经济型数控车床控制系统硬件电路设计

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自动化学院

本科毕业设计（论文）

题目：经济型数控车床控制系统硬件电路设计专业：自动化（数控技术应用）

Graduation Design (Thesis) Hardware Design of Economic NC Lathe

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摘要

本文详细地介绍了经济型数控车床控制系统硬件电路的设计过程。该控制系统主要可分为四部分设计：CPU存储器扩展电路设计、显示电路设计、手动键盘和编辑键盘电路设计以及I/O扩展电路设计。在CPU存储器扩展电路设计中，CPU选用MCS-51系列的8031单片机，外扩32K的程序存储器和8K的数据存储器，分别用于存放系统管理程序、数控加工程序以及运算数据；在显示电路设计中，选用MCS-51系列的89C2051单片机作为从CPU，控制三排LED显示器，用于X轴、Z轴动态坐标以及相关数字的动态显示；在手动键盘和编辑键盘设计中选用8155芯片的PA口和PC口作为行、列母线，扩展矩阵式编辑键盘，用于程序和数据的输入或编辑，同时选用8031单片机的P1口扩展手动键盘，用于系统启动、停止以及运动部件在X、Z轴方向的手动控制；在I/O口扩展电路设计中选用8255芯片扩展输入输出口，用于接收和传送开关量及相关信息。总体来说，该设计电路简单、开发成本低、可靠性高，在此基础上，进一步完善硬件，并开发控制软件，对经济型数控车床，尤其是功能要求不高的经济型车床，具有一定的应用价值。

关键词：数控车床；控制系统；电路设计

ABSTRACT

This paper introduced the hardware design of the economy numerical control lathe in detail, which mainly includes four parts: RAM/ROM, display module, keyboard and system I/O. In the design, a MCS-51 series microprocessor, 8031, is chosen as the system CPU, a 32K ROM is used to store the system software and an 8K RAM, to store NC code and operation data respectively. Another MCU, 89C2051 is used to realize the control of the three rows LED monitor showing coordinates of axis X and Z axis and other state of the system. Charnel A and C of 8155 are used for editor keyboard, which make the inputting or editing of the NC code and data possible. Charnel P1 of 8031 is used for the operation keyboard such as system power on/off and movement of axis X or Z. a programmable parallel I/O chip, 8255, is used to achieve system I/O and the transmission of other information. In summarize, the system developed is characterized by its simplicity, low development cost and high reliability. It can find its actual value in the development of economic NC lathe, especially for those whose function is not desired so much.

Key words：Numerical Control Lathe; Control System; Circuit Design

目录

第一章绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 选题背景与意义 (2)

1.3 研究现状 (3)

1.4 本文的结构 (4)

第二章经济型数控车床控制系统硬件电路设计方案的拟定 (5)

2.1 控制对象及要求 (5)

2.2 总体控制方案的拟定 (5)

2.2.1 主CPU的选用 (5)

2.2.2 外扩存储器的确定 (6)

2.2.3 显示电路的确定 (6)

2.2.4 扩展键盘及I/O口电路的确定 (7)

2.2.5 总体方案的结构框图 (7)

第三章经济型数控车床控制系统硬件电路设计 (8)

3.1 CPU时钟及复位电路设计 (8)

3.1.1 时钟电路设计 (8)

3.1.2 复位电路设计 (8)

3.2存储器扩展电路设计 (9)

3.2.1 程序存储器扩展电路设计 (9)

3.2.2 数据存储器扩展电路设计 (11)

3.3 显示电路设计 (14)

3.3.1 数字动态显示电路设计 (14)

3.3.2 功能字显示电路设计 (16)

3.4 手动键盘和编辑键盘电路设计 (17)

3.4.1 手动键盘电路设计 (18)

3.4.2 工作方式选择开关电路设计 (20)

3.4.3 编辑键盘电路设计 (21)

3.5 I/O接口扩展电路设计 (23)

3.6 步进电机控制信号输出电路设计 (28)

3.7 译码电路设计 (29)

3.7.1 扩展芯片选择译码电路设计 (29)