滕敦波

（煙臺南山學(xué)院,山東 煙臺 265713）

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

滕敦波

（煙臺南山學(xué)院,山東 煙臺 265713）

數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，采用了數(shù)控技術(shù)，是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是由主機(jī)，CNC，驅(qū)動裝置，數(shù)控機(jī)床的輔助裝置，編程機(jī)及其他一些附屬設(shè)備所組成。該控制系統(tǒng)采用軟件中斷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及子程序結(jié)構(gòu)，子程序結(jié)構(gòu)簡單、條件明確在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用比較多。中斷結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)便于修改和擴(kuò)充，編制較為方便，便于向多處理機(jī)方向發(fā)展。

數(shù)控機(jī)床；開放式數(shù)控系統(tǒng)；電動機(jī)

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價格低廉等特點(diǎn)，它的控制系統(tǒng)通常采用單片機(jī)，驅(qū)動電機(jī)采用步進(jìn)電動機(jī)，多數(shù)采用開環(huán)控制，由于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)具有較高的性能價格比，因而廣泛地應(yīng)用于機(jī)床產(chǎn)品的升級換代和普通普通機(jī)床的技術(shù)改造上。近年來，我國在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的研究開發(fā)和生產(chǎn)上投入了大量人力和物力，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域里經(jīng)歷了幾個五年計(jì)劃之后已經(jīng)取得了可喜成果，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床在我國機(jī)床市場上占有較大比重，成為我國制造業(yè)不可或缺的一部分。

1 硬件控制電路的組成

現(xiàn)在所說的(MNC)即CNC裝置，其主要分為兩種形式：一種是單個CPU組成的控制系統(tǒng)，另一種是由兩個或兩個以上的CPU組成的多微處理器系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床大多數(shù)采用一個CPU完成機(jī)床的控制。

1.1 硬件電路的組成

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床由一個8031單片機(jī)、一個74LS373地址鎖存器、一個74LSl38地址譯碼器、兩個2764EPROM存儲器、兩個8155接口芯片、光電各電路、功率放大電路、Z向電機(jī)和x向電機(jī)等組成。

1.2 電路圖信號流程分析

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床依靠輸入的程序指令來實(shí)現(xiàn)對零件進(jìn)行各種形狀的加工，各種指令在計(jì)算機(jī)中是以信號的形式存在的；下面就簡要分析一下經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的電路圖的信號流程：

（1）信號的采集。本電路的信號采集有兩個地方：l)BCD撥碼盤。此撥碼盤與8031(1)的PA口和PB口相連，在此撥碼盤上輸入每條指令對應(yīng)的二進(jìn)制代碼后，即可完成信息的采集。2)計(jì)算機(jī)鍵盤，在鍵盤上分別輸入各條指令的助記符，計(jì)算機(jī)會根據(jù)鍵盤上輸入的字符撲做相應(yīng)的二進(jìn)制代碼信息，然后進(jìn)行傳送、處理等操作。

（2）信號的輸入。當(dāng)信息被輸入后，就要進(jìn)行信號的傳輸了。信號的傳輸通過地址線和數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸，控制線控制相應(yīng)信號的各種動作。本電路圖通過8031的Pl口和8255(2)的PC口相連的部分；信號以低電平的形式被采集，以高電平的形式被傳輸；因?yàn)楫?dāng)某一路的信息被采集后則相應(yīng)的線路就被導(dǎo)通，這時，8031的Pl口的相應(yīng)位變?yōu)楦唠娖剑盘柧捅粋鬏數(shù)搅?031的Pl口。

（3）信號的處理。當(dāng)指令信號被輸入到8031后，接著就要進(jìn)行信號的算術(shù)邏輯運(yùn)算處理了，計(jì)算機(jī)通過Ax進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，在控制器的控制下進(jìn)行，將處理過的信號變成各種相應(yīng)指令控制計(jì)算機(jī)完成該指令的功能。同時對外界做出相應(yīng)的反應(yīng)，使數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器與之保持相應(yīng)的協(xié)調(diào)一致。

（4）信號的輸出。信號被處理后便可以輸出了；信號的輸出有兩個方向：l)信號直接輸入到8255(2)接口以控制x電機(jī)和Z電機(jī)做出相應(yīng)的動作，從而達(dá)到加工出相應(yīng)零件的目的。2)信號也可以在地址鎖存允許信號ALE的控制之下，被輸入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器或者數(shù)據(jù)存儲器中，以便下次調(diào)用或者程序的備份。

2 主要芯片功能介紹

2.1 單片機(jī)簡介

8031單片機(jī)的基本特征：目前性能較高的8位單片微型計(jì)算機(jī)。內(nèi)部包含一個8位PROG，128字節(jié)的RAM，兩個16位定時器，4個8位并行接口，一個全雙功能串行口，可擴(kuò)展的外圍程序存儲器和俄數(shù)據(jù)存儲器的容量各64K字節(jié)，具有5個中斷源并配有兩個優(yōu)先級，還有21個特殊功能寄存器。

圖1 8031單片機(jī)示意圖

2.2 管腳功能及使用特性

8031單片機(jī)是一個有40根引腳的雙列直插式器件，引腳圖如圖1，其引腳功能說明如下：

VCC：編程和正常操作的電源電壓端，電壓為+5V

P0口：8位雙向I/O口，既是數(shù)據(jù)線，又是8位地址線，分時使用。

P1口：8位雙向I/O口，專供用戶使用，此處為技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入端口及結(jié)果的輸出端

P2口：8位雙向I/O口，系統(tǒng)外圍存儲器擴(kuò)展時，律高8位地址線使用，

系統(tǒng)不需要擴(kuò)展時，也可以供用戶使用。

P3口：8位雙向I/O口，是一個雙功能口，第一功能和Pl口一樣可以作為通用I/O口，工作于第二共猛士，各端口的定義如下：

P3.0----RXD，串行輸入； P3.1----TXD，串行輸出；

P3.2----INT0，外圍中斷輸入；P3.3----INTl，外圍中斷輸入；

P3.4----T0，定時器0外圍輸入端；P3.5----Tl，定時器l外圍輸入端；

P3.6----wR，寫信號； P3.7----RD，讀信號；

ALE/PROG：訪問外圍存儲器時，用于鎖存地址低8位字節(jié)地址鎖存允許輸出。ALE提供一個定時信號，在外為存儲器存取數(shù)據(jù)時把P0口的低位地址字節(jié)鎖存到外界的鎖存器中。這個引腳也是EPROM編程時的編程脈沖輸入端(PROG)。

PSEN：程序鎖存允許輸出，是外圍程序存儲器的讀選通信號。

EA/VPP：EA為高電平時，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。EA為低電平時CPU執(zhí)行外部承襲存儲器的指令。使用8031單片機(jī)時，EA必須接地。

XTALl：振蕩器的反向放大器輸入，使用外部振蕩器時必須接地；

XTAL2：振蕩器的反向放大器輸出，使用外圍振蕩器時，接收外圍振蕩信號；

RESET/VPD：復(fù)位控制信號，在振蕩器運(yùn)行時，使RESET腳至少保持兩個機(jī)器周期為高電平時，可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。在電源關(guān)斷之前加上掉電保護(hù)電路，RAM的內(nèi)容將不會丟失。

2.3 存儲器擴(kuò)展電路

8031單片機(jī)沒治師28字節(jié)的RAM，沒有ROM.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)需要的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量較大，必須外接程序存儲器(EPROM)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)芯片。

常用的EPROM存儲器有：2716、2732、2764、27128、27256等，其容量分別為：2K、4K、8 K、16K、32K。該系統(tǒng)使用的芯片是2764。

（1） 2764芯片介紹

2764芯片是一種位容量為8kbX8的EPROM，它有l(wèi)3條地址線(A12至AO)，8條數(shù)據(jù)引腳(D7至DO)，2個電壓輸入端Vpp和Vce，除此之外，還有l(wèi)個芯片允許端CE和編程脈沖控制端PGM。

（2）地址鎖存器74L8373

如圖2，74L8373是一個帶三態(tài)門的8D鎖存器，他作為8031外部的一個擴(kuò)展輸出口；其工作原理：當(dāng)8031把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，便通過ALE發(fā)出一個控制信號加到373的G端，即鎖存控制端，使數(shù)據(jù)鎖存在373中。

單片機(jī)規(guī)定P0口提供地8位地址線，同時又要作數(shù)據(jù)線，所以P0是一個分時輸出地8位地址和數(shù)據(jù)的通道口。為了把地址信息分離出來保存，提供外界存儲器的低8位地址信息，通常采用74L8373作為地址鎖存器。74L8373的引腳見圖紙。1D至8D輸入端，lQ至8Q是輸出端，CE是片選端選通端G與8031單片機(jī)的地址瑣存信號ALE連接。當(dāng)選通端G=1時，74L8373的輸出端與輸入端相同，當(dāng)G端從高電平返回低電平時，輸入的地址信息就被鎖入lQ至8Q中。

圖2 地址鎖存器74L8373示意圖

[1]李慶芬.機(jī)電工程專業(yè)英語[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001.

[2]劉寶廷.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動控制系統(tǒng)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，l997.

[3]劉書華.數(shù)控機(jī)床與編程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

滕敦波（1981—），男，山東臨沂人，煙臺南山學(xué)院工學(xué)院，講師。