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正文內(nèi)容

c6140臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計控制部分的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(論文)(編輯修改稿)

2024-10-01 17:02 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 以實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫。 掉電保護(hù)電路 6264 具有兩個片選引腳: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(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)必須擴展輸入輸出接口電路。系統(tǒng)的擴展采用了一 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 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 C___S 接 74LS138 的 Y——1, 74LS138 譯碼器有三個輸入 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 還有三個使能端,其中 2 個( G—— 2 A—— 和 G—— 2 B—— )為低電平使能,另一個 G1為高電平使能。只有當(dāng)使能端均處于有效電平時,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)計控制部分的設(shè)計 10 圖 24 I/O 接口電路 步進(jìn)電機 與驅(qū)動電路 通常在經(jīng)濟型數(shù)據(jù)機床中,大多數(shù)采用步進(jìn)電機開環(huán)控制。步進(jìn)電機是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制,并將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的角位移的電動機。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)電機的轉(zhuǎn)速。 環(huán)形分配器是步進(jìn)電動機驅(qū)動系統(tǒng)中的一個重要組成部分,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)動器的內(nèi)部,其優(yōu)點是分配脈沖速度快,不占用 CPU 的 時間。本設(shè)計中我們采用硬件環(huán)分 ,由于本設(shè)計中我們選用的 X 向和 Z 向的步進(jìn)電動機型號分別為110BYG5802 和 130BYG5501,這兩種電動機 均為 5相混合式 ,所以我們選用控制該步進(jìn)電機的專用芯片 PMM8714。采用硬件環(huán)分時,步進(jìn)電動機的通電節(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線:一根方向線,一根脈沖線。 為了使步進(jìn)電機正常運行并輸出一定功率,需要有足夠的功率提供給電動機,因此需要有功率放大環(huán)節(jié)。脈沖分配器及前面的微機及接口芯片,工作電壓一般為 5V,而作為電機電源要符合步進(jìn)電機要求的額 定電壓值。為了避免強電對弱電的干擾,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(論文) 11 圖 25 硬件環(huán)分的脈沖分配 本 設(shè)計 中 X 向步進(jìn)電動機的型號為 110BYG5802, Z 向步進(jìn)電動機的型號為130BYG5501,生產(chǎn)廠家為常州寶馬集團公司。這兩種電動機除了外形尺寸、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,電機供電電壓 DC120~ 310V,電流 5A。這樣,兩臺電動機的驅(qū)動電源可用 同一型號。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)動器,型號為 BD5A。 它與控制系統(tǒng)的連接如圖 26 所示。 表 414 混合式步進(jìn)電動機驅(qū)動電源技術(shù)參數(shù) 型號 相數(shù) 輸入電壓 相電流 分配方式 適用電動機 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)動放大電路 步 進(jìn)電動機 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)計控制部分的設(shè)計 12 圖 26 BD5A驅(qū)動器與控制系統(tǒng)的連 接 2.光電隔離電路 在步進(jìn)電機驅(qū)動電路中,脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后,控制步進(jìn)電機的勵磁繞組。由于步進(jìn)電機需要驅(qū)動的電壓較高,電流較大,如果將 I/O 口輸出信號直接與功率放大器相連,將會引起強電干擾,輕則會引起計算機的正常運行,重則導(dǎo)致計算機接口電路損壞。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(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)電機的要求,必須將它放大,以產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動步進(jìn)電機正常運轉(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 在機電控制系統(tǒng)中,對被控設(shè)備的驅(qū)動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,無須改動硬件,只要改動程序即可滿足要求。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)。 機電控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸出信號,通常是由 I/O 接口芯片給出的低壓直流信號,這種信號一般不能直接驅(qū)動外設(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)動芯片 MC1413( ULN2020)??删幊探涌谛酒?8255 從 PA引腳送出的低電平信號,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 閉合,完成指定的控制動作。 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來控制交流繼電器線圈的得電與失電,如機床主電動機的起、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)計控制部分的設(shè)計 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的實時控制系統(tǒng) 本設(shè)計中的 D/A 轉(zhuǎn)換器選擇 DAC0832。它是一種具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的 8位 DAC, 它能直接與單片機相連,其主要特性如下 :分辨力為 8 位;電流穩(wěn)定時間 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,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, WR(低電平有效) =0,同時選中 WRWR2; XFER、 CS 兩腳并接某一譯碼器的輸出(輸出為 低電平時,同時選中 XFER和 CS)。 DAC0832 的電流輸出腳接至運算放大器 741 的兩個輸入端, 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,實現(xiàn)交流異步電動機的無級變速。 其連接電路如圖 211。 微型計算機 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(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 鍵盤與顯示器是機電一體化系統(tǒng)中典型的人 機接口。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 。鍵盤與顯示器是實現(xiàn)人機交換的關(guān)鍵部件。鍵盤有獨立式和矩陣式兩種,顯示器主要有 LED、 LCD 和 CRT 等。本設(shè)計我們采用矩陣式鍵盤和 LED 顯示器。本設(shè)計中我們要設(shè) 計的車床數(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)計控制部分的設(shè)計 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 個按鍵的矩陣鍵盤進(jìn)行連接,能對鍵盤實行不間斷的自動掃描,自動消除抖動,自動識別按鍵并給出鍵值。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,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,組成矩陣鍵盤時采用了 7 根;列回饋線不必擴展,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 個按鍵,鍵值的計算如下: 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 時的標(biāo)號 i(寫成二進(jìn)制); KKK 表示列的位置,它的值等于 RLj=0時的標(biāo)號 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(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)主機板電原理圖 中, 8279 的 IRQ 經(jīng)反相后送給 8031 單片機的中斷腳,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)部有專門用于存儲顯示數(shù)據(jù)的RAM區(qū),共有 16 個字節(jié),地址從 00H 到 0FH。由于本設(shè)計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
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