【文章內(nèi)容簡介】 4LS138 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 進行讀 /寫；當系統(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 進行讀 /寫操作了。圖 23 為 6264 的掉電保護電路 ：華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 23 6264的掉電保護電路 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端口的任一位進行置位 /復位操作。 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對應輸入 A、 B、 C 的 000 至 111 的 8 種組合，其中 Y——0對應 A、 B、 C 為 000，Y—— 7對應 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)采用步進電機開環(huán)控制。步進電機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成相應的角位移的電動機。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電機的專用芯片 PMM8714。采用硬件環(huán)分時，步進電動機的通電節(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 向步進電動機的型號為 110BYG5802， Z 向步進電動機的型號為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 選擇合肥科林數(shù)控科技有限責任公司生產(chǎn)的五相混合式調(diào)頻調(diào)壓型步進驅(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，控制步進電機的勵磁繞組。由于步進電機需要驅(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，遠不能滿足步進電機的要求，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（ ULN2021）。可編程接口芯片 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 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用信號，可顯示多達 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 時的標號 i（寫成二進制）； KKK 表示列的位置，它的值等于 RLj=0時的標號 j，即 KKK=j（寫成二進制）。 例如圖 213 所示 8279 掃描線編碼掃描管華東交通大學畢業(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 LED 數(shù)碼管，這 16 個數(shù)碼管顯示的字符，分別對應 8279 顯示 RAM 區(qū)的 00H~0FH中的內(nèi)容。 本設(shè)計的顯示器由一個 16 段的 LED 和 7個 8段的 LED 數(shù)碼管組成。 8279 的顯示數(shù)據(jù)