数控铣床控制系统设计

数控铣床控制系统设计

目的：

设计以AT89S51为控制核心的数控铣床控制系统。

要求：

1、通过键盘控制工作台沿-X，+X，-Y，+Y，-Z，+Z方向的移动，照明

设备的开启及主轴转速的控制,读取EPROM程序指令。

2、能够实现与PC的通讯。

3、当冷却液或润滑油供应不足时有自动报警机制。

4、通过LED数码显示器实时显示X,Y,Z坐标及主轴转速。

5、实现X，Y，Z轴越界报警。

6、设计急停按钮。

总设计方案

1 数控系统硬件接线

选用AT89S51 单片机作为此次数控系统设计的核心控制处理器，采用两片89S51双机通讯，外接两片2764 EPROM用于存放控制程序、批量生产工件加工程序及数据，再选用两片8kb的6264RAM作为存放试制小批量生产工件加工程序及数据。由于系统扩展，为使编程地址统一，我们采用74LS373、74LS139译码器完成译码法对扩展芯片进行寻址的功能，如图 1.0所示为总体设计框图。

图1.0 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。

1.1 双机通信接口

本次设计采用RS-485双机通信接口，RS-485是RS-422A的变型，它与RS-422A 的区别在于：RS-422A为全双工，采用两对平衡差分信号线；而RS-485为半双工，采用一对平衡差分信号线。RS-485对于多站互联十分方便且相对便宜，所以采用此种接口，如图1.1是本设计中的双机通信接口。

图1.1 双机通信图

在上图中，RS-485以双向、半双工的方式实现双机通信。在AT89S51单片机系统发送或接受数据前，应先将SN75176的发送门或接受门打开，当P1.0=1时，发送门打开，接受RS-485电平、RS-485电平到TTL电平的转换功能。

1.2 存储器的扩展

选择晶体振荡器的工作频率为12MHz。主控器选用AT89S51，由于数控铣床根据加工零件的复杂程度，相应的编程语言会相当复杂，而且数据传输量大，因此，单纯靠51芯片内部自带的存储空间远远不能满足使用要求，有必要对数据存储区和程序存数区进行扩展。根据估计，每片89S51选用两片2764作为程序存储器，两片6264作为数据存储器。同时，并采用一片74LS373地址锁存器和一片74LS139作为片选芯片。

1.2.1 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 是8K*8 字节的紫外线镲除、电可编程只读存储器，单一+5V 供电，工作电流为75mA，维持电流为35mA，读出时间最大为250nS，如图1.2是2764芯片的28脚双列直插式封装及内部原理，如下是2764芯片各引脚的作用：

P0～P7：数据线，输出，编程时代码输入。

A0～A7：地址线，输入。

GND ：接地(0V)。

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

D 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

N C 1

A 122

A 73A 64A 55A 46A 37A 28A 19A 010

D 011

D 112D 213G N D

14

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

A 1021

O E 22

A 1123

A 924A 825

C E226W E 27

V c c 28

6264

DIG0～DIG7：8位LED位选线，从共阴极LED中吸入电流。

SEG A～SEG G DP：7段驱动和小数点驱动。

IEST：通过一个10k电阻和Vcc相连，设置段电流。

图1.4 MAX7219引脚图

图1.5 显示电路

2）采用键盘接口74LS164实现数码管动态显示功能。

74LS164是高速硅门CMOS，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容，功耗为80mW，工作电压为+5v。74HC164、74HCT164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出，如图1.7是键盘接线电路图。数据通

过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空，如图1.6所示为74LS164的封装方式。

时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0、Q0 是两个数据输入端（DSA和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有

输入端都无效，非同步地清除寄存器，强制所有的

输出为低电平。各引脚功能：

DSA：数据输入。

DSB：数据输入。

Q0～Q3：输出。

GND：地（0V）。

CP：时钟输入（低电平到高电平边沿触发）

：中央复位输入（低电平有效）

Q4～Q7：输出。图 1.6 74LS164引脚图

Vcc：正电源。

图1.7 键盘电路图

1.4 保护驱动电路

1.光电耦隔离