【正文】 了電流檢測(cè)電阻 Rd 和反饋控制環(huán)節(jié)以及驅(qū)動(dòng)邏輯電路 .電路的工作過(guò)程：當(dāng)控制脈沖前沿來(lái)到時(shí) 異或門(mén)和或門(mén)的輸出都為“ 1”，則 高壓控制管 T1 與低壓控制管 T2 同時(shí)導(dǎo)通，主回路電流 i 按負(fù)指數(shù)規(guī)律上升： )(1)(1ri eIeRR U t/ τ0t/ τdCh ?? ???????? （式 31） 式中 Uh— 高電壓； Rc， Rd， r— 分別為限流電阻，電流檢測(cè)電阻和 繞組直流電阻； I0— 主回路初始電流； I0= Uh/（ Rc+Rd+r） τ — 主回路電氣時(shí)間常數(shù)（ mS）， τ=L/ （ Rc+Rd+r） L— 步進(jìn)電機(jī)一相繞組的電感量（ mH） . 當(dāng)電流上升到電機(jī)額定電流的 120%時(shí)，電流檢測(cè)電阻 Rd 上的電壓UC 大于參考電壓 Uref，檢測(cè)環(huán)節(jié)輸出一個(gè)正脈沖使高壓控制管關(guān)斷；此時(shí)由低壓電源 UL 經(jīng) D2向繞組供電，使維持電流為電機(jī)額定電流的90~100%.因低壓電源提供的維持電流小于高壓電源提供的上升電流； Rd上的電壓 Uc小于參考電壓 Uref，檢測(cè)環(huán)節(jié)不再輸出正脈沖，即在一個(gè)控制脈 沖周期內(nèi) T1 只導(dǎo)通 /截止一次，大大的減小了 T1 在切換過(guò)程中的功耗，使溫度下降 .而 T2 在整個(gè)控制脈沖的周期內(nèi)一直處于深度飽和，本身的壓降很小（一般小于 2伏）故發(fā)熱量很小 .控制脈沖及檢測(cè)脈沖與電流波形的關(guān)系見(jiàn)圖 。 27 表 36 多功能輸入選擇功能表 端子記號(hào) 端子功能說(shuō)明 規(guī)格 X1COM 多功能輸入選擇 1 X1至 X8為多功能輸入選擇 ， 可 依次 由 功能 碼119～ 126選擇所需功能，各功能碼的內(nèi)容對(duì)應(yīng)的能夠見(jiàn)多功能輸入選擇功能表 X2COM 多功能輸入選擇 2 X3COM 多功能輸入選擇 3 X4COM 多功能輸入選擇 4 X5COM 多功能輸入選擇 5 X6COM 多功能輸入選擇 6 X7COM 多功能輸入選擇 7 或測(cè)速輸入SM1 X8COM 多功能輸入選擇 8 或測(cè)速輸入SM2 FWDCOM 運(yùn)行控制（正轉(zhuǎn) /停止） REVCOM 運(yùn)行控制（反轉(zhuǎn) /停止） Y1COM 開(kāi)路集電極輸出 1 Y1， Y2 對(duì)應(yīng)的功能碼為128， 129，功能見(jiàn)開(kāi)路集電極輸出功能表 Y2COM 開(kāi)路集電極輸出 2 P24COM 24V 電源 最大輸出電流 100mA VRFGND 外接頻率設(shè)定用電源 +10VDC VCIGND 模擬電壓頻率設(shè)定輸入 輸入范圍 0～ +10V CCIGND 模擬電壓頻率設(shè)定輸入 模擬電流頻率設(shè)定輸入 輸入范圍 0（ 2）～ +10V 輸入范圍 0（ 2）～ +10V FMGND 輸出頻率顯示 0～ +10V AMGND 輸出電流顯示 0～ +10V 28 TA， TB，TC 變頻器正常： TATB 閉合，TATC斷開(kāi) 變頻器故障： TATC 閉合，TATB斷開(kāi) 接 點(diǎn) 額 定 值250Vac2A,30Vdc1A 主軸電機(jī)控制電路 主軸電機(jī)控制電路如圖 所示。 主軸電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及速度的可調(diào)。 BYTE1/BYTE 2：字節(jié)順序控制信號(hào)。存儲(chǔ)器所需要連接的地址線(xiàn)數(shù)目由存儲(chǔ)器芯片容量決定。設(shè)計(jì)中系統(tǒng)選取常用的 8位數(shù)據(jù)線(xiàn)的 6264做為擴(kuò)展芯片。片總線(xiàn)包括地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)，即所謂的三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。和一般微處理器相比較， 8031 增加了四個(gè) 8位 I/O 口、一個(gè)串行口、 128B 的 RAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（ SFR）。速度檢測(cè)器件采用光電碼盤(pán)，因其輸出為脈沖信號(hào)，可以通過(guò)計(jì)數(shù)器直接進(jìn)入單片機(jī)，這樣就省去了不少中間環(huán)節(jié)，大大降低了成本。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)主要用于舊機(jī)床的改造和機(jī)械設(shè)備升級(jí)換代。 后。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。 系統(tǒng)總體框圖 由上述分析可知，系統(tǒng)需要由 CPU（單片機(jī)）、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、主軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的控制、鍵盤(pán)顯示電路，以及電路的供電的電源等六部分 組成。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們選用的是 Intel公司生產(chǎn)的 MCS51系列高檔 8位 6 的 8031 單片機(jī)。 表 31 P3 口各位的第二功能 P3 口的位 第二功能 注釋 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 串 行數(shù)據(jù)接收口 串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 外中斷 0 輸入 外中斷 1 輸入 計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)輸入 外部 RAM 寫(xiě)選通信號(hào) (輸出 ) 8 外部 RAM 讀選通信號(hào) (輸出 ) ② 控制引腳 ALE/PROG ：地址所存允許信號(hào) /編程脈沖輸入端； EA /VPP：允許訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器 /編程電源輸入端； PSEN ：片外程序存儲(chǔ)器允許輸出信號(hào)端； RST/VPD：復(fù)位信號(hào)輸入端 /備用電源輸入端； ③ 時(shí)鐘引腳（ 2 條） XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。 復(fù)位時(shí)，只需將按鈕按下，使 RET 引腳保持高電平為兩個(gè)機(jī)器周期以上，就能使單片機(jī)復(fù)位。而外部存儲(chǔ)器大多放在主機(jī)外面，一般只與內(nèi)存儲(chǔ)器進(jìn)行交換信息，存取速率低，但存取容量大。 P0口為 8031 單片機(jī)的地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)的復(fù)用端口。 （ 1） DAC1208 的引腳排列 DAC1208 的引腳排列如圖 所示。 D I 1 1 D I 9 D I 7 D I 5 D I 3 D I 1 W R 1 W R 2 C S D I 10 D I 8 D I 6 D I 4 D I 2 D I 0 R f b V c c I O U T 1 V RE F A B N D D G N D I O U T 2 22 15 16 17 18 19 5 4 20 6 7 8 9 2 23 地址譯碼 S 1 S 2 21 1 A 15 ～ A2 11 13 14 12 3 — ＋ L F 35 6 V O U T V CC 25K Ω 6 7 2 3 4 1 5 滿(mǎn)量程調(diào)節(jié) 50 Ω 20pF － 15V ＋ 15V V os 調(diào)節(jié) D 7 D 6 D 5 D 4D 3D 2D 1D 0 WR A0 至 8031 單片機(jī) 24 10 15V V RE F D A C 12 08 V OUT ＝ 4096( D )V R E F? （ 0 ≤ D ≤ 4095 ） 圖 DAC1208 與 8031 單片機(jī)接口 由圖 可知 8 位數(shù)據(jù)總線(xiàn) D7～ D0 可接 8031 的 P0口， A0 是 P0口輸出的低 8 位地址經(jīng)鎖存后的地址最低位。 ⑥ 應(yīng)用范圍：風(fēng)機(jī)、水泵、傳送設(shè)備、提升設(shè)備和其他設(shè)備配套。 （ 1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電 路有多種。 鍵盤(pán)顯示電路的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)和顯示器接口電路常使用 8155 接口芯片，所以下面先介紹 8155 接口芯片，然后再介紹接口電路。根據(jù)系統(tǒng)的要求，這里我們采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 220V ～ V in V out 7805 GND GND 7915 V in V out V in V out 7815 GND + 5V GND + 12 V GND 12V 3300 μ f 0. 01 μ f + + + + + + 3300 μ f 3300 μ f 0. 01 μ f 0. 01 μ f 0. 01 μ f 0. 01 μ f 0. 01 μ f 47 μ f 47 μ f 47 μ f 圖 電源電路 44 +80V 電源的設(shè)計(jì) 為步進(jìn)電機(jī)的高壓驅(qū)動(dòng)能正常的工作 , 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè) +80V 的直流穩(wěn)壓電源， 提供高壓電源供電，設(shè)計(jì)中， 我們選用各方性能都比較好的串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)思想來(lái)實(shí)現(xiàn)。各顯示位的點(diǎn)亮?xí)r間間隔為 1ms。 46 第 4 章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 對(duì)于本系統(tǒng)，它主要包括主程序、鍵盤(pán) 子程序、顯示子程序，中斷子程序、 PID 控制算法子程序和 D/A 轉(zhuǎn)換子程序。在本系統(tǒng)中，所需的電源主要有給集成芯片供電的 +5V 電壓和給集成運(yùn)放供電的177。采用 CS5137T 共陰極數(shù)碼管。 +5V 1k 680k 680k 1 3DU31 T 2FG5SC D P1 P2 36 圖 光電轉(zhuǎn)換整形電路 對(duì)于 P1— P2的波形整定我們是靠由 555組成的施密特觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其工作原理 :如圖 所示。 位置控制單元的設(shè)計(jì) 對(duì)于數(shù)控裝置的位置控制。但必須采用屏蔽電纜； ②控制端子 CCI 既可輸入電壓信號(hào)，又可輸入電流信號(hào)，必須根據(jù)輸入信號(hào)的類(lèi)型，在主控板上 I/V 選擇插座 CN10 做相應(yīng)的跳線(xiàn)選擇；若采用電流輸入方式，則 CN10 應(yīng)選擇 I 側(cè)，若采用電壓輸入方式，則CN10 應(yīng)選擇 V 側(cè)； 23 圖 變頻器基本配線(xiàn)圖 ③ 用控制端子運(yùn)行時(shí)，一般要求通過(guò) FWD或 REV與 COM來(lái)控制。在 XFER =0時(shí)， 2WR 的低電平將輸入寄存器中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入 DAC 寄存器，以進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。在本系統(tǒng)中，為了使電機(jī)的控制更加靈活和方便，我們采用了具有多種功能和優(yōu)越性的 TD2020 系列變頻器 TD20204T0055G/0075P，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，同時(shí)在本系統(tǒng)中，我們打破了以往用手動(dòng)控制來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度的常規(guī)，加入了 12 位的 D/A 轉(zhuǎn)換器DAC1208，用它的輸出對(duì)變頻器進(jìn)行控制以達(dá)到調(diào)速的目的，使整個(gè)系統(tǒng)的操作更加方便和智能 化。但是，在 15 對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行 讀 /寫(xiě)操作時(shí)， 16 位地址必須保持不變，這就需要選用適當(dāng)?shù)募拇嫫鞔娣诺?8 位地址，以保證 P0口線(xiàn)作數(shù)據(jù)總線(xiàn)使用時(shí)所選外部存儲(chǔ)器單元的 16 位地址不丟失，這個(gè)外部的寄存器就稱(chēng)為外部地址鎖存器。 單片機(jī)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路 存儲(chǔ)器在簡(jiǎn)易數(shù)控裝置中是用來(lái)存放程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)。 C C2可在 20pF～ 100pF 之間選擇，一般當(dāng) 單片機(jī)外接晶體時(shí)的典型取值為 30pF，為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO 電容。 ～ ： P1口作通用 I/O口使用 ,用于傳送用戶(hù)的輸入 /輸出數(shù)據(jù)。 CPU 在 CNC 裝置工作時(shí)，其控制單元從存儲(chǔ)器中依取去處組成程序的指令，進(jìn)行譯碼后，向 CNC 裝置的各部分按順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號(hào)，同時(shí)接受執(zhí)行部件發(fā)出的反饋信號(hào)，與程序中的指令信號(hào)比較后，決定下一步的應(yīng)執(zhí)行的 操作。只要提高檢測(cè)元件和檢測(cè)系統(tǒng)的精度，數(shù)控裝置的加工精度將會(huì)大大提高。使用變頻調(diào)速系統(tǒng)控制主軸電機(jī)的運(yùn)行。 目前的單片機(jī)數(shù)控裝置，大多采用 MCS51 系列單片機(jī)。 2 第 2 章 系統(tǒng)總體方案的確定 主要技術(shù)要求 （ 1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)： 75BF001 相數(shù)： 3 部距角： 176。 CPU（單片機(jī)）與 總線(xiàn)、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、主軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、 半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的控制電路 、鍵盤(pán)顯示電路，以及電路供電電源等六部分組成。 P0 口既可作地址 /數(shù)據(jù)總線(xiàn)使用，又可作為通用的 I/O 端口使用。單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、上電復(fù)位部分和晶振時(shí)鐘源，如圖 所示。這類(lèi)總線(xiàn)有RS232C、 RS42 IEEE488 等。 表 33 6264 工作方式的選擇 引腳 工作方式 CS OE WE D0～ D7 寫(xiě) VIL VIH VIL DIN 讀 VIL VIL VIH DOUT 未選中 VIH X X 高阻 輸出禁止 VIL VIH VIH 高阻 另外，在 8031 單片機(jī)中的 16 位地址，分為高 8 位（ A15～ A8）和低 8 位（ A7～ A0）。 SRAM 的讀寫(xiě)讀寫(xiě)控制信號(hào)（ WE 、 OE ）應(yīng)分別與 8031 的 （ WR ）和 （ RD ）相連， EPROM 的讀寫(xiě)控制 OE 應(yīng)與 8031 的讀選通 PSEN 相連； 對(duì)于實(shí)現(xiàn)片選 的方式有線(xiàn)選和譯碼選通兩種方式，系統(tǒng)采