【文章內(nèi)容簡介】 ，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（ULN2022） 。可編程接口芯片 8255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。 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：微型計算機I/O 接口 DAC 功放 執(zhí)行件控制對象圖 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；WRWR2 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，同時選中華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）15WRWR2；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。 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(fù)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 D0CNTL SHIFT N N N K K K華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）17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 D00 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(yīng) 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)輸出線 OUTA3~OUTA0、OUTB3~OUTB0 上，并接了兩路 8 位數(shù)據(jù)鎖存器 74LS373，因為 74LS373 的驅(qū)動能力不足，所以在 LED 數(shù)碼管之前加上了兩片 74LS240 進行驅(qū)動。8279 的掃描線 SL0 控制了兩片 74LS373 的觸發(fā)端 LE，掃描線 SL1~SL3接譯碼器 74LS138 的輸出端，譯碼后的輸出 Y0~Y4 作為數(shù)碼管 端的選擇線。如車床數(shù)控系統(tǒng)鍵盤與 LED 顯示電原理圖所示。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18第一個數(shù)碼管（16 段）由片選線 Y0 來選擇，中間的六個數(shù)碼管，每兩個共用一根片選線（Y1~Y3） ，最后一個數(shù)碼管由 Y4 來選擇。 急停電路為了防止工作臺越界，分別在極限位置安裝限位開關(guān)，如果是兩坐標聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)，則有四個方向可能越界，即+X、－X、+Z、－Z 。一旦某一方向越界，應(yīng)立即停止工作臺移動。這里采用中斷方式，利用 AT89S52 的外部中斷Error!0，只有任何一個行程開關(guān)閉合，即工作臺在某一個方向越界，均能產(chǎn)生中斷信號 Error!0，為了防止這種情況，設(shè)置有急停按鈕。其越界電路如 214。圖 215 急停電路 四工位自動回轉(zhuǎn)刀架根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，數(shù)控車床上安裝四工位自動回轉(zhuǎn)刀架，如圖 211，刀架的轉(zhuǎn)位過程如下：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號刀架電動機正轉(zhuǎn)上刀體上刀體上升并轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)到需要刀位時，霍爾開關(guān)發(fā)出信號刀架電動機反轉(zhuǎn)檢查刀架有沒有鎖緊刀架電動機停轉(zhuǎn)換刀結(jié)束。 其中，刀架的刀位信號，由刀架定軸上端發(fā)信盤上的 4 個霍爾開關(guān)和一塊永久磁鐵檢測獲得。4 個霍爾開關(guān)安裝在一個塑料盤的四周，代表 4 工位刀架的4 個刀位。當上刀體旋轉(zhuǎn)時，帶動磁鐵一同旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到什么位置需要停止，可通過霍爾開關(guān)的輸出信號來檢測。如圖 216，發(fā)信盤上的 4 只霍爾開關(guān)型號為UGN3120U。它有 3 個引腳，第 1 引腳接+12V 電源，第 2 引腳接+12V 地，第 3 腳為輸出。當磁鐵對準某一個霍爾開關(guān)時，其輸出端第 3 腳送出低電平；當磁鐵離開時，送出高電平。4 只霍爾開關(guān)輸出的刀位信號 T1~T4 分別送到光電隔離華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）19電路進行處理，光耦合器的輸出再送給 I/O 接口芯片 8255。圖 216 刀架發(fā)信盤 電源設(shè)計與選擇 在機電一體化控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到小功率的集成穩(wěn)壓電源。如控制系統(tǒng)的 CPU 芯片需要提供電壓穩(wěn)定的直流電源；在進行 D/A 轉(zhuǎn)換時，需給轉(zhuǎn)換電路提供精密的基準電壓；在采用光電隔離技術(shù)時，要給被隔離的電路提供獨立的供電電源等。這些電源都是直流的，并且需要穩(wěn)壓，通常采用集成穩(wěn)壓器來獲得。 本設(shè)計中我們選用三端固定正電壓穩(wěn)壓器 MC780MC7812,三端固定負電壓穩(wěn)壓器 MC7912。車床數(shù)控系統(tǒng)的電源配置如圖 213 所示。220V 交流市電經(jīng)過隔離變壓后，輸出四組交流電壓：9V、11V、11V、11V。分別對這四組低壓交流進行橋式整流、電容濾波和穩(wěn)壓處理，最終輸出+5V 電壓供給 CPU 及其擴展芯片使用，+12V 電壓供繼電器及 LED 顯示器使用，177。12V 電壓供數(shù)模轉(zhuǎn)換電路使用。電源設(shè)計電路如圖 217。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20圖 217 電源設(shè)計電路 本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是對控制部分的電路設(shè)計，分別介紹各芯片的作用、連接方法和整體電路的設(shè)計。同時，介紹 CPU 和存儲器、I/O 接口、步進電機接口與驅(qū)動、開關(guān)、鍵盤/顯示器及越界急停等電路的連接。華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）21第三章 軟件的設(shè)計機床數(shù)控系統(tǒng)是有硬件和軟件兩大部分組成，只有軟件和硬件相結(jié)合才能實現(xiàn)數(shù)控機床控制系統(tǒng)的功能。本章主要介紹軟件的設(shè)計，而軟件是有一系列功能子程序組成的一整套程序。設(shè)計這些程序的目的是為了完善和發(fā)揮計算機的硬件功能，是軟件和硬件結(jié)合，形成一個具有特定功能的控制系統(tǒng)，從而使該系統(tǒng)能夠完成零件加工程序的輸入，編輯，譯碼，數(shù)據(jù)計算、插補和電機控制等工作。本章將介紹幾個典型程序。 存儲器與 I/O 芯片地址分配 根據(jù)車床數(shù)控系統(tǒng)主機板電原理圖中地址譯碼器 U4（74LS138）的連接情況，可以算出主機板中存儲器與 I/O 芯片的地址分配如表 31 所示。表 31 主機板中存儲器與 I/O 芯片的地址分配表 控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序 系統(tǒng)設(shè)有 7 檔功能可以相互切換，分別是“編輯” 、 “空刀” 、 “自動” 、 “手動 1”、 “手動 2”、 “手動 3”和“回零” 。選中某一功能時，對應(yīng)的指示燈點亮，進入相應(yīng)的功能處理?？刂葡到y(tǒng)的監(jiān)控管理程序流程如圖 31 所示。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22 圖 31 系統(tǒng)監(jiān)控管理程序流程圖 8255 芯片初始化子程序 B255: MOV DPTR，3FFFH ；指向 8255 的控制口地址 MOV A，10001001B ；PA 口輸出，PB 口輸出，PC 口輸入均為方式 0 MOVX @DPTR，A ；控制字被寫入 MOV DPTR，3FFCH ；指向 PA 口 MOV A，0FFH ；預(yù)置 PA 口全“1” MOVX @DPTR，A ；輸出全“1”到 PA 口 MOV DPTR，3FFDH ；指向 PB 口 MOV A，0FFH ；預(yù)置 PB 口全“1” MOVX @DPTR，A ；輸出全“1”到 PB 口 RET 8279 芯片初始化子程序 B279: MOV DPTR，5FFFH ；指向 8279 控制口地址 MOV A，0CFH ；清除 FIFO 與顯示 RAM 命令 MOVX @DPTR，A ；命令字被寫入 WAIT: MOVX A，@DPTR ；從 8279 的控制口讀取 8279 的狀態(tài)字 JB ，WAIT ；測試顯示 RAM 有沒有被清除完畢。只有狀態(tài)的 D7=0 時，清除才結(jié)束 MOV A，08H ；編碼掃描，左入口，16 位字符顯示，雙鍵互鎖華東交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）23 MOVX @DPTR，A MOV A，34H ；分頻系數(shù)取 20 MOVX @DPTR，A RET 8279 控制 LED 顯示子程序 設(shè)顯示緩沖區(qū)的首地址為 6BH，系統(tǒng)在指定的工作狀態(tài)下，需要顯示的字符段碼的編碼，事先存儲在 CPU 內(nèi)部 RAM 的 6BH～73H 這 9 個字節(jié)中。已知827