父亲仿佛是那逐日的夸父，尽管倒下去了，但是仍不失为一个悲壮的英雄，台阶则是他一生志气的丰碑。
（三）师：我们再来思考一个问题。 媒体展示
结尾：怎么了呢，父亲老了。
师：大家先把原文读一下。在下面读，你觉得应该怎样读？你读读看。再读读以下助读资料，思考;作者为什么要加一个逗号，又要加一个句号，为什么？
媒体展示 助读材料一：
关于小说的结尾，当初我的确没有把它当做悲剧来处理。在中国乡村，一个父亲的使命也就那么多，或造一间屋，或为子女成家立业，然后他就迅速地衰老，并且再也不被人关注，我只是为他们的最终命运而惋惜，这几乎是乡村农民最为真实的一个结尾。
——李森祥给编者尤志心的信
（生齐读助读材料一。）
师：作者用一个逗号，用一个句号在告诉我们这样一个现实，中国农民这样一个现实。父亲的使命，父亲的责任，父亲的理想，父亲的身体，父亲的尊严，父亲的未来，都在我们同学给的这些问号里，都在我们同学给的这些省略号里，都在我们同学给的这些感叹号里。我们看大屏幕。媒体展示 助读材料二：
这最后似乎是不经意的一声感叹，其实是作者最无奈最沉重的一句呻吟。是的，父亲老了，这里的“老”，不仅仅是指父亲年事已高身体受伤无法再操持农活，更是儿子感受到父亲心灵世界的“老化”——父亲不但失去了健康的身体，也同时失去了奋斗目标。身体的老朽固然已经可悲，追求的丧失更让人迷惘。但儿子之痛还更在于他几乎是眼睁睁地看着父亲为了造屋而耗尽了一生的精力，他在父亲身体和心灵都迅速衰老的残酷现实面前无能为力。一个句号，悲凉地道出了中国农民再勤劳善良也无法彻底改变命运得到幸福的残酷现实。小说中的父亲是如此，无数中国农民又何尝不是如此呢？——特级教师王君：《台阶》的结尾是败笔吗？
（师饱含感情地朗读助读材料二。）
师：我要问的是，这篇小说写作于上一世纪六十年代，如果今天作者再来写的话，这个故事又将如何结尾呢？
学生发帖讨论回答并浏览其他同学的理解，而后教师总结。希望同学们能细细地体味，从文学中能关注到我们的人生，把我们的眼光更多地深入到我们的社会，触及我们的心灵。四．拓展延伸：回首台阶，理解父亲
1、师：老师用诗歌的形式给文中的父亲画了一幅画。（媒体展示）
父亲 我的父亲
你喜欢坐在台阶上远望
你喜欢把那烟枪在青石板上敲得嘎嘎作响 我的父亲啊
摇来摇去的柳树枝总也摇不散你那专注的目光
我的父亲 你那古铜色的脸 你那黄几几的脚板 我的父亲啊
你把你的胸膛挺高一些吧
我的父亲
你挺直的腰板为什么担不起一担水 你倔强的头颅为什么埋在膝盖里 我的父亲啊
你满挂着笑容为什么在九级台阶筑起的鞭炮声中尴尬
我的父亲 我知道你的梦想
（师很抒情地读，学生倾听）
2、师：课文中的父亲是一个普普通通的农民，高台阶是他一生梦想的象征。你们的父母可能不是农民，但他们有没有梦想中的“高台阶”呢？下面倾听一首歌曲《父亲》。（播放链接flash或ppt音乐动画崔京浩《父亲》）附：歌词 那是我小时候，常坐在父亲肩头，父亲是儿那登天的梯，父亲是那拉车得牛，忘不了粗茶淡饭，将我养大，忘不了一声长叹，半壶老酒，那是我小时候，常坐在父肩头
父亲是儿那登天的梯，父亲是那拉车得牛，想儿是一封家书千里写叮嘱，盼儿归一袋闷烟满天数星斗，都说养儿能防老，可山高水远他乡留，都说养儿为防老，可你再苦再累不张口，儿只有亲歌一曲，合泪唱，愿天下父母，平安度春秋。
师：联系生活，你是否也有这样难忘的时刻。如果有那么就请拿起笔来，将情感尽情的表露出来吧：
（多媒体展示教师示例）
最难忘的是开学时父亲给我往宿舍楼上搬行李的时候，他肩上扛着行李，缓慢而艰难的挪动着脚步，额头上挂满了豆大的汗珠。面对着父亲，我要说：“爸，您放心吧。儿子在这儿一定好好学习，不辜负您的希望！”
（展示模板及要求）
最难忘的是父亲 的时候，他 ……（描写）。面对着父亲，我要说：“ ……。”
(学生当堂发帖写作，及时反馈)
课后导学 同步练习
1.下列加点字注音、字形不正确的一项是()A.凹凼(ào)烦燥(zào)B.尴尬(ɡān ɡà)阴凉(yīn)C.卵石(luǎn)揩一把(kǎi)D.砌缝(qì)舀米(yǎo)2.指出没有用比喻的句子()A.那极短的发，似刚收割过的庄稼茬，高低不齐，灰白而失去了生机。B.父亲又像问自己，又像是问我。
C.额头上一会儿就滚满了黄豆大的露珠。D.他的脸苍白得像一张纸。3.解释加点的词。
(1)虽然这些都很微不足道，但他做得很认真。(2)偶尔出去一趟，回来时，一副若有所失的模样。
(3)农村里有这么个风俗，大庭广众之下，夫妇俩从不合坐一条板凳。
3、思考题，引发多元解读，发帖回答：
在台阶是三级的时候，父亲凝望别人家的台阶心情是一种渴望；但是当父亲耗尽大半生心血造起九级高台阶 的新屋时，他会想什么？请思考：
(1)父亲一辈子艰苦创业，所的结果不过是一间普通的房屋，只不过台阶高些罢了。是什么原因造成了这样的结局？(2)父亲这样做究竟值不值？
4、阅读下文，完成4~7题。
有一天，父亲挑了一担水回来，噔噔噔，很轻松地跨上了三级台阶，到第四级时，他的脚抬得很高，仿佛是在跨一道门槛，踩下去的时候像是被什么东西硌了一硌，他停顿了一下，才提后脚。那根很老的毛竹扁担受了震动，便“嘎叽”地()了一声，父亲身子晃一晃，水便泼了一些在台阶上。我连忙去抢父亲的担子，他却很()地一把推开我：不要你凑热闹，我连一担水都挑不——动吗！我只好让在一边，看父亲把水挑进厨房里去。……等父亲从厨房出来，他那张古铜色的脸很像一块青石板。父亲说他的腰闪了，要母亲为他治治。……
这以后，我就不敢再让父亲挑水。挑水由我包了。父亲闲着没什么事可干，又觉得很()。以前他可以在青石台阶上坐几个小时，自那次腰闪了之后，似乎失去了这个兴趣，也不愿找别人聊聊，也很少跨出我们家的台阶。偶尔出去一趟，回来时，一副若有所失的模样。我就陪父亲在门槛上休息一会儿，他那颗很倔的头颅埋在膝盖里半晌都没动，那极短的发，似刚收割过的庄稼茬，高低不齐，灰白而失去了生机。
好久之后，父亲又像问自己又像是问我：这人怎么了？ 怎么了呢，父亲老了。
（1）依课文把空缺的三个词语填上，正确的一项是()A.惨叫 粗暴 烦躁 B.惨叫粗野 烦恼 C.喊叫 粗暴 烦恼 D.喊叫 粗野 烦恼（2）理解下列句子的含义。
①不要你凑热闹，我连一担水都挑不——动吗！②父亲闲着没什么事可干，又觉得很烦躁。
③那极短的发，似刚收割过的庄稼茬，高低不齐，灰白而失去了生机。④怎么了呢，父亲老了。
（3）父亲一生的追求是什么？他是一个什么样的人？你怎么看这个人物？受到什么启发？
（4）文中如何描写“我”的行动？“我”是一个怎样的人？
5、联系生活，学习本文的写法，借助某种事物来刻画你的父亲，倾诉你对父亲的真情。(300字即可)（发帖）
第2篇：平台设计
第1章 绪 论
1.1平台搭建的背景和意义
当今社会科学发展观与可持续发展理念已经深入人心，低碳生活，绿色生活更是大街小巷备受关注的话题。支持低碳生活、绿色生活必不可少的就是个人闲置物品的交易，当然这个交易包含着货款对付和以物易物，然而个人闲置物品的交易在校园这样的知识的殿堂却并不多见，在校园中最多只能见到“好友买卖”。在校园中并不是不存在闲置物品交易的需求，相反的，在校园中闲置物品的交易需求是极为巨大的，每当毕业季，最常见的就是被用来当作离别发泄品的暖瓶，脸盆，还有那些我们用一麻袋钱买回来的一麻袋书被我们廉价的卖给了废品回收站，卖回来的钱却买不了一个麻袋，与此同时却又有很多同学对被廉价卖掉的书有需求，却最终不得不以高价从二手书摊收购。
分析这种现象产生的原因，是因为在校园内没有一个公开、统一的平台，个人总不可能每天摆一个地摊在街边卖自己的闲置物品吧。而交易平台，是一个可以集合买方、卖方信息，同时又有第三方提供交易安全保障的平台，在这个平台下，买方的需求可以快速的与卖方的闲置物品完成匹配，达到快速、安全成交的效果，同时减少了买方与卖方的时间成本，减少了买方的货币成本，增加了卖方的资金所有量，从而达到共赢的目标。
交易对手方能够通过面对面或者是电话等方式进行交易详情的约定，再通过网上提供的三方担保交易平台进行线上交易。现如今，最多的形式，是客户直接在平台上进行检索、查询，从而最直接的获得所需物品的详细信息，直至达成成交。像众所周知的“淘宝”、“天猫”、“拍拍”“QQ网购”“苏宁”“京东”，这些都是相对较为成熟的交易平台，通过这个平台，小卖家与大商家同台竞技，通过这个平台，小买家的权益相对于陌生人直接交易得到了更好的保障。最近几年，各地的地方性闲置物品交易网站如如后春笋般冒出，大浪淘沙，却不剩下几个，只剩下为数不多的几家地方性网站在与互联网界的大佬：“赶集网”“58同城”“百姓”网等苦苦抗争。虽然这些大佬们在各个地方都有专属与地方的二级网站，但是在这些二级网站中，鱼龙混杂，信息的质量良莠不齐，不时有人上当受骗；同时，在这些网站中，涉及的覆盖面太广，浏览者进入之后很容易地就会迷失在茫茫信息海中，自己需要的信息却不容易找到；而且在这些网站中，更多的提供的是信息，不能提供较好的交易体验。在这种情况下，我们的交易平台应运而生。通过我们的交易平台，只针对在校学生，通过对学号、姓名、所住宿舍、学院等信息的收集，使交易双方彼此的信赖得到提升，交易双方直接在平台交易，方便省时。
1.2平台设计用到的理论方法
本O2O交易平台采用较为新颖的理论方法，即同时采用IRP由底向上进行数据建模和EA由顶向下进行业务建模的信息化手段，使用HTML超文本标记语言和ASP动态语言实现软件功能，达到所期目标。
使用IRP（Information Resource Planning 信息资源规划)中的工程化方法，具体分为两个阶段：第一、对即将开发的交易平台做需求分析。这其中包含有：物品的分类、检索、查询浏览、信息更新，买方、卖方的信息收集，以及以个人闲置物品为标的的供销系统，交易后的品论等。第二、进行系统化、模块化的建模。利用ACCESS、以及SQL Server设计系统所需数据表，其中最主要的是字段和数据存储类型的设计。
我们采用的另一技术是EA（企业架构）。我们在进行平台需求分析之后，利用这一技术设计了前台交易及后台管理流程，这将使产品信息实现自动化流动，维持整个交易平台的运转。利用EA做架构，可以使各企业的工业品形成一个“网”，做到交易有序。
这里我们需要使用的另外一项技术为EA（Enterprise Architecture企业架构）。在进行了交易平台设计的需求分析以后，我们通过这一技术进行前台交易以及后台管理的设计，从而使物品信息得以自动流动，最终使交易平台能够稳定、高效运转。在利用EA完成架构之后，可以将买家、卖家，以及各式各样的闲置物品整合成一张无形的“网”，使所有信息井然有序、一目了然。
最后，我们使用HTML(HyperText Markup Language,超文本标记语言)和ASP（Internet Information Services，Internet 信息服务）动态语言设计出前、后台模块，其中前台模块主要是交易模块，后台模块为交易管理模块。并通过ADO(ActiveX Data Objects, ActiveX数据对象)完成数据库与前后台的对接，从而完成了平台的雏形
图1 总体设计实现方案图
第2章平台的设计与实现
2.1平台设计所需的软件使用及运行环境
山西大学个人闲置物品交易系统的设计与实现均通过目前最流行的基于.NET Framework 4.5.1 的Microsoft Visual Studio 2013进行设计、开发，VS是一个相当完备的开发工具集合，在这个集合当中包含了一个软件在生命周期中必不可少的功具，如集成开发境(IDE)、UML、代码管控等。VS开发出来的软件可以适配微软的所有平台，因而，我们通过VS平台来进行O2O个人闲置物交易系统的WEB应用设计，并将设计出的应用、网页部署到能够提供ACCESS+ASP的windows server服务器上。
通过ACCESS2010 和SQL Server对平台所需的数据表进行设计，最主要的是设计字段，其中又包括字段的名称，长度以及数据存储类型等。最终完成系统的数据库方面的设计与实现。
2.2 前后台用户功能模块划分
前台交易模块： 后台管理模块： 会员注册与登录 添加用户组
录入资料以及资料修改 用户信息的管理 发布需求/卖出信息 物品信息管理
物品分类 对订单进行处理 物品检索、查询 评论的管理
信息评论 订单详细情况的管理 交易结果评价 查询的维护
2.5 前后台功能模块的实现
在设计项目时，可以将项目分成模块化来设计并实现，这样便于管理。只需将每一个模块的接口和数据传递的参数设置好即可。最终的系统分为两大模块：动态显示商品模块和后台管理模块。动态显示商品模块又称为系统前台，主要用于浏览和购买商品及发表评论；后台管理模块重要用于系统的各种信息进行维护，下面开始各个模块的实现。
系统首页为进入系统时打开的第一个页面，在这个页面中显示了站点的重要信息以及其他辅助功能的入口。下图是交易平台的首页index.asp。在首页中提供了导航菜单、会员登录入口、各种产品分类、最新产品、产品公告栏、新品上市、网站服务和版权等信息。2.5.1平台首页模块的组成部分
使用ASP技术最大的特点就是可以方便、快捷地实现代码重用。例如，下图（图4）中所示首页中包含许多不同的模块，模块间相互独立，又有不同程度的联系，例如共享数据库连接等。对于这种情况，可使用ASP的include指令将各个模块连接起来，最终构成一个完整的系统。
图4 首页模块组成部分
本系统首页也是如此，使用include包含各个模块，附录表二列出了这些模块文件及功能说明。
2.5.2系统导航信息和菜单
首页中第一个被包含的文件是header.asp，我们以此开始系统首页的制作和实现过程。在站点根目录中创建一个include目录和header.asp文件。
图5 页面布局
在页面中有两个需要处理的部分，第一个是系统的表示图片和导航广告条，这些数据存储在ad数据表中；第二个是商品的搜索表单。先来解决第一个部分，像config.asp文件一样将ad表中的系统信息读取并存放在系统变量中。
读取系统配置信息include/header.asp程序代码见附录表三。2.5.3数据库与前后台的连接
配置系统的工作包括前面的设计数据库，填充数据表，设计系统站点和连接数据库等。上面我们创建了一个单独的数据表config，它存储了系统的配置信息，下面的主要的内容是读取这些信息并作为一个模块文件以便在后续使用中复用。
首先需要在conn.asp文件中添加使用系统是所需要的函数以及安全验证的代码，数据库连接文件程序代码见附录表四。
虽然在ASP脚本中无需声明即可使用变量，但是养成声明所用的变量是一个良好的习惯上述代码的第一行代码完成声明后，接着记录了页面的加载时间。
自定义函数SafeRequest确保获得的的符合条件的，函数所需要的两个参数ParaName指定要获取值的名称，ParaType指定值的类型。
接下来的FormatSQL函数用来格式SQL查询语句，strChar参数为要执行的SQL语句，函数体中对语句中的特殊字符进行替换，对于非字符则过滤。最后，返回一个正确的SQL语句以确保对数据库操作的成功修改。
FormatSQL函数设置页面初始化载入时的用户信息，然后进行判断，如果是已登录用户则读取用户的信息。最后的两行HTML代码指定了页面所使用的字符集编码及样式表文件的位置。
第二个文件是系统配置文件config.asp在同同一个目录。两个文件作用于整个系统，相辅相成，缺一不可。
系统配置文件config.asp程序代码见附录表五。
与conn.asp文件相比，config.asp文件更重于对整个系统的修改，而conn.asp文件则负责与数据库连接的声明所需要的函数。除了在代码顶部声明的几个全局变量外，其他的值都来自于系统配置表config。
上述代码与config.asp以及后面的程序都使用了conn.asp文件中创建的数据库连接对象conn和结果对象rs，由语句select*from ad指定。
第二个解决的是商品搜索表单。从图四中可以看到，在表单中可以提供用户输入搜索关键字、选择搜索类型和高级查询按钮，单击“立即查询”按钮可进行普通搜索。使用软件提供的快捷键按钮可方便地创建一个表单域，然后在表单域中添加一个文本输入框、一个下拉列表和两个按钮，再将按钮的value分别改为“立即查询”和“高级查询”。
第3篇：机电一体化教学平台设计正文
机电一体化实验教学平台设计
第一章 绪论
现如今，随着教学方法的进步，以及科技的发展，实验教学平台已经进入校园。PLC教学用的试验箱，单片机教学用的开发板等等，都是实验教学平台。而机电一体化教学平台相对来学涉及的学科范围广，难度大，成本高，所以其普及率也相对较低，但是其对对机电一体化的教学却有着非常重要的意义。该平台采用了高度的教学开放式布局设计, 可以根据实验教学的要求进行不同的组合, 能够完成多项综合性实验。对平台总体方案以及微机数控车床机械系统的设计予以介绍, 重点是进给系统和自动回转刀架。单片机控制系统采用功能型模块化设计方案, 配置灵活, 适应面广。
该平台采用创新型的设计方法,软硬件系统从底层高度开放, 可完成多个综合性实验教学项目;有效地改善我国机电专业的实验教学条件, 显著提高教学效果, 得到国内许多高校的肯定。平台外观布局如图1.1所示。
图1.1平台
机电一体化实验教学平台设计
机电一体化实验教学平台采用开放式平台结构，可以完成本科教学多门课程的综合性、设计性和创新性实验，也可支撑专业课程设计或毕业设计。
实验平台的控制系统基于MCS-51系列的8位单片机，可控两个移动轴；伺服进给系统由步进电机驱动电源、二相混合式步进电机、无间隙减速齿轮箱、精密滚珠丝杠副和移动导轨副构成，最终控制卧式车床或X-Y平面工作台的运动；步进电机的尾部装有圆光栅编码器，系统采用半闭环控制。
1.硬件的模块化组合：硬件电路根据功能设计，采用模块化结构，使用者可以自由选择，组合连接，以实现不同的功能要求。
2.软件的高度开放性：使用者选择的硬件连接后，可以根据实验的要求，自己编制源程序代码，嵌入到系统程序中，完成指定的任务；既可采用单片机仿真插头，连接PC机在线调试，也可固化程序脱机运行；平台系统的底层汇编程序，包括相关的子程序，全部对外开放，可以选择使用。
机电一体化实验教学平台设计
第二章 系统总体方案设计
根据机电一体化系统设计、数控技术、单片机原理及其应用主干课程的实验教学要求,平台确定采用模块化设计, 具有很强的针对性和通用性。各模块既可单独完成某门课程的实验, 也可互相配合完成复杂的机电一体化综合性创新实验。
平台在总体方案设计时充分考虑教学的开放性要求, 在硬件和软件系统从最底层开放, 供学生自主实验。系统主要特色如下:
(1)由于教学功能要求, 所以总体布局与普通工业产品有很大不同, 最大特点是控制系统不能封闭, 而是以面板形式充分展开, 其外形总体尺寸大小应考虑一个实验小组的人数, 一般在5-7人。
(2)电气系统的模板配置应该考虑到强弱电的分开, 避免干扰的发生;此外强电模板要尽量减少裸露接头, 提高安全性。
(3)机械系统部件的选择;应能充分代表当前机电产品的典型应用, 教学难度适中;由于教学需要充分且详细的图纸资料讨论, 所以应该是作者科研开发的产品, 有自主知识产权。
平台由机械系统、控制系统、PC机等部分组成。机械系统包括数控车床、X-Y 工作台、自动回转刀架等。PC机通过仿真器和控制系统相连接, 学生可以在PC机上编制相应的源程序, 通过仿真器完成在线连机调试。平台总体构成见图2.1。
机电一体化实验教学平台设计
图2.1 系统框图
2 微机数控车床机械系统设计
微机数控机床是典型的机电一体化产品, 在几门主干课程中都是重要的教学对象。作者二十多年来一直在从事这方面产品的研究开发工作。积累了大量的经验和技术资料, 这为平台的研制提供了保障。主要设计工作是将纵向和横向进给系统改成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统;将手动刀架换成自动回转刀架。
总体设计方案的确定
总体设计方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU 的选择, 以及进给传动方式和执行机构的选择等。主要如下:(1)普通车床数控化改造后, 数控系统应设计成连续控制型。车床经数控化改造后属于经济型数控机床, 应简化结构, 降低成本。因此, 进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。
(2)根据数控系统的经济性要求, 结合本科教学课目, 决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。根据系统的功能要求, 需要进行存储器扩展、键盘与显示、I/O 接口电路等设计;还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器 4
机电一体化实验教学平台设计
等。
(3)纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副;为了消除传动间隙提高传动刚度, 滚珠丝杠的螺母应有预紧机构。由于采用步进电动机, 为了圆整脉冲当量, 往往需要减速机构, 并且应有消间隙措施。
(4)选择四工位的立式自动回转刀架, 采用单片机进行控制。
机械系统主要的改造设计
(1)主传动系统的改造设计对普通车床进行数控化改造时, 需要在加工中自动变换主运动转速, 可用2~ 4挡的多速电动机代替原有的单速主电动机;当多速电动机不能满足要求时,可用交流变频器实现无级变速。系统中, 当采用有级变速时, 可选用YD系列715kW变级多速三相异步电动机, 实现2~ 4挡变速;当采用无级变速时, 应加装交流变频器, 型号为: F1000-G0075T3B, 适配715kW电动机, 生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。
(2)安装电动卡盘
为了提高加工效率, 工件的夹紧与松开采用电动卡盘, 选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。(3)换装自动回转刀架
为了提高加工精度, 实现一次装夹完成多道工序, 将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架;实现自动换刀需要配置相应的电路, 由数控系统完成。(4)螺纹编码器的安装方案
数控车床加工螺纹时, 需要配置主轴脉冲发生器, 作为车床主轴位置信号的反馈元件, 它与车床主轴同步转动。这里, 改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是24mm, Z 向的进给脉冲当量是0101mm /脉冲, 选择螺纹编码器的型号为ZLF-1200Z-05V0-15-CT, 生产厂家为长春光机数显技术有限公司。
机电一体化实验教学平台设计
第三章 系统详细设计
3.1 机械系统的设计
3.1.1 X-Y工作台的设计
X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。因此，选择X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容，对于机电一体化专业的教学具有普遍意义。
模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副以及伺服电动机等部件构成。其外观形式如图2.2所示。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。
图2.2 X-Y数控工作台外形
机电一体化实验教学平台设计
1．机械传动部件的选择
（1）导轨副的选用 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副。它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。
（2）丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和 ±0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。
（3）减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。为此本例决定采用无间隙齿轮传动减速箱
（4）伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性/价比。
（5）检测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。
考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。2．控制系统的设计
（1）设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。
（2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89C52作为控制 7
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系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。
（3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。（4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。
3.1.2 自动回转刀架的设计
数控车床为了能在工件的一次装夹中完成多工序加工, 缩短辅助时间, 必须带有自动回转刀架。自动回转刀架是一个非常有代表性的机电一体化部件, 在机械结构上有蜗杆蜗轮副、螺杆螺母副、端齿盘等典型部件。为了保证可靠工作, 还要选择恰当的刀位检测和合理的定位结构。刀架的换刀是由计算机控制系统检测和控制的, 然后驱动继电器电路来实现。其工作过程是典型的计算机弱电、继电器强电、机械系统的控制过程。(1)总体结构设计
普通的三相异步电动机因转速太快, 不能直接驱动刀架进行换刀, 必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点, 采用蜗杆-蜗轮副减速是最佳选择。蜗杆-蜗轮副传动可以改变运动方向, 获得较大的传动比, 保证传动精度和平稳性, 并且具有自锁功
能, 还可以实现整个装置的小型化。(2)上刀体锁紧与定位机构的设计
由于刀具直接安装在上刀体上, 所以上刀体要承受全部的切削力, 其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。系统的上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘, 将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时, 上下端面齿相互啮合, 这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动;换刀时电动机正转, 抬起机构使上刀体抬起, 等上下端面齿脱开后,上刀体才可以绕刀架中心轴转动, 完成转位动作。(3)刀架抬起机构的设计
图2.2 自动回转刀架的传动机构示意图
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图2.2 自动回转刀架
要使上、下刀体的两个端面齿脱离, 就必须设计合适的机构使上刀体抬起。这里选用螺杆螺母副, 在上刀体内部加工出内螺纹, 当电动机通过蜗杆-蜗轮带动螺杆绕中心轴转动时, 作为螺母的上刀体要么转动, 要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时, 上刀体与下刀体的端面齿相互啮合, 因为这时上刀体不能与螺杆一起转动, 所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合后, 上刀体就与螺杆一同转动。设计螺杆时要求选择适当的螺距, 以便当螺杆转动一定角度时, 使得上刀体与下刀体的端面齿能够完
全脱离啮合状态。图3为自动回转刀架的工作原理示意图。在机电一体化系统课程设计时, 自动回转刀架的设计也作为一个教学班的题目。
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3.2 控制系统的设计
控制系统按照功能划分, 有CPU 模块、电源模块、步进电机驱动模块、LCD 显示模块、键盘及LED显示模块、继电器控制模块、变频器控制模块、通信模块等。学生可以针对不同实验的要求, 自主选择, 组合连接, 充分发挥学生的主动设计能力。控制系统所有的元器件都以展板的形式布置, 学生可以直观了解每一个元器件的结构、接口电路设计原理, 从而对机电一体化系统有感性的认识和深入的了解。CPU模块以MCS-51系列的AT89S52八位单片机为核心, 扩展片外RAM 及ROM 存储器;扩展并行I/O口8255经步进电机驱动模块控制步进电机等;扩展8279控制键盘及LED显示模块;D /A和A /D转换电路分别采用芯片DAC0832和ADC0809, 同时外接电压表, 方便观察模拟量的输入、输出。LCD显示模块由320 @ 240点阵式液晶板和液晶控制器SED1335组成, CPU 通过SED1335控制液晶面板的显示。变频器模块和继电器控制模块分别控制电机的无级调速和通断。通信模块集成RS-232标准串行接口和USB接口, 完成与外部通信。控制系统原理如图2.3所示。
图3.1控制系统原理图
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根据实验教学的要求, 设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能:(1)接收键盘数据, 控制LED 显示;接收操作面板的开关与按钮信号。(2)接收车床限位开关信号;接收螺纹编码器信号。
(3)接收电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号;控制X、Z 向步进电动机的驱动器。(4)控制主轴的正转、反转与停止;控制多速电动机, 实现主轴有级变速。(5)控制冷却泵启动/停止;控制电动卡盘的夹紧与松开。
(6)控制电动刀架的自动选刀;与PC机的串行通信。平台中X 向步进电动机的型号为110BYG5802,Z 向步进电动机的型号为130BYG5501。两台电动机的驱动电源可用同一型号, 选用科林数控科技有限责任公司生产的五相混合式调频调压型步进驱动器, 型号为BD5A。
3.2.1 CPU模块设计
本设计CPU模块选择单片机作为主控制器，单片机是一种集成的电路芯块采用了超大规模技术把具有运算能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）,随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换及A/D转换器等电路集成到一块单片机上，构成一个最小然而很完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序设计者事先规定的任务。总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个方面：集成度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格比高、可靠性高这几个方面。
单片机按内部数据通道的宽度，可分为4位、8位、16位及32位单片机。它们被应用在不同领域里，8位单片机由于功能强大，被广泛的应用在工业控制、智能接口、仪表仪器等各个领域。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥越来越大的作用。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足发展。纵观单片机的发展过 11
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程，可以预示单片机的发展趋势：
1、微型单片化
2、低功耗CMOS
3、与多品种共存
4、可靠性和应用水平越来越高
单片机有着微处理器所不具备的功能，它可以独立地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能这就是单片机的最大特点。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微机控制系统。它与单板机或个人电脑有着本质的区别，单片机属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使芯片具备特定的智能。
（2）简介AT89S52 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，可选择节电模式、空闲模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚图，如图3.2所示
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图3.2 AT89S52的引脚图
它一共有40个引脚，引脚又分为四类。其中有四个电源引脚，用来接入单片机的工作电源。工作电源又分主电源、备用电源和编程电源。还有两个时钟引脚XTAL
1、XTAL2。还有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引脚构成的单片机的输入/输出（IO）引脚。最后一种是控制引脚，控制引脚有四条，部分引脚具有复位功能。
综上所述，单片机的引脚特点是：
1、2、单片机多功能，少引脚，使得引脚复用现象较多。
单片机具有四种总线形式：P0和P2组成的16位地址地址总线；P0分时复用为8位数据总线；ALE、PSEN、RST、EA和P3口的INT0、INT
1、T0、T
1、WR、RD以及P1口的T
2、T2EX组成控制总线；而P3口的RXD、TX党组成串行通信总线。
89C52单片机的主要功能 与MCS-51单片机产品兼容
8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz～33Hz 13
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三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 八个中断源
全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符
3.2.2 电源模块的设计
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。直流稳压电源方框图
图3.3 直流稳压电源的方框图
其中：
（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电
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（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。
（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。总的设计原理图如图3.4所示
图3.4 稳压电路原理图
3.2.3 步进电机模块设计 1.步进电机的工作原理
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
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该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图3.5 四相步进电机步进示意图
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和
1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：
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51单片机驱动步进电机的方法
通常高压斩波恒流驱动电路如图3.6 示。这种电路与单电压限流型及高低压驱动相比,步进电机绕阻电流波形的前后沿陡,无顶部下凹的现象,并且在高频大负载时仍具有较宽的平顶(不下凹),绕阻负载电流也较为恒定,起动和运行的频率特性都有明显的提高。绕阻单相通电的电流波形如图2a 所示。但是,在实际驱动电路的测试中,采用多相通电(步进电机带载运动)时,由于步进电机绕阻电流顶部的锯齿波形波动频率较低(效率一般为几kHz 到十几kHz ,与步进电机型号、驱动电压、驱动电流有关),故电磁噪声较大。同时,由于运行中步进电机各相绕阻的电感不可避免会发生瞬时变化,以及它们的互感作用,各相绕阻电流会产生局部过冲现象。对于三相步进电机按三相六拍驱动时,其绕阻电流波形如图2b 所示,出现2～3 个过冲现象。对于大功率步进电机,这种过冲电流是极其有害的,它使步进电机绕阻异常发热,驱动力矩不够,系统极有可能发生振荡。
图3.6 高压斩波恒流驱动原理
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图3.7 绕组电流波形图
要消除这种电磁噪声及步进电机绕阻电流局部过冲现象,一般可采用MOSFET 场控晶体管,允许将斩波频率提高到超声波段,并采用FWM 技术使各相斩波频率相同来消除差拍噪声。在设计应用中,斩波频率一般应比由环形分配器或单片机输出的步进驱动脉冲频率高10 倍以上。在后级功率驱动中,如果采用大功率晶体管开关管来设计,由于它们的工作频率较低,一般最高的频率仅有106 Hz ,且它们所要求的驱动功率也较大,驱动线路也较复杂。在晶体管的安全工作区如果选择裕量较小,通常要发生二次击穿。MOSFET 是一种单极控制器件,其开关频率远比达林顿功率管和大功率三极管高,最高可达109Hz。并且,MOSFET 的输入阻抗很高,具有自关断能力,电流放大倍数大,无二次击穿问题,这使MOS2FET 安全工作区宽,可设计较大的功率。在后级功率放大电路中,采用MOSFET 设计大功率步进电机驱动电源是一个理想的选择。设计MOSFET 的驱动线路,通常采用MOSFET 专用驱动器件,其原理简图如图3 所示。前极采用高速光电隔离,后极采用NPN 和PNP 三极管互补输出,提高了MOSFET 驱动电路的快速性。
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图3.8 MOSFET 专用器件的原理简图
MOSFET 的开关频率由时钟信号CP 触发PWM 控制器来实现,各相开关频率受同一时钟信号控制,从而达到了各相的同频斩波。(PWM + MOSFET),步进电机驱动电路原理如图4 所示:由环形分配器或单片机输出的步进电机步进脉冲信号进入PWM 控制器,经PWM 控制器处理后分成两路:一路送入上开关管T1 ,使T1 导通;一路送入下开关管T2 ,使T2 导通。R4 为电流检测电阻。当步进电机绕阻达到额定值时,其电流值通过电流/ 电压转换,输出一控制电压进入PWM 控制器。PWM 控制器输出一调宽脉冲改变上开关管的开通时间,从而达到绕阻恒流的目的。另外,PWM 控制器可对步进电机绕阻电流上升速率作检测,从而防止绕阻电流过冲现象。在图4 中,由R1、D2、C1 组成的阻容滤波网络保护T1 管,由R2、D3、C2 组成的阻容滤波网络保护T2 管,放电回路中D1、D4 必须选用快恢复续流二极管,适当选择R3 可使步进电机绕阻电流下降沿变陡。这种电路在实际测试中,波形非常好,其波形如图2c 所示。在实际使用中,PWM 控制器还有半电流控制端CY,使步进电机在静止时以半电流锁定,以减少发热,降低功耗。19
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图3.9步进电机驱动电路原理图
上述驱动电源在对C650 及落地车床的经济型数控改造中,应用一年多情况良好。Z 向步 进电机选用LB180(静力矩40 N·m),相电流调至23A ,X 向步进电机选用LB150(静力矩20 N·m),相电流调至18A ,在X 向未采用滚珠丝杆情况下(无该规格的滚珠丝杆),空载运行实测能保持0101 mm 的步距精度。在加工铸钢件时,吃刀深度18 mm 时也不丢步。在三班制工作时,性能也保持相当稳定。可见,(PWM + MOSFET)是一种优良的大功率步进电机驱动电源。
3.2.4 LCD显示模块设计
液晶（Liquid Crystal）是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始广泛应用在轻薄型显示器上。液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。本次设计采用的是DMF50840液晶显示器，日本OPTREX 公司生产的 DMF50840液晶是一款性能不错的液晶显示模块。它的分辨率是320*240；显示效果为蓝底白字；背光为 20
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CCFL背光，且为双电压的模块。原装的DMF50840价格较高，维修困难，国内公司相继开发出兼容屏。其中广泛被国内厂家选用的替代屏是杭州清达光电技术有限公司生产的HG320240系列屏，大大降低了中华企业对日本显示器件的依赖性。
图3.3 DMF时序图
表1：DMF引脚说明
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3.2.5 变频器控制模块的设计
工作原理
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。整流器
最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路
在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器
同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。
（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、22
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关断。
（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。变频器的选择
由于本设计中变频器的作用是驱动三相异步电动机，其中转速与频率的关系为：n=60f/p，根据转动惯量、负载转矩，电机的效率等参数选择变频器的型号为XHF100-185G/200P-4，它是国内西普公司生产的变频器，驱动功率为185kw--200kw。
图3.10 变频器接线图
3.2.6 通信接口模块设计
USB(u niversalse rialb us)是近年发展起来的一种快速、灵活的总线接口。它最大的特点是易于使用、可热插拔、接口连接灵活，并且能够提供外设电源川，在嵌人式系统及智能仪表中得到广泛的应用。而51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高性价比被广泛应用于测控仪器等自动化领域。因此用51系列单片机实现USB主机接口，进而实现对USB外设的控制，对提高整个系统的数据存储、数据传输、设备控制等性能都有很大的作用。因此本次设计与PC机的通讯采用USB接口。
51.8 11 H S是Cypre公司推出的具有主/从两种工作模式的USB控制器[4]，遵循USB1.1 规范，可自动检测总线速率，支持全速12M bps和低速1.5 M bps设备;具有8位 23
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双向的数据总线，易与单片机连接;片内256字节的SRAM(其中16字节用于工作寄存器)，用于数据传输;可自动产生SOF和CRC5/16，简化软件工作量;片内具有根Hub,US B口可以直接外接集线器;支持挂起/唤醒工作模式，减少功耗;支持地址自动加1功能，在连续读写过程中，只需设置一次地址，其内部寄存器地址自动增加，这在大容量数据的通信中是非常必要的。
1.2 单片机与SL811H S接口设计
图 1所 示 是AT89C 51与SL811H S的硬件连接电路111。在本设计中，由于所选用的单片机AT89C51及其外围元件的工作电压为5V，而SL811H S的工作电压为3.3 V，所以系统应提供5V电压同时要进行电压转换。虽然SL811H S可以使用12M Hz晶振，但在实际使用过程中，如果晶振质量不太好，电路稳定性就会比较差，因此，设计时推荐使用48 MHz有源晶振。SL811H S的中断请求输出的是高电平，因此需要用反向器把它变换成低电平以满足AT89C51中断输人要求。此外，应注意SL811H S是低电平复位。为了便于调试，系统扩展了液晶显示器。硬件完成后要进行测试，先向SL811HS 寄存器中写人数据，之后读出数据并在液晶显示器上显示，如果和写人的数据相同，说明SL811H S与单片机连接正确。再用示波器观察有源晶振是否起振，一切正常后便进入软件调试。
图3.11 USB硬件接线图
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第四章 总结
通过这次的课程设计，我对学习了机电一体化系统设计方案的拟定有了一定的认识，涉及的内容广，包括机电一体化技术单片机原理及应用、机械设计、电机拖动技术、变频器技术，以及相关的电子技术。本设计是以机电一体化技术为依托，综合多门学科，实现机电一体化教学平台的设计。控制部分采用单片机技术，即CPU采用的是Atmel公司的AT89S52单片机，可实现在应用编程和在系统编程，单片机的外围电路有电源电路、复位电路、晶振电路、键盘电路、显示电路、步进电机驱动电路、USB接口电路、变频器控制电路等。主轴动力由三相交流异步电机提供，三相交流异步电机采用变频技术进行变频调速，变频调速是一种无极变速技术。显示部分采用LCD液晶显示器，显示的分辨率为320*240。由于X-Y平台的负载较大，其驱动的步进电机必须采用大功率步进电机，所以其驱动步进电机的电路必须能够承受高电流。
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关机电一体化技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手操作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。
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参考文献
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机电一体化实验教学平台设计
附录：带功能注释的源程序
USB部分驱动程序： 读单个寄存器: BY TE S L811R ead(B YTEa){SL 81 1H _ADDR二a;ret unr(SL811H _DATA);} 写单个寄存器: voi dS L8 11W rite(BYTEa ,B YTEd)}S L8 11 H _ADDR=a;SL8 11 H DATA=d;} 连续读 SL811H S寄存器: voi dS L8 11BufRead(BYTEa ddr,B YTE*s,B YTEc){B YT E c;SL8 11 H _ AD DR=addr;wh ile(c--)*s ++ = S L8 11H_DATA;} 连续写SL811H S寄存器: voi dS L8 11BufWrite(BYTEa ddr,B YTE*s,B YTEc)}B YT E c;SL8 11 H _ AD DR=addr;wh ile(c--)SL8 11 H _D AT A=*s++;}
