【正文】 揚 州 市 職 業(yè) 大 學 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 設(shè)計（ 論 文） 題 目： pc 與數(shù)控機床通信系統(tǒng) 系 別 ： 電子工程系 專 業(yè) ： 通 信 班 級 ： 07級 (2)班 姓 名 ： 許 明 超 學 號 ： 0706020232 指導(dǎo)老師 : 沈梅梅 蔣 亞 平 完成時間 ： 2022年 5 月 目錄 許明 微軟用戶 第 2 頁 摘 要 ????????????????????????? 4 第一章 緒論 ??????????????????????? 5 PC 與數(shù)控機床通信系統(tǒng)發(fā)展前景 ?????????? 5 設(shè)計任務(wù)及要求 ?????????????????? 5 方案論證 ????????????????????? 5 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 ?????????????????? 7 系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 ??????????????? 7 硬件電路設(shè)計的基本原則 ???? ???????? ? 7 軟件系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 ????????????? 7 第三章 硬件電路設(shè)計 ????????????????????? 9 RS485/RS232 接口電路 ???????????? 9 RS485 總線的相關(guān)知識 ???????????? 10 RS485 總線的相關(guān)參數(shù) ???????????? 10 RS485 總線驅(qū)動芯片 ??????????? 11 單片機和看門狗電路 ?? ??? ?????????? 12 第四章 軟件設(shè)計 ????????????????????? 15 PC 與數(shù)控機床之間的通信協(xié)議 ???????????? 15 上位機（ PC 機）程序設(shè)計 ??????????????? 17 下位機軟件設(shè)計 ?????????????????? 20 第五章 總結(jié) ?????????????????????????? 21 許明 微軟用戶 第 3 頁 附錄一：下位機程序 ?????????????????? ? ? 22 附錄二：參考文獻 ???????????????? ???? 29 附錄三：元器件清單 ???????????? ??????? 29 許明 微軟用戶 第 4 頁 摘 要 隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，對數(shù)控機床的使用越來越多，而數(shù)控機床的控制更趨于網(wǎng)絡(luò)化，智能化。本設(shè)計是采用“ pc單片機”主從結(jié)構(gòu)模式，即以 pc 機為上位機，分布在各個車間的單片機控制單元為下位機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。利用串行通信功能完成上位機對下位機的控制程序以及數(shù)據(jù)傳輸，達到對數(shù)控機床狀態(tài)的監(jiān)控，以及溫度的采集的功能。 文章重點介紹了 PC 機與單片機（載控機床）上位機程序設(shè)計，下位機通信部分、RS485/422 接口的硬 件部分以及了解數(shù)控機床的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞： RS48單片機、串行通信、 Visual Basic Abstract With the rapid development of China39。s manufacturing industry, the use of CNC machine tools is increasing, the control of CNC machine tools also tend to be intelligent. This design is the use of pcSCM masterslave structure model, that pc machine as the host puter, distributed in various plant MCU control unit for the next bit machine system architecture model. Complete serial munication using the nextbit machine PC control program and data transmission, to monitor the state of CNC machine tools, as well as the functions of the temperature of the collection. Article focuses on the PC and MCU (set of CNC machine tools) PC programming, lower machine munications section, RS485/422 interface hardware, as well as understanding the development trend of CNC machine tools. Keywords: RS485, microcontroller, serial munication, Visual Basic 許明 微軟用戶 第 5 頁 第一章 緒論 PC 與數(shù)控機床通信系統(tǒng)發(fā)展前景 隨著數(shù)控機床的發(fā)展，數(shù)控機床在模具、航空、航天等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，在產(chǎn)品更新周期進一步縮短，加工質(zhì)量要求越來越高，零件越來越復(fù)雜等 情況下，將計算機與數(shù)控機床聯(lián)結(jié)起來，實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換或高一級的控制管理，從根本上提高數(shù)控機床的執(zhí)行效率，一直是制造業(yè)的研究內(nèi)容。 經(jīng)過幾十年計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機通信技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，串行通信作為一種靈活、方便、可靠的通信方式，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，數(shù)據(jù)處理以及控制信號的產(chǎn)生與傳輸?shù)裙δ?。同時串行通信還應(yīng)用于交通控制、分布數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信距離擴展、電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、高速公路收費系統(tǒng)、遠程控制、保密通信系統(tǒng)和教學實驗等等。用 PC機對數(shù)控機床進行實時監(jiān)控，完成 PC 與數(shù)控機床之間的程序或數(shù)據(jù)傳輸 。從而提高數(shù)控機床的自動化程度以及工作效率。 設(shè)計任務(wù)及要求 本設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計一個 PC 與數(shù)控機床的通信系統(tǒng)。完成 PC 與數(shù)控機床之間程序的傳輸，以及對數(shù)控機床狀態(tài)的監(jiān)控。 系統(tǒng)擬達到的技術(shù)指標為： （ 1）用一臺計算機或網(wǎng)絡(luò)對多臺數(shù)控機床進行控制，完成數(shù)控程序傳輸、機床狀態(tài)監(jiān)控等功能。 （ 2）通信距離大于 500 米。 （ 3）通信波特率大于 4800b/s。 （ 4）必須采用總線式結(jié)構(gòu)。 （ 5） 可以 自定義通信協(xié)議。 方案論證 當控制計算機與各數(shù)控機床相距較遠時，一般采用串行通信方式而不采用并行通 信方式。這是因為并行通信系統(tǒng)的造價較高、眾多的連線不僅容易引入干擾，也容易發(fā)生線路故障。串行通信由于接線少、成本低，在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 在軟件編程方面：本設(shè)計下位機采用的是單片機的匯編語言，上位 機（即 PC 機） 利用 Visual Basic 編程 。 用 開發(fā)串行通信程序有兩種法 ： 方案一： 利用 Windows 的 API函數(shù) 利用 API函數(shù)編寫串行通信程序較為復(fù)雜，需要掌握大量的通信知識，其優(yōu)點是可實現(xiàn)的功能更豐富、應(yīng)用面更廣泛，適合于編寫較為復(fù)雜的低層次通信程序。 方案二： 采用 MSComm 的 MSComm 通信控件提供了標準的事件處理函數(shù)、事件、方法，并通過控件屬 許明 微軟用戶 第 6 頁 性對串口參數(shù)進行設(shè)置，比較容易地解決了串口通信問題 。 通信總線可以有三種選擇： 采用 RS232 方式 RS232 規(guī)定的 20kb/s 的傳輸速率雖然能滿足異步通信要求（通常異步通信速率限制在 ），但對某些同步系統(tǒng)來說，不能滿足傳送速率要求。傳送距離短。 RS232接口的一般裝置之間電纜長度為 15米，即使有好的線路器件、優(yōu)良的信號質(zhì)量，電纜長度也不會超過 60米。 采用 CAN總線 CAN 即為控制局部網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 CAN總線的主要特性：具有實時性、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點 ； 采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在噪聲干擾環(huán)境中工作 ； 具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過 CAU控制器掛在 CNUbus上，形成多主機局部網(wǎng)絡(luò) ； 可靠的錯誤處理和檢錯機制 ； 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)。結(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能。 采用 RS485 方式 RS485 半雙工異步通信總線是一種被廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線。它具有通信距離遠、通信速率 高、成本低等特點。在數(shù)控機床數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)應(yīng)用中，由于設(shè)備數(shù)量多，發(fā)布較遠，現(xiàn)場的各種干擾也較大，往往通信可靠性及質(zhì)量不高。 RS485收發(fā)器采用的平衡發(fā)送和差分接收具有抑制共模干擾能力，加上收發(fā)器具有很高的靈敏度，能檢測低達 200mV的電壓，因此，傳輸信號可在千米以外得到恢復(fù)。 綜上所述，本設(shè)計 上位 機（即 PC機） 編程 采用 的通信控件 MSComm，通信總線可以選擇 RS485或 CAN總線 (本次選用 RS485)。 許明 微軟用戶 第 7 頁 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 采用“ pc單片機”主從結(jié)構(gòu)模式 ，利用 PC 機提供的 RS232 通信接口 ,通過 RS232與 RS485 轉(zhuǎn)接口完成電平的轉(zhuǎn)換。選用 VB 軟件開發(fā)上位機管理程序 ,從而解決了一臺計算機與多臺數(shù)控機床進行通信的問題 ,提高了系統(tǒng)資源的利用率 ,還為進一步構(gòu)建車間級制造管理系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。設(shè)計 擬采用單片機設(shè)計該系統(tǒng)。用一個單片機作為數(shù)控機床的通信接口。利用串行通信技術(shù)完成 PC 與單片機之間的通信。采用分布式布局，多臺數(shù)控機床通過一條總線完成與單片機的通信。 硬件電路設(shè)計的基本原則 硬件電路設(shè)計通信節(jié)點的電路，實際 是設(shè)計一個 RS485 網(wǎng)卡。此網(wǎng)卡有兩個通信接口：一個是 RS485接口，連接 RS485(CAN)網(wǎng)絡(luò)；另一個是 RS232 接口，與數(shù)控機床的RS232 或 PC 的 RS232 的接口連接。通信節(jié)點電路由 RS485/RS232 接口電路、單片機和看門狗以及電源電路組成。其總體 框圖如 所示。 圖 PC 與數(shù)控機床通信系統(tǒng)總體框圖 軟件系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 PC 作為主控機，通過 232/485 轉(zhuǎn)接設(shè)備接入 485 總線，它使用查詢方式與各個從機通信。帶有 485接口的單片機系統(tǒng) 作為從機，響應(yīng)主機的輪詢命令，將采集到的數(shù)據(jù)回傳給主機，從機之間的數(shù)據(jù)交換只能通過主機進行轉(zhuǎn)發(fā)。軟件總體設(shè)計框圖如圖 。 數(shù)控機床單片機系統(tǒng)RS 485 接口上位機 （ PC 機 ）RS 232 / RS 485 轉(zhuǎn)接卡數(shù)控機床單片機系統(tǒng)RS 485 接口數(shù)控機床單片機系統(tǒng)RS 485 接口節(jié)點 1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集節(jié)點 2節(jié)點 N?? ??RS 485 總線 許明 微軟用戶 第 8 頁 圖 軟件總體設(shè)計框圖 上位機 （ PC 機 ）下位機初始化接收數(shù)據(jù)幀模塊計算校驗和模塊數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送數(shù)據(jù)模塊M S C o m m 控件初始化模塊發(fā)送數(shù)據(jù)模塊接收數(shù)據(jù)幀模塊 許明 微軟用戶 第 9 頁 第三章 硬件電路設(shè)計 RS485/RS232 接口電路 RS485/RS232接口電路的主要作用是實現(xiàn) RS485電平和 RS232電平之間的轉(zhuǎn)換，如圖 31 所示。 MAX232 是 RS232 的驅(qū)動芯片，可實現(xiàn) RS232 電平和 TTL 電平之間的轉(zhuǎn)換。 MAX485 是 RS485 的驅(qū)動芯片，可實現(xiàn) RS485 電平和 TTL 電平之間的轉(zhuǎn)換。 CD4019是 2 選 1 數(shù)據(jù)選擇器。因為單片機 AT89C2051 只有一個串行通信口，而通信節(jié)點需要兩個串口，為節(jié)省成本，采用數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)串行通信口的切換。 圖 31 RS485/RS232接口電路 CD4091 是四與或門 2 選 1 數(shù)據(jù)選擇器，