【文章內(nèi)容簡介】 存儲器（只讀存儲器） RAM 用來存儲零件加工程序，或作為工作單元存放各種輸出數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)、中間計算結(jié)果，與外存交換信息以及堆棧用等。其存儲單元的內(nèi)容既可以讀出又可寫入或改寫。 ②只讀存儲器 ROM 專門存放系統(tǒng)軟件（控制程序、管理程序、表格和常數(shù)）的存儲器，使用其存儲單元的內(nèi)容不可改變，即不可寫入而只能讀出，也不會因斷電而丟失內(nèi)容。 輸入 /輸出（ I/O）接口電路及相應(yīng)外部設(shè)備 I/O 接口 ① 指外設(shè)與 CPU 間的連接電路。微機與外設(shè)要有輸入輸出數(shù)據(jù)通道，以便交換信息。一般外設(shè)與存儲器間不能直接通信，需靠 CPU 傳遞信息，通過 CPU對 I/O 接口對讀或?qū)懖僮?，完成外設(shè)與 CPU 間輸入或輸出操作。 CPU 向外設(shè)送出信息的接口稱為輸出接口，外設(shè)向 CPU 傳動信息的接口稱輸入接口，此外還有雙向接口。 ② 微機中 I/O 接口包括硬件電路和軟件電路兩大部分。由于選用的 I/O 設(shè)備或接口芯片不同， I/O 接口的操作方式也不同，因而應(yīng)用程序也不同。 I/O 接口 硬件電路主要由地址譯碼、 I/O 讀寫譯碼和 I/O 接口芯片（如數(shù)據(jù)緩沖器和數(shù)據(jù)鎖存器等）組成。在 CNC 系統(tǒng)中 I/O 的擴展是為對象或外部設(shè)備通過輸入 /輸出通道，實現(xiàn)機床的控制和管理功能，如開關(guān)量控制、邏輯狀態(tài)監(jiān)測、鍵盤、顯示器接口等。 I/O 接口電路與其相連的外設(shè)硬件電路特性密切相關(guān)，如驅(qū)動功率、電子匹配、干擾抑制等。 外設(shè) I/O 設(shè)備及 I/O 接口 ① MDI/CRT 接口 手動數(shù)據(jù)輸入是通過數(shù)控面板上的鍵盤進行操作的。當 CPU 掃描到按下鍵的徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 信號時，就將數(shù)據(jù)送入位移寄存器，其輸出經(jīng)過報警檢查。若不報警，數(shù) 據(jù)經(jīng)選擇門、位移寄存器、數(shù)據(jù)總線送入 RAM 中；若報警則數(shù)據(jù)不送入 RAM。 ②數(shù)據(jù)輸入 /輸出串行接口 CNC 裝置控制對立的單臺機床時，通過需要與下列設(shè)備相接并進行數(shù)據(jù)的輸入輸出。 (a)數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備 如光電紙帶閱讀器（ PTR)、紙帶穿孔機（ PP）、打印和穿復(fù)設(shè)備（ TTY)、零件的編程機和可編程控制器的編程機等。 (b)外部機床控制面板 尤其是大型機床，為操作方便常在機床上設(shè)外部機床控制面板，可分為固定式或懸掛式兩種。 (c)通用的手搖脈沖發(fā)生器。 （ d)進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動線路 一般情況下它們與 CNC 裝置裝在同一機柜或鄰機柜內(nèi)，與 CNC 裝置通過內(nèi)部連接相連，它們之間不設(shè)置通用輸出輸入接口。 此外， CNC 裝置還要與上級主計算機或 DNC 計算機直接通信，或通過工廠局部網(wǎng)絡(luò)相連，從而具有網(wǎng)絡(luò)通信功能。 機床的 I/O 控制通道 機床的 I/O 控制通道是指微機與機床之間的聯(lián)系電路。計算機數(shù)控系統(tǒng)對機床的控制，通常由數(shù)控系統(tǒng)的 I/O 控制器和 I/O 控制軟件共同完成。 ① I/O 控制器的功能特點 （ a)能夠可靠地傳遞控制機床的相關(guān)控制信息，并能夠輸入控制機床所需的有關(guān)狀態(tài)信息。 (b) 能夠進行相 應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換，以滿足 CNC 系統(tǒng)的輸入與輸出要求。 (c)具有較強的阻斷干擾信號進入計算機的能力，以提高系統(tǒng)的可靠性。 數(shù)控系統(tǒng)硬件部分設(shè)計 機床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計在應(yīng)用工作中，軟件設(shè)計是一個重要方面。軟件設(shè)計與硬件設(shè)計是不可分割的，二者必須結(jié)合，那些能由硬件完成，哪些能由軟件完成，在硬件設(shè)計基本定型后，分工也就基本確定下來了，這是軟件工作才開始。 CNC 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 單微處理機與多微處理機結(jié)構(gòu) （ 1）單微處理機結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)只有 1個微處理機，采用集中控制、分時方法處理數(shù)控的各 個任務(wù)。徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 有 CNC裝置有 2個以上的微處理機，但其中只有 1個微處理機能夠控制系統(tǒng)總線，占有總線資源，而其它微處理機成為專用的智能部件，不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，它們組成主從結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)也屬于單微機結(jié)構(gòu)。 在這種單微機結(jié)構(gòu)中，所有的數(shù)控功能和管理功能都由 1個微機完成，因此CNC 裝置的功能將受到微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的影響和限制 。 （ 2）多微機處理結(jié)構(gòu) 有些多微機處理結(jié)構(gòu)中，有 2個或 2 個以上的微機理機構(gòu)成處理部件，處理部件之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，并共享資源。有些多微 機處理結(jié)構(gòu)則有 2 個或 2個以上的微處理機構(gòu)成的功能模塊，功能模塊之間采用松耦合，有多重操作系統(tǒng)，能有效實現(xiàn)并行處理。這種結(jié)構(gòu)中的各處理機分別承擔一定的任務(wù)，通過公共存儲器或公用總線進行協(xié)調(diào)，實現(xiàn)各微機間的互聯(lián)和通信。 ①多微處理機的結(jié)構(gòu)特點 A 性能價格比高。 多微機結(jié)構(gòu)中的每個微機完成系統(tǒng)中指定的一部分功能。獨立執(zhí)行程序。它比單微機提高了計算的速度，適于多軸控制、高速進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。由于系統(tǒng)采用共享資源，而單個微處理機的價格又比較便宜，使 CNC 裝置的性能價格比大為提高。 B 采用模塊化結(jié) 構(gòu)，有良好的適應(yīng)性和擴展性。多微機的 CNC 裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)，可將微處理器、存儲器、 I/O 控制組成獨立微機級的硬件模塊，相應(yīng)的軟件也采用模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中。硬軟件模塊形成特定的功能單元，稱為功能模塊。功能模塊間有明確定義的接口。接口是固定的，符合工廠標準或工業(yè)標準，彼此可以進行信息交換。這樣可以積木式地組成 CNC 裝置，使 CNC裝置設(shè)計簡單、適應(yīng)性和擴展性好、試制周期短、調(diào)整維護方便、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高。 C 硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。由于硬件是通用的，容易配置，只要開發(fā)新的軟件就可構(gòu)成不同的 CNC 裝置， 因此多微處理機結(jié)構(gòu)便于組織規(guī)模生產(chǎn)，且保證質(zhì)量。 D 有很高的可靠性。多微處理機 CNC 裝置的每個微機分管各自的任務(wù)，形成若干模塊。如果某個模塊出了故障，其他模塊仍照常工作，而不像單微機那樣，一旦出故障就整個系統(tǒng)癱瘓。而且插件模塊更換方便，可使故障對系統(tǒng)的影響減小到最小。另外，由于多微機的 CNC 裝置可進行資源共享，省去了一些重復(fù)結(jié)構(gòu)，不但降低了造價，也提高了系統(tǒng)的可靠性。 大板式結(jié)構(gòu)與功能模塊式結(jié)構(gòu) A大板式結(jié)構(gòu) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 大板式結(jié)構(gòu) CNC 系統(tǒng)的 CNC 裝置由主電路板、位置控制板、 PLC 板、圖形控制板和 電源單元等組成。主電路板是大印刷電路板，其他電路是小印刷電路板，它們插在大印刷電路板上的插槽內(nèi)，共同構(gòu)成 CNC 裝置。大板式結(jié)構(gòu)示意圖：見圖 33。 B 功能模塊式結(jié)構(gòu) 在采用功能模塊式結(jié)構(gòu) CNC 裝置中，整個 CNC 裝置按功能劃分為模塊，硬件和軟件的設(shè)計都采用模塊化設(shè)計方法，即每個功能模塊被做成尺寸相同的印刷電路板，而相應(yīng)功能模塊的控制軟件也模塊化。這樣形成一個“交鑰匙” CNC 系統(tǒng)產(chǎn)品系列，用戶只要按需要選用各種控制單元母板及所需功能模板，再將各功能模板插入控制單元母板的槽內(nèi)，就搭成了自己需要的 CNC 系統(tǒng)控制裝置。常見的功能模塊有 CNC 控制板、位置控制板 PLC 板、圖形板、通信板及主存儲器模板等6種。另外，機床操作面板的按鈕箱也是標準化的，上面有由用戶定義的按鍵。用戶只要按產(chǎn)品的型號、功能把各功能模塊、外設(shè)、相應(yīng)的電纜（帶插頭）及按鈕箱（機床操作面板及 MDI,CRT）剛買回來，經(jīng)組裝連接便可，從而大大方便了用戶。 圖 33 大板式結(jié)構(gòu)示意圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 數(shù)控系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 概述 軟件設(shè)計工作 ,按其功能可分兩類 :一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如步進電機控制、插補、誤差補償計算、反饋量的處理、零件加工程序、顯示輸出等；另一類是監(jiān)控軟件，它是控制微機系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運轉(zhuǎn)的程序，它完成人機通信，并協(xié)調(diào)執(zhí)行程序和操作者之間的關(guān)系，在軟件中充當組織調(diào)度的角色，如系統(tǒng)自檢、初始化、處理鍵盤命令、處理揭開命令等。但執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件沒有明確的界限和固定功能劃分。習(xí)慣上把鍵盤程序作為監(jiān)控程序，其它任務(wù)都分散在特定功能執(zhí)行程序中 ，并由監(jiān)控程序調(diào)用必要的功能模塊，完成預(yù)定的任務(wù)。 在進行軟件設(shè)計時，應(yīng)從全局著眼，先將整個系統(tǒng)按功能分成一個一個的模塊，并為每一個執(zhí)行模塊定義，然后設(shè)計出每一個具體模塊的程序，最后組成一個整體 系統(tǒng)。不僅整個系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)可具有模塊化的特性，而且其模塊內(nèi)部有可以細分為小模塊。模塊特性對測試很有利，功能擴充也很方便，要增加新功能，只要增加新模塊就能實現(xiàn)，象堆積木一樣。因此，這樣的模塊程序設(shè)計方法，思路清晰、邏輯性強、柔性較強。 插補控制軟件 數(shù)控系統(tǒng)的軟件包括插補、刀具補償、升降補償、升降處理、位置控制等功能模塊，下面只介紹其中插補程序軟件： 插補軟件 插補是數(shù)控機床中一種脈沖分配計算，合理的分配計算能保證數(shù)控機床連續(xù)的軌跡運動。逐點比較法在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用很廣，它不 僅應(yīng)用于直線和圓弧插補，還可以應(yīng)用于其它二次曲線插補，例如橢圓、拋物線和雙曲線等。下面只是以直線和圓弧為例來敘述逐點比較法的軟件設(shè)計方法。 （ 1）直線插補 下面程序是四個子程序中第一象限的子程序，只須加以修改即可。改程序用MCS51 指令編寫，電機采用步進電機，采用 8255 并行接口的 A、 B 兩端口進行控制 ,直線插補軟件運行過程見圖 34。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 開始 初始化 X0、 Y0、 J F 等于 0？ X Y +Y 走一步 +X 走一步 J J1 J=0 結(jié)束 NO YES F F YES NO 恢復(fù)判別 坐標進給 偏差判別 終點判別 圖 34 直線插補程序框圖 恢復(fù)判別 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 程序中， MOTR 是步進電機控制地址，即軟件環(huán) 分器的人口地址。若采用硬件環(huán)分，則該程序只需做兩件事：判別正、反轉(zhuǎn)控制字，同時向相應(yīng)電機輸出一個脈沖。若采用軟件環(huán)分，則除了判別正、反轉(zhuǎn)控制外，還必須進行查表或者其它方式（如循環(huán)移位），輸出電機控制字。下面是直線插補的內(nèi)存分配表見表 31。 內(nèi)存單元地址 內(nèi)存內(nèi)容 28H 終點坐標 SEZHI32 29H 終點坐標 SEZHI32 2AH 插補 X 2BH 插補 Y 2CH 插補 A 70H 控制電機正、反轉(zhuǎn)的控制字 14H 計數(shù)器 ORG 2300H MAIN: MOV SP,60H 。主程序開始 MOV RO,T8255 。8255 初始化 MOV A,80H MOVX A@ROA LOR4: MOV 28H,OC8H 。Xe MOV 29H,OC8H ； Ye MOV 2AH,OOH 。X MOV 2BH,00H 。Y MOV 2EH,00H 。F MOV A, 2EH LOP3: MOV A,2EA JB ,LOP1 MOV A,70H SETB ACC,0 CLR MOV 70H,A 。OB+X LCALL MOTR 。調(diào)環(huán)行分配器子程序， X 方向走一步 表 31 內(nèi)存分配表 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 LCALL DELAG MOV A, 2EH SUBB A,29H 。FYe INC 2AH 。X+1 AJMP LOP2 LOP1： MOV A,70H SETB CLR MOV 70H,A 。OG+Y LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A,2EH ADD A,28H 。F+Xe INC 2BH 。Y+1 LOP2: MOV 2EH MOV A, 28H CJNE A,2A,LOP3 。Xe=X? ST： MOV RO,T8255 。關(guān) 8255 MOV A,00H MOV @RO,A LJMP ST （ 2）圓弧插補 與直線插補一樣，這里介紹第一象限園的情況。其步驟為： a 偏差計算； b進給脈沖的分配； c 終點判別 程序診斷 在絕大多數(shù)的 CNC 系統(tǒng)中，都配有一定規(guī)模的診斷程序，這是 CNC 系統(tǒng)的一個主要的點。有了較完善的診斷程序（如存儲器診斷、定時器、中斷 及可編程I/O 的診斷），就可以防止故障的發(fā)生和擴大，就是在出現(xiàn)故障時也可以及早查明故障類型及部位，以便迅