【正文】 址 譯 碼 。 線 路 連 接簡 圖 如 下 圖 所 示 。圖 21 / 41 8031 單 片 機由 于 主 機 數(shù) 控 系 統(tǒng) 為 兩 坐 標 聯(lián) 動 CNC 控 制 系 統(tǒng) ， 對 控 制 器 的 要 求 不 是很 高 ， 所 以 采 用 MCS51 系 列 單 片 機 的 8031 型 。 該 機 芯 片 內 部 包 含 4K 字 節(jié) 的 ROM ， 128 個 字 節(jié) 的 RAM ， 2 個 16位 的 定 時 、 計 數(shù) 器 和 一 個 處 理 功 能 很 強 的 中 央處 理 器 ， 4 個 8 位 的 并 行 接 口 ， 一 個 串 行 接 口 。大 部 分 功 能 部 件 和 總 線 在 芯 片 內 部 不 易 受 干 擾 ，容 易 采 用 屏 蔽 等 措 施 ， 高 可 靠 性 ， 能 在 較 惡 劣的 環(huán) 境 下 工 作 ， 功 能 強 ， 速 度 高 。 系 統(tǒng) 具 有 加 、減 、 乘 、 除 指 令 ， 還 有 位 操 作 功 能 ， 時 鐘 頻 率高 達 12 MHz， 單 字 節(jié) 乘 法 和 除 法 僅 需 4μ s，同 時 具 備 刀 具 長 度 偏 移 和 半 徑 補 償 功 能 、 自 診斷 功 能 ， 可 以 進 行 加 、 減 速 ， 并 備 有 電 池 ， 停電 時 可 用 做 存 儲 已 編 程 序 的 電 源 控 制 。 圖 為 8031 的 結 構 示 意 圖 。 圖 程 序 存 儲 器由 于 8031 單 片 機 本 身 是 沒 有 ROM 的 ， 不能 構 成 完 整 的 計 算 機 ， 因 此 必 須 接 EPROM 或 ROM 作 為 程 序 存 儲 器 ， 在 這 里 設 計 選 用 了 兩 片 2764 （ 8KB8） 。 圖 為 程 序 存 儲 器 2764 的 結 構 示 意 圖 。EPROM2764 是 用 電 信 號 編 程 可 擦 除 的 只 讀 存 儲 器 ， 自 EPROM2716 芯 片 被22 / 41淘 汰 后 ， 目 前 比 較 廣 泛 采 用 的 就 是 2764 芯 片 。 該 芯 片 為 雙 列 直 插 式 28 引腳 的 標 準 芯 片 ， 容 量 是 8K8 位 ， 其 中 ： A12A0： 13 為 地 址 線 ； D7D0： 8 位 數(shù) 據(jù) 線 ； ： 片 選 信 號 ， 低 電 平 有 效 ； CE圖 ： 輸 出 允 許 信 號 ， 當 ＝ 0 時 ， 輸 出 緩 沖 器 打 開 ， 被 尋 址 單 元 的 內OEO容 才 能 讀 出 。： 編 程 電 源 ， 當 芯 片 編 程 時 ， 該 端 加 上 編 程 電 壓 （ +25V 或 +12V） ；pV正 常 使 用 時 ， 該 端 加 上 +5V 電 源 。 （ NC 為 不 用 的 管 腳 ）2764 在 使 用 時 ， 只 能 將 其 所 存 儲 的 內 容 讀 出 ， 其 過 程 與 RAM 的 讀 出 類似 。 即 首 先 送 出 要 讀 出 的 單 元 地 址 ， 然 后 使 和 均 有 效 ， 則 在 芯 片 的EOD0D7 數(shù) 據(jù) 線 上 就 可 以 輸 出 要 讀 出 的 內 容 。 數(shù) 據(jù) 存 儲 器數(shù) 據(jù) 存 儲 器 即 隨 機 存 取 存 儲 器 簡 稱 RAM， 用于 可 隨 時 可 修 改 的 數(shù) 據(jù) 信 息 。 它 與 ROM 不 同 ， 對RAM 可 進 行 讀 寫 兩 種 操 作 。 RAM 為 易 失 性 存 儲 器 ，斷 電 后 所 存 信 息 立 即 消 失 。由 于 8031 內 部 RAM 不 夠 使 用 ， 因 此 設 計又 外 接 了 一 片 6264（ 8KB8） 型 的 靜 態(tài) RAM 來 擴 展 8031RAM。 該 存 儲 器 為 28 引 腳 雙 列 直 插式 封 裝 ， 其 引 腳 如 圖 示 ：該 芯 片 有 兩 個 片 選 信 號 CE1 和 CE2， 只 有 當＝ 0， CE2=1 時 ， 芯 片 才 被 選 中 。 在 實 際 應 用 中 ，只 選 中 圖 其 中 一 個 ， 而 將 另 1 個 接 成 常 有 效 。也 可 以 將 系 統(tǒng) 的 片 選 信 號 以 及 取 反 后 的 信號 分 別 接 至 和 端 。2 地 址 鎖 存 器地 址 鎖 存 器 74LS373： 是 一 種 帶 輸 出 三 態(tài) 門 的 3D 鎖 存 器 。 其 結 構 示 意 圖如 圖 所 示 。23 / 411D8D 為 8 個 輸 入 端 ， 1Q8Q 為 8 個 輸 出 端 。 G 為 數(shù) 據(jù) 打 入 端 ： 當 G為 1 時 ， 鎖 存 器 輸 出 狀 態(tài) 同 輸 入 狀 態(tài) 。當 G 由 1 變 成 0 時 ， 數(shù) 據(jù) 打 入 鎖 存 器 。 為 輸 出 允 許 端 ： 當 ＝ 0 時 ， 三 態(tài) 門 打 開 ； 當 ＝ 1 時 ， 三 態(tài) 門OEOEOE關 閉 ， 輸 出 呈 高 阻 。 接 口 芯 片8255A 和 8155 芯 片 ： 8255A 是 一 種 可 編 程 并 行 I/O 接 口 芯 片 ， 它 采 用NMOS 工 藝 制 造 ， 用 單 一 ＋ 5V 電 源 供 電 。 具 有 40條 引 腳 ， 采 用 雙 列 直 插 式 封 裝 。 它 具 有 A,B,C三 個 端 口 共 24 條 I/O 線 ， 可 以 通 過 編 程 的 方 法來 設 定 I/O 端 口 的 功 能 。 8155 是 一 種 可 編 程RAM/IO/CTC 接 口 芯 片 。 它 的 內 部 有 兩 個 可 編 程的 8 位 并 行 I/O 口 ， 一 個 6 位 I/O 并 行 口 ， 一 個 14 位 定 時 器 /計 數(shù) 器 以 及 246字 節(jié) 的 RAM 存 儲 器 。 這 兩 種 芯 片 由 于 功 能 強 ， 又能 方 便 與 各 種 微 機 相 接 ， 而 且 在 外 接 設 備 時 ， 通常 不 需 再 附 加 外 接 電 路 ， 所 以 得 到 廣 泛 應 用 。 圖 譯 碼 器譯 碼 器 74LS138： 是 一 種 常 用 的 地 址 譯 碼 器 芯 片 ， 所 謂 譯 碼 是 使 用 地 址 譯 碼器 對 系 統(tǒng) 的 片 外 地 址 進 行 譯 碼 ， 以 其 譯 碼 輸 出 作 為 存 儲 器 的 片 選 信 號 。 其結 構 示 意 圖 如 所 示 。圖 24 / 41 系 統(tǒng) 軟 件 設 計軟 件 設 計 采 用 模 塊 化 技 術 ， 即 各 個 功 能 都 對 應 一 定 的 模 塊 程 序 。 控 制 軟 件包 括 系 統(tǒng) 軟 件 和 應 用 軟 件 。 系 統(tǒng) 軟 件 其 作 用 主 要 是 檢 測 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 并 提 供 基 本 操作 管 理 ， 其 中 包 括 I/O 接 口 初 始 化 ， 單 片 機 定 時 器 /計 數(shù) 器 初 始 化 ， 鍵 盤 數(shù) 據(jù)區(qū) ， 顯 示 緩 沖 區(qū) 初 始 化 ， 各 種 軟 件 標 志 初 始 化 ， 開 中 斷 等 處 理 。 應 用 軟 件 根 據(jù)用 戶 編 制 的 加 工 程 序 ， 控 制 機 床 的 運 行 。 本 設 計 中 系 統(tǒng) 應 用 軟 件 主 要 是 步 進 電機 的 控 制 程 序 ： 步 進 電 機 的 速 度 控 制 進 給 系 統(tǒng) 各 進 給 軸 的 進 給 速 度 ， 進 給 方 向由 步 進 電 機 的 旋 轉 方 向 決 定 。 進 給 伺 服 系 統(tǒng) X 軸 與 Z 軸 步 進 電 機 控 制數(shù) 控 單 元 ENC 發(fā) 出 指 令 信 號 ， 驅 動 器 接 到 指 令 信 號 后 ， 轉 換 成 脈 沖 信 號傳 遞 給 X 軸 和 Z 軸 的 步 進 電 機 。 因 為 Z 軸 步 進 電 機 的 控 制 方 法 與 X 軸 步 進電 機 的 控 制 方 法 一 樣 ， 所 以 在 此 僅 以 X 軸 步 進 電 機 控 制 為 例 說 明 。 程 序 框 圖如 圖 所 示 。25 / 41主程序設置標志位恒速步數(shù)賦值階梯步數(shù)賦值置正轉模址CPU 開中斷設 T0 計時器裝入變速裝置置反轉模址裝入減速裝置輸出控制模型恒步數(shù)1模址+1T0 賦值恢復模值結 束階梯步數(shù)＝0？結束標志模址結束？步長＝0？正轉圖 X 軸 部 分 驅 動 程 序 為 ：急 停 控 制 位 ： AXISI： CLR 7CH；變 速 標 志 位 ： SETB 7EH；升 降 速 標 志 位 ： SETB 7DH；恒 速 步 數(shù) 賦 值 ： MOV R2, 22H ；關 中 斷 OVER: CLR EA。 行 程 控 制 反 饋 信 號 LP3: CLR C；正 轉 控 制 模 型 首 值 MOV R0, 10H ；26 / 41判 斷 正 反 轉 ORL C, 06H；完 整 程 序 見 附 表 自 動 刀 架 換 刀 控 制刀 架 能 實 現(xiàn) 縱 向 和 橫 向 的 進 給 運 動 ， 并 具 備 在 換 刀 點 自 動 改 變 四 個 刀 位 完成 選 擇 刀 具 圖 所 示 為 自 動 刀 架 電 控 原 理 。 該 刀 架 刀 位 數(shù) 為 4， 當 數(shù) 控 單元 發(fā) 出 換 刀 信 號 后 ， 數(shù) 控 單 元 ENC 的 34 號 線 輸 出 低 電 平 ， 24V 正 電 源 使KA4 通 電 吸 合 ， 換 刀 電 機 M 正 向 旋 轉 ， 驅 動 蝸 輪 蝸 桿 減 速 機 構 。圖 自 動 刀 架 程 序 流 程 如 圖 示 。 部 分 驅 動 程 序 如 下 ：AUTO： MOV A,P1 ； 取 P1 口 數(shù) 據(jù) ANL A,03H ； 取 刀 具 碼 ANL 20H,03H ； 取 所 需 刀 具 的 編 碼 CJNE A,20H,DJ1 ； 對 比 編 碼 ， 不 同 則 正 轉 AJMP DJ3 DJ1: MOV DPTR,7FFDH ；指向 8255PB 口27 / 41 MOVX A,@DPTR ANL A,0FH ；保留低四位 ORL A,40H ；輸出刀架電機的正轉電平 MOVX @DPTR,A ；記錄正轉標志 SETB 7FH…………DJ5： JNB ,DJ5 ； 等 待 夾 緊 信 號 MOVX A,@DPTR ； 輸 出 0 電 平 ， 電 機 停 止完 整 程 序 見 附 表存儲空間和地址口的分配如下：IC1:程序存儲空間為 1000H～～1FFFH。IC2: 程序存儲空間為 3000H～～3FFFH。IC3: 程序存儲空間為 4000H～～5FFFH。8155 控制口地址 9F00H。8155PA 口地址 9F01H。8155PB 口地址 9F02H。8155PC 口地址 9F03H。8255PA 口地址 7FFCH。8255PB 口地址 7FFDH8255PA 口地址 7FFEH。28 / 41開始初始化暫時停機正轉輸出置正轉標志延時 1 秒結束反轉到位正轉到位正轉標志位＝1？編碼相同反轉輸出圖 I/O 口地址分配表如表 29 / 41表 字節(jié)地址 位地址 存儲內容 和 刀具編碼的反饋信號 刀架到位的反饋信號 刀具加緊的反饋信號 X 相行程控制反饋信號 Y 相行程控制反饋信號P1 口 急停開關控制接口P3 口 (T0) 主軸脈沖發(fā)生器脈沖信號接口10H ＃01H11H 03 H12H 02 H13H 06 H14H 04 H15H 05 H16H 00 H17H 01 H18H 05 H19H 04 H1AH 06 H1BH 02 H1CH 03 H1DH 00 H00H01H刀具編碼02H 主軸正反轉控制信號03H 主軸走?？刂菩盘?4H Y 軸正反轉控制信號05H Y 軸走停控制信號06H X 軸正反轉控制信號20H07H X 軸走?？刂菩盘?1H X 軸的頻率階梯步數(shù)22H X 軸的恒速步長低 8 位23H X 軸的恒速步長高 8 位30 / 4124H X 軸的恒速 TL0 初值25H X 軸的恒速 TH0 初值26H Y 軸的頻率階梯步數(shù)27H Y 軸的恒速步長低 8 位28H Y 軸的恒速步長高 8 位29H Y 軸的恒速 TL0 初值2AH Y 軸的恒速 TH0 初值2BH 主軸 TL1 初值2CH 主軸 TH1 初值2DH 編碼脈沖數(shù)2EH 調用程序號低四位 主軸步進電機接口8255 的 PA 口高四位 X 軸步進電機接口低四位 Y 軸步進電機接口8255 的 PB 口高四位 自動換刀直流電機接口8255 的 PC 口 機床狀態(tài)指示燈接口8155