数控机床单片机控制系统设计

简易数控机床控制系统设计

学号：0601302009 专业：机械电子工程姓名：浦汉军 2007，9，10 南宁任务：

设计以单片机为控制核心的简易数控机床的数字程序控制器。要求

1、能用键盘控制工作台沿+X、-X、+Y、-Y向运动，以校正工作台位置。

2、可用于加工直线和圆弧。

3、在运行过程中可人工干预而紧急停车。

4、能实现越界报警。

5、可与PC机通讯。

总体方案设计

一、数控系统硬件电路设计

选用MCS-51系列的8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片EPROM用于存放控制程序、固定批量生产的工件加工程序和数据，再选用一片8kb的6264RAM作为存放试制工件或小批量生产的工件加工程序和数据。由于系统扩展，为使编程地址统一，采用74LS138译码器完成译码法对扩展芯片进行寻址的功能。还要考虑机床与单片机之间的光电隔离、功率放大电路。其设计框图如下图所示：

图1.1 总体设计框图

工作原理：单片机系统是机床数控系统的核心，通过键盘输入命令，数控装置送来的一系列连续脉冲通过环形分配器、光电耦合器和功率放大器，按一定的顺序分配给步进电动机各相绕组，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电，这样控制步进电动机带动工作台按照指令运动。1．各单元电路设计

1．1存储器的扩展

选择晶体振荡器的工作频率f 为12MHz 。主控器CPU 选用8031，根据容量估算，选用一片2764作为程序存储器，一片6264作为数据存储器。同时，还采用一片74LS373作为地址锁存器。 1．2程序存储器2764

EPROM 是用紫外线可擦除的半导体只读存储器， 2764芯片引脚的介绍如下。 P0~P7：数据线，输出。编程时代码输入。 A0~A7：地址线，输入。

CE ：片选信号，低电平有效，输入

：读信号，低电平有效，输入

PGM ：编程脉冲输入端，输入

Vpp ：编程电压(典型值为12.5V) Vcc ：电源(+5V) GND ：接地(0V)

5

43D 011

D 112D 213D 315D 416D 517D 618D 719A 010A 19A 28A 37A 46A 55A 64A 73A 825A 924A 1021A 1123A 12

2

G N D 14C E 20

PG M

27V c c 28V p p

1

N C 26

O E 22

2764

图1.2 2764引脚图

1．3数据存储器6264

1)6264为24脚双列直插式器件，其引脚图和逻辑符号图如图1.3所示。 A0～A12：地址输入线。 D0～D7：双向三态数据线。

：片选信号输入线，低电平有效。

CE2：片选信号输入线，高电平有效，可用于掉电保护。

输出允

许编程 逻辑 译 码

输出缓冲

256 256存储矩阵

A12 A11

``` A0

OE

PGM

CE

D0 ``` D7

：读选通信号输入线，低电平有效。 ：写允许信号输入线，低电平有效。 ：工作电源电压(+5V)。 GND ：电源地。

N C 1

A 122A 73A 64A 55A 46A 37A 28A 19A 010D 011

D 112D 213G N D

14

D 315D 416D 517D 618D 719C E120

A 1021

O E 22

A 1123A 924A 825C E226

W E 27V c c 286264

图1.3 6264引脚图和逻辑符号图

2)6264芯片操作方式选择如表1.1所示。 如表1.1

CE

WE

OE 方式 功能

0 0 1 写 D0~D7上内容写入A0~A10对应单元 0 1 0 读 A0~A10对应单元内容输出到D0~D7

X

X

非选

D0~D7呈高阻

1．4键盘显示电路

根据系统要求，通过键盘输入命令来实现对机床工作台的运行控制。一共需要五个键，四个分别控制工作台向+X 、-X 、+Y 、-Y 方向运行，另一个作启动键；通过LED 数码管显示工作台的运行位置，行程范围为10米，精确到0.01米，所以用了4个LED 数码管采用动态显示。

采用键盘显示器接口8279来实现键盘显示功能。它主要由以下几部分组成。 1)I/0控制和数据缓冲器； 2)控制和定时寄存器及定时控制部分； 3)扫描计数器；

A12 Vcc

` WE ` CE2 A0 OE D0 1CE ` `

` GND D7

4)回送缓冲器与键盘去抖控制电路；

5)FIFO(先进先出)寄存器和状态电路；

6)显示器地址寄存器及显示RAM。

下面对引脚名称作简要说明。

DB0～DB7:双向数据总线，用来传送8279与CPU之间的数据和命令。

CLK:时钟输入线，用以产生内部定时的时钟脉冲。

RESET:复位输入线，8279复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹型式，程序时钟前置分频器被置为31,RESET信号为高电平有效。

SL0~SL3：扫描线

RL0~RL7：回送线[17]

工作过程：每当按下一个键，8279会自动识别键号，产生相应的键编码自动送入先进先出寄存器FIFO中，同时产生中断请求信号IRQ，向CPU请求中断。当CPU响应中断，执行中断服务程序，并从FIFO中读取编码数据之后，则IRQ信号自动撤消。

如果上一个键的编码数据尚未取走，下一个键盘又被按下，则新的键码进入FIFO