数控机床单片机控制系统设计Word格式文档下载.doc
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X相步进电动机
Y相步进电动机
键盘输入
LED显示
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。
:
片选信号,低电平有效,输入
读信号,低电平有效,输入
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)
输出允
许编程
逻辑
译
码
输出缓冲
256256存储矩阵
A12
A11
```
A0
D0```D7
图1.22764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。
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)。
电源地。
A12Vcc
`
`CE2
A0
D0
`
`GND
D7
图1.36264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
方式
功能
1
写
D0~D7上内容写入A0~A10对应单元
读
A0~A10对应单元内容输出到D0~D7
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;
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。
片选输入线,低电平有效,单片机在为低时可以对8279进行读/写操作。
A0:
缓冲器低位地址,当A0为高电平时,表示数据总线上为命令或状态,
当为低
图1.6键盘、LED数码管显示器电路
电平时,表示数据总线上为命令或状态,当为低电平时,表示数据总线上为数据。
:
读信号输入线,低电平有效,将缓冲器读出,数据送往外部总线。
写信号输入线,低电平有效,将缓冲器读出,将数据从外部数据总线写入8279的缓冲器。
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中。
由于FOIO中由8个存储单元组成,故最多可依次暂存8个键码。
只
有在读完所有数据时,IRQ信号才会撤消。
在中断程序中,CPU是用片外取数指令(MOVX指令)从FIFO中读取数据。
1.5反应式步进电动机的选择
根据所获得的信息和实际要求,选用步进电机为75BF001型三相六拍反应式步进电机,其工作电压为+24V,相电流为3A,步距角为1.5度。
3.2.5.1环行脉冲分配器
由于本设计选择三相步进电动机75FB001,相对应选择可以控制三相步进电动机的5G8713集成电路芯片。
表1.28713引脚功能
引脚
说明
正转脉冲输入端
1、2脚为双时钟输入端
2
反转脉冲输入端
3
脉冲输入端
3、4脚为单时钟输入端
4
转向控制端。
0为反转;
1为正转
5
6
工作方式选择:
00为双三拍;
01、10为单三(四)拍;
11为六(八)拍
7
三/四相选择。
0为三相;
1为四相
8
地
9
复位端,低电平有效
10
11
12
13
输出端。
四相用13、12、11、10脚,
分别代表A、B、C、D;
三相用13、12、11角,
分别代表A、B、C
14
工作方式监视。
0为单三(四)拍;
1为双三(四)拍;
脉冲为六(八)拍
15
输入脉冲状态监控,与时钟同步
16
电源
P1.03 13A相驱动
P1.14
5V 12B相驱动
8051系列 8713
5 11C相驱动
单片机 6
7
1.7脉冲分配器与单片机接口
1.6保护电路
采用光电耦合器接口把控制计算机和外部驱动电路完全隔离开来。
具体的光电耦合器如图1.8。
驱动电路
本设计采用的驱动电源是功率开关集成电路TWH8715/2。
这是一个集放大、比较、选通、整形和功率开关于一体的高速功率开关集成电路。
其真值表分别见图1.9及表3.7。
1)TWH8715/2引脚功能[18]
1——控制端(高电平有效,TTL电平,下同)
2——输入端(选通端低电平有效)
3——V-(单电源使用时,接地)
4——输出端