【文章內(nèi)容簡介】 以實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫。 掉電保護(hù)電路 6264 具有兩個(gè)片選引腳：其中 CE1 為低電平有效； CE2 為高電平有效。 CE1 用 CPU的高位地址線 A1 A1 A13 經(jīng) 74LS138 的輸出 Y0來選通。 CE2 由比較器 LM393的輸出經(jīng)兩次反相后提供。當(dāng)系統(tǒng)處于上電或斷電的過程中，系統(tǒng)的工作電壓低于 +5V， LM393 比較器輸出低電平，經(jīng)兩次反相后，送到 6264 的 CE2也是低電平，于是禁止對 6264 進(jìn)行讀 /寫；當(dāng)系統(tǒng)的工作電壓 +5V 穩(wěn)定后， LM393 輸出高電平，6264 的第二片選 CE2 也變成高電平，如果此時(shí)第一片選 CE1 為低電平，那么 CPU就能對 6264 進(jìn)行讀 /寫操作了。圖 23 為 6264 的掉電保護(hù)電路 ：華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 23 6264的掉電保護(hù)電路 I/O 接口電路 由于 AT89S52 只有 P1和 P3口部分能提供用戶作為 I/O 口使用，不能滿足輸入口的需要，因而系統(tǒng)必須擴(kuò)展輸入輸出接口電路。系統(tǒng)的擴(kuò)展采用了一 片 8255可編程 I/O 接口芯片。 8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程輸入 /輸出接口芯片，它具有 A、 B、 C 三個(gè) 8 位的并行 I/O 口，可選擇三種工作方式。工作方式 0 為基本的輸入輸出；方式 1 為選通輸入輸出； 方式 2 為雙向傳送。 8255A 還能對 C端口的任一位進(jìn)行置位 /復(fù)位操作。 其 I/O 接口連接電路如圖 24 所示 。 8255 的片選信號(hào) C___S 接 74LS138 的 Y——1， 74LS138 譯碼器有三個(gè)輸入 端 A、B、 C 分別接到 AT89S52 的 、 、 ，輸出 Y——0~ Y——78 輸出，低電平有效。 Y——0~Y—— 7對應(yīng)輸入 A、 B、 C 的 000 至 111 的 8 種組合，其中 Y—— 0對應(yīng) A、 B、 C 為 000，Y—— 7對應(yīng) A、 B、 C 為 111。 74LS138 還有三個(gè)使能端，其中 2 個(gè)（ G—— 2 A—— 和 G—— 2 B—— ）為低電平使能，另一個(gè) G1為高電平使能。只有當(dāng)使能端均處于有效電平時(shí)，輸出才能產(chǎn)生，否側(cè)輸出處于高電平無效狀態(tài)。 所以把 G——2 A——和 G——2 B——接低電平，把G1接高電平（ +5V）。 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 10 圖 24 I/O 接口電路 步進(jìn)電機(jī) 與驅(qū)動(dòng)電路 通常在經(jīng)濟(jì)型數(shù)據(jù)機(jī)床中，大多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的角位移的電動(dòng)機(jī)。其角位移量與電脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 環(huán)形分配器是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，通常分為硬件環(huán)分和軟件環(huán)分兩種。硬件環(huán)分由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成，一般放在驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部，其優(yōu)點(diǎn)是分配脈沖速度快，不占用 CPU 的 時(shí)間。本設(shè)計(jì)中我們采用硬件環(huán)分 ，由于本設(shè)計(jì)中我們選用的 X 向和 Z 向的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)分別為110BYG5802 和 130BYG5501，這兩種電動(dòng)機(jī) 均為 5相混合式 ，所以我們選用控制該步進(jìn)電機(jī)的專用芯片 PMM8714。采用硬件環(huán)分時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電節(jié)拍由硬件電路來決定， 控制器與硬件環(huán)分電路的連接只需兩根信號(hào)線：一根方向線，一根脈沖線。 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行并輸出一定功率，需要有足夠的功率提供給電動(dòng)機(jī)，因此需要有功率放大環(huán)節(jié)。脈沖分配器及前面的微機(jī)及接口芯片，工作電壓一般為 5V，而作為電機(jī)電源要符合步進(jìn)電機(jī)要求的額 定電壓值。為了避免強(qiáng)電對弱電的干擾，在它們之間應(yīng)采用隔離電路。 硬件環(huán)分的脈沖分配如圖25。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 25 硬件環(huán)分的脈沖分配 本 設(shè)計(jì) 中 X 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 110BYG5802， Z 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為130BYG5501，生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團(tuán)公司。這兩種電動(dòng)機(jī)除了外形尺寸、步距角和輸出轉(zhuǎn)矩不同外，電氣參數(shù)基本相同，均為 5相混合式， 5 線輸出，電機(jī)供電電壓 DC120～ 310V，電流 5A。這樣，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源可用 同一型號(hào)。在此， 根據(jù)【 1】表 414選擇合肥科林?jǐn)?shù)控科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的五相混合式調(diào)頻調(diào)壓型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為 BD5A。 它與控制系統(tǒng)的連接如圖 26 所示。 表 414 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 相數(shù) 輸入電壓 相電流 分配方式 適用電動(dòng)機(jī) BD28Nb 2 20100V AC 24A 二相八拍 90BYG2502/90BYG2602 等 BD28Nc 2 110220V AC 4/6/8A 二相八拍 110BYG2502/110BYG2602/130BYG2502 等 BD28Fb 2 20100V AC 24A 1/2/4/5/8/10/20/40 細(xì)分 90BYG2502/90BYG2602 等 BD28Fc 2 110220V AC 3/4/6/8A 110BYG2502/110BYG2602/130BYG2502 等 BD3A 3 220V AC 3/5/7A 110BYG3502/130BYG3502 等 BD5A 5 220V AC 4/6/8A 五相十拍 /二十拍 110BYG5802/130BYG5501 等 控制器 功率驅(qū)動(dòng)放大電路 步 進(jìn)電動(dòng)機(jī) 硬件環(huán)分電路 隔離放大電路 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 12 圖 26 BD5A驅(qū)動(dòng)器與控制系統(tǒng)的連 接 2．光電隔離電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后，控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要驅(qū)動(dòng)的電壓較高，電流較大，如果將 I/O 口輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾，輕則會(huì)引起計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)接口電路損壞。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光耦合器。 光耦合器是以光為媒介傳輸信號(hào)的器件，其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。 其光電隔離輸入電路如圖 27。 圖 27 光電隔離輸入電路 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 3．功率放大電路 脈沖分配器的輸出的功率太小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的要求，必須將它放大，以產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 其功率放大電路如圖 28。 圖 28 功率放大電路 開關(guān) 量輸出通道 電路 在機(jī)電控制系統(tǒng)中，對被控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制常采用模擬量和開關(guān)量（數(shù)字量）輸出兩種方式。模擬量輸出的方法，由于受模擬器件的漂移影響，很難達(dá)到較高的控制精度，開關(guān)量輸出的控制精度要比一般的模擬量控制高很多，而且在改變控制算法時(shí)，無須改動(dòng)硬件，只要改動(dòng)程序即可滿足要求。在開關(guān) 量輸出通道中，為了防止現(xiàn)場強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓通過輸出通道竄入測控系統(tǒng)，必須采用隔離技術(shù)。在輸出通道的隔離中采用光電隔離技術(shù)。 機(jī)電控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸出信號(hào)，通常是由 I/O 接口芯片給出的低壓直流信號(hào)，這種信號(hào)一般不能直接驅(qū)動(dòng)外設(shè)，需要經(jīng)過接口電路的轉(zhuǎn)換處理。 開關(guān)量的輸出控制采用專門的驅(qū)動(dòng)芯片 MC1413（ ULN2020）?？删幊探涌谛酒?8255 從 PA引腳送出的低電平信號(hào)，經(jīng)光電隔離后輸出高電平，再由 MC1413 反相輸出低電平送給直流繼電器，而直流繼電器的另一端的是 +12V 電源，于是，繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn) 閉合，完成指定的控制動(dòng)作。 該直流繼電器可當(dāng)作中間繼電器，利用中間繼電器的觸點(diǎn)來控制交流繼電器線圈的得電與失電，如機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的起、停等，完成從低壓直流到高壓交流的過渡控制。 接口電路如圖 29。 繼電器 接觸器控制電路。 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 14 圖 29 繼電器 接觸器控制電路 D/A 轉(zhuǎn)換接口電路 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過程稱為數(shù)模（ D/A）轉(zhuǎn)換，完成這一轉(zhuǎn)換的器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ DAC）。其轉(zhuǎn)換框圖如下： 圖 210 D/A的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)中的 D/A 轉(zhuǎn)換器選擇 DAC0832。它是一種具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8位 DAC， 它能直接與單片機(jī)相連，其主要特性如下 :分辨力為 8 位；電流穩(wěn)定時(shí)間 1us；可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線性度 ；單一電源供電（ +5V— +15V）； 內(nèi)部沒有參考電壓，需要外接；為電流輸出型轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出時(shí)，需要外加轉(zhuǎn)換電路。 DAC0832 與 CPU 有三種基本的接口方法：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖同步方式。本系統(tǒng)只有一路 D/A轉(zhuǎn)換，所以我們采用單緩沖的方式連接。芯片的供電電壓為 +12V，參考電壓取10V，模擬地與數(shù)字地相連。 ILE 引腳接高電平； WR WR2 兩腳并接 CPU 的 WR端，當(dāng) CPU 對外部端口執(zhí)行寫指令時(shí)， WR（低電平有效） =0，同時(shí)選中 WRWR2； XFER、 CS 兩腳并接某一譯碼器的輸出（輸出為 低電平時(shí)，同時(shí)選中 XFER和 CS）。 DAC0832 的電流輸出腳接至運(yùn)算放大器 741 的兩個(gè)輸入端， 741 的工作電壓需要兩組，一組為 +12V，另一組為 12V。 DAC0832 輸出的電流經(jīng) 741 放大后轉(zhuǎn)變成電壓 Vout，直接送往交流變頻器 F1000G，實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)的無級(jí)變速。 其連接電路如圖 211。 微型計(jì)算機(jī) I/O 接口 DAC 功放 執(zhí)行件 控 制對象 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 211 D/A轉(zhuǎn)換接口電路 鍵盤 與 LED顯示電路 的設(shè)計(jì) 鍵盤與顯示器是機(jī)電一體化系統(tǒng)中典型的人 機(jī)接口。通過鍵盤，操作者可向控制系統(tǒng)發(fā)出指令或輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的各種信息又可通過顯示設(shè)備反饋給操作者 。鍵盤與顯示器是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換的關(guān)鍵部件。鍵盤有獨(dú)立式和矩陣式兩種，顯示器主要有 LED、 LCD 和 CRT 等。本設(shè)計(jì)我們采用矩陣式鍵盤和 LED 顯示器。本設(shè)計(jì)中我們要設(shè) 計(jì)的車床數(shù)控 布置如圖 212。 212 車床數(shù)控系統(tǒng)操作面板布置圖 1. 利用 8279 芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤顯示器的接口電路 宮鳳麗： C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)控制部分的設(shè)計(jì) 16 8279 是一種通用的可編程鍵盤、顯示器接口芯片，它能完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能。鍵盤部分提供掃描工作方式，可與 64 個(gè)按鍵的矩陣鍵盤進(jìn)行連接，能對鍵盤實(shí)行不間斷的自動(dòng)掃描，自動(dòng)消除抖動(dòng)，自動(dòng)識(shí)別按鍵并給出鍵值。顯示部分為發(fā)光二極管、熒光管等顯示器件，提供了按掃描工作方式的接口電路，它為顯示器提供多路復(fù)用信號(hào)，可顯示多達(dá) 16 位的字符。 圖 213 為 8279的引腳功能。 圖 213 8279 的引腳功能 2. 8279 的鍵盤管理 SL3~SL0 有采用譯碼掃描和編碼掃描兩種，由于本設(shè)計(jì)需要的鍵較多，所以我們采用編碼掃描。將 8279 的 SL0~SL2 三根掃描線送給 74LS138 譯碼器 的 A、B、 C，得到 8 根行掃描線，組成矩陣鍵盤時(shí)采用了 7 根；列回饋線不必?cái)U(kuò)展，直接使用 8279 的 RL7~RL0 中的 6 根，但是要接上上拉電阻。組成的鍵盤為 76 矩陣，共有 42 個(gè)按鍵，鍵值的計(jì)算如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CNTL SHIFT N N N K K K 其中： CNTL= SHIFT=0（已接地）； NNN 表示行的位置，它的值等于 74LS138輸出 Yi=0 時(shí)的標(biāo)號(hào) i（寫成二進(jìn)制）； KKK 表示列的位置，它的值等于 RLj=0時(shí)的標(biāo)號(hào) j，即 KKK=j（寫成二進(jìn)制）。 例如圖 213 所示 8279 掃描線編碼掃描管華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 理鍵盤電路 中的鍵 S32，其鍵值由 KY3 與 RL4 組合而得（ i=011,j=100）： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 1 1 0 0 在 車床數(shù)控系統(tǒng)主機(jī)板電原理圖 中， 8279 的 IRQ 經(jīng)反相后送給 8031 單片機(jī)的中斷腳，矩陣鍵盤一旦有鍵按下，便向 CPU申請中斷。 圖 214 8279 掃描線編碼掃描管理鍵盤電路 的顯示管理 8279 可用來管理 16 位 8 段的 LED，它的內(nèi)部有專門用于存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)的RAM區(qū)，共有 16 個(gè)字節(jié)，地址從 00H 到 0FH。由于本設(shè)計(jì)采用的是編碼掃描工作方式，掃描輸出線 SL3~SL0 經(jīng)過譯碼后，可以選擇 16 個(gè)