【導讀】可編程控制器是專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計一種工業(yè)控制計算機，位控制功能有關見解與方法，介紹了控制系統(tǒng)研制中需要認識與解決若干問題，數(shù)控系統(tǒng)按其控制方式劃分有點位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。程中刀具不切削工件。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞。動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個。階段和六代的發(fā)展。能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺機床專用。計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控，簡稱為數(shù)控。到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。通用"兩個字省略了)。上，稱之為微處理器，又可稱為中央處理單元。到1974年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。處理器經(jīng)濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功。能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。

　　

【正文】 分； 工作溫度：最高可達 100℃； 頻率響應： 100kHz,最高 200kHz； 分辨率：最低 1個脈沖 /圈，最高 6000 個脈沖 /圈，中間有 55 種分辨率可供選擇； 安裝方式：柔性方式，伺服方式，法蘭盤方式； 使用壽命：平均 10 萬小時； 轉軸方向：雙向； 工作精度：兩圈間誤差≤177。 176。 光電編碼器實際使用的鑒相與雙向計數(shù)電路，鑒相電路用 1 個 D 觸發(fā)器和 2個與非門組成，計數(shù)電路用 3片 74LS193 組成。 電路分析： 當光電編碼器順時針旋轉時，通道 A 輸出波形超前通道 B輸 出波形 90176。， D觸發(fā)器輸出 Q(波形 W1)為高電平， Q(波形 W2)為低電平，上面與非門打開，計數(shù)脈沖通過 (波形 W3)，送至雙向計數(shù)器 74LS193 的加脈沖輸入端 CU，進行加法計數(shù)；此時，下面與非門關閉，其輸出為高電平 (波形 W4)。 當光電編碼器逆時針旋轉時，通道 A 輸出波形比通道 B 輸出波形延遲 90176。， D 觸發(fā)器輸出 Q(波形 W1)為低電平， Q(波形 W2)為高電平，上面與非門關閉， 輸出為高電平 (波形 W3)；此時，下面與非門打開，計數(shù)脈沖通過 (波形 W4)至雙 計 數(shù)器 74LS193 的減脈沖輸入端 CD，進行減法計 數(shù)。 圖 310 光電編碼器鑒相計數(shù)電路 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 28 S7— 200 有六個高速計數(shù)器 HSC0HSC5，可以設置多達 12種不同的操作模式。 高速計數(shù)器的輸入信號 如 表所示。有些高速計數(shù)器的輸入點相互間或它們與邊沿中斷（ — ）的輸入點與重疊，同一輸入點不能同時用于兩種不同的功能。但是高速計數(shù)器當前模式未使用的輸入點可以用于其它功能。例如 0工作在模式 1 時只使用 和 ， 可供邊沿中斷或 HSC3 使用。 當復位輸入信號有效時，將清除計數(shù)器當前值并保持清除狀態(tài)，直至復位信號關閉。當 啟動輸入有效 時，將允許計數(shù)器計數(shù)。關閉啟動輸入時，計數(shù)器當前值保持恒定，時鐘脈沖 不起作用。如果在關閉啟動輸入時使復位輸入有效，將忽略復位輸入，當前值不變。如果激活復位輸入后再啟動輸入，則當前值唄清除 。 表 32高速計數(shù)器的外部輸入信號 模式 HSC 編號或 HSC 類型 輸入點 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 0 帶內(nèi)部方向輸入信號的單相加 /減計數(shù)器 時鐘 1 時鐘 復位 2 時鐘 復位 啟動 3 帶內(nèi)部方向輸入信號的單相加 /減計數(shù)器 時鐘 方向 4 時鐘 方向 復位 5 時鐘 方向 復位 啟動 6 帶加減計數(shù)時鐘脈沖輸入的雙相計數(shù)器 加時鐘 減時鐘 7 加時鐘 減時鐘 復位 8 加時鐘 減時鐘 復位 啟動 9 A/B 相正交計數(shù)器 A 相時鐘 B 相時鐘 10 A 相時鐘 B 相時鐘 復 位 11 A 相時鐘 B 相時鐘 復位 啟動 此次設計采用的 EPC－ 755A 光電編碼器為 A/B 相正交計數(shù)器。 查 上表可知 可東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 29 以選擇計數(shù)器 HSC0和 HSC4模式為 10 和 11作為 X軸和 Y軸光電編碼器信號輸入端。 步進電機 驅動 步進電動機的驅動電源 。 步進電動機需配置一個專用的電源供電，電源的作用是讓電動機的控制繞組按照特定的順序通電，即受輸入的電脈沖控制而動作，這個專用電源稱為驅動電源。步進電動機及其驅動電源是一個互相聯(lián)系的整體，步進電動機的運行性能是由電動機和驅動電源兩者配合所形成的綜合效果。 對驅動電源的基本要求 1． 驅動電源的相數(shù)、通電方式和電壓、電流都工滿足步進電動機的需要； 2． 要滿足步進電動機的起動頻率和運行頻率的要求； 3． 能最大限度地抑制步進電動機的振蕩； 4． 工作可靠，抗干擾能力強； 5． 成本低、效率高、安裝和維護方便。 驅動電源的組成 。 步進電動機的驅動電源基本上由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器（也稱功率放大器）三部分組成，如圖所示。 圖 311 步進電機驅動電源方框圖 脈沖發(fā)生器是一個脈沖頻率由幾赫 到幾十千赫可連續(xù)變化的脈沖信號發(fā)生器。脈沖發(fā)生器可以采用多種線路，最常見的有多諧振蕩器和單結晶體管構成的張弛振蕩器兩種，它們都是通過調(diào)節(jié)電阻 R和電容 C的大小來改變電容器充放電的時間常數(shù)，以達到改變脈沖信號頻率的目的。圖 6 是兩種實用的多諧振蕩電路，它們分別由反相器和非門構成，振蕩頻率由 RC 決定，改變 R 值即可改變脈沖頻脈 沖 發(fā)生器 脈 沖 分配器 脈 沖 放大器 步 行 電動機 發(fā)生器 指令 工 作 機 構 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 30 率。 圖 312 脈沖發(fā)生器實用電器 2. 脈沖分配器 脈沖分配器中由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號按一定的邏輯關系加在脈沖放大器上，使步進電動機按確定的運行 方式工作。下面著重介紹 CH250 環(huán)形脈沖分配器。 CH250 環(huán)形脈沖分配器是三相步進電動機的理想脈沖分配器，通過其控制端的不同接法可以組成三相雙三拍和三相六拍的不同工作方式，如圖所示。 圖 313 CH250 三相雙三拍接法 圖 314 CH250 三相六拍接法 J3r、 J3L 兩端子是三相雙三拍的控制端， J6r、 J6L 是三相六拍的控制端，三相雙三拍工作時，若 J3r＝ “1” ，而 J3L＝ “0” ，則電機正轉；若 J3r＝ “0” ，J3L＝ “1” ，則電機反轉；三相六拍供電時，若 J6r＝ “1” ， J6L＝ “0” ，則電機正轉；若 J6r＝ “0” ， J6L＝ “1” ，電機反轉。 R2 是雙三拍的復位端， R1是六拍的復位端，使 用時，首先將其對應復位端接入高電平，使其進入工作狀態(tài)，然后換接到工作位置。 CL 端是時鐘脈沖輸入端， EN 是時鐘脈沖允許端，用以控制時鐘脈沖的允許與否。當脈沖 CP由 CL端輸入，只有 EN端為高電平時，時鐘脈沖的上升沿才起作用。 CH250 也允許以 EN端作脈沖 CP 的輸入端，此時，只有CL 為低電平時，時鐘脈沖的下降沿才起作用。 A0、 B0、 C0 為環(huán)形分配器的三個東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 31 輸出端，經(jīng)過脈沖放大器（功率放大器）后分別接到步進電動機的三相線上。 CH250 環(huán)形脈沖分配器的功能關系如表所列。 表 32 CH250 環(huán)形脈沖分配器功能關系 工作方式 CL EN J3R J3L J3R J3L 六拍 正轉 0 0 0 1 0 反轉 0 0 0 0 1 雙三拍 正轉 0 1 0 0 0 反轉 0 0 1 0 0 六拍 正轉 1 0 0 1 0 反轉 1 0 0 0 1 雙三拍 正轉 1 1 0 0 0 反轉 1 0 1 0 0 3. 脈沖放大器（功率放大器） 由于脈沖分配器輸出端 A0、 B0、 C0 的輸出電流很小，如 CH250 脈沖分配器的輸出電流大約為 200400μA ，而步進電動機的驅 動電流較大，如 75BF001 型步進電動機每相靜態(tài)電流為 3A，為了滿足驅動要求，脈沖分配器輸出的脈沖需經(jīng)脈沖放大器（即功率放大器）后才能驅動步進電機。圖 9是一個實用的脈沖放大電路，圖中使用三級晶體管放大，第一級用 3DG6 小功率管，第二級用 3DK4 中功率管，第三級用 3DD15 大功率管， R6 為步進電動機限流電阻，隨所配電機不同而異。 圖 315 脈沖放大電器實用電路 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 32 圖 316高低壓切換驅動電源的原理圖 上圖 所示電路是單電壓型驅動電源，它的特點是：線路簡單，電阻 R6 與控制繞組串聯(lián)后，可以減小回路的時間常數(shù)；但是由于 R6 上要消耗功率，使電源的效率降低，用這種電源供電的步進電動機的起動和運行頻率都不會太高。為了提高電源效率 及工作頻率，可采用高、低壓切換型電源，其原理如圖 10 所示。高壓供電是用來加速電流的增長速度，而低壓是用來維持穩(wěn)定的電流值。低壓電源中串聯(lián)一個數(shù)值較小的電阻，其目的是為了調(diào)節(jié)控制繞組的電流，使各相電流平衡。 顯示器 此次設計需要顯示點位坐標，所以還必須接上顯示部分。根據(jù)任務要求。需要精確到。所以設計中用十二個 LED 顯示管來顯示點位坐標。（其中六個用于顯示 X 軸坐標，六個用于顯示 Y 軸坐標）。 LED 顯示方法 LED 顯示的方法有兩種： 靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示 靜態(tài)顯示 :所謂靜態(tài)顯示 ,是由單 片機一次輸出顯示后 ,保持到下次送新的顯示信息為止 ,并且各個 LED數(shù)碼管的筆劃信息碼同時傳送 .這種顯示占用 CPU資源少 \無需為選信號 \各個 LED 數(shù)碼管同時點亮 \顯示可靠 。缺點是使用元件多 ,且線路比較復雜 ,因而成本比較高 .當顯示的位數(shù)較少時 ,可以采用靜態(tài)的顯示方法 . 動態(tài)顯示 :動態(tài)顯示就是單片機定時對 LED 掃描 ,使其逐個輸出顯示 .使用這種方法 .每次只有一個顯示器件顯示 ,即顯示器件分時工作 .由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象 ,仍覺得所有的顯示器件都在同時顯示 .各管按照程序規(guī)定的順序點亮自己的數(shù)碼 ,待各個數(shù)碼管都點亮后 ,再從頭 開始 ,反復而已 .這種顯示方法的優(yōu)點是使用硬件少 ,價格低 。缺點是占用 CPU 資源多 ,亮度與靜態(tài)顯示相比要暗得多 .只東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 33 要單片機不執(zhí)行顯示程序 ,顯示器就停止顯示 ,動態(tài)顯示的亮度與導通電流相關 ,也與點亮時間隔時間的比例相關 .這里采用的 LED 顯示方法是動態(tài)顯示 ,其工作原理是 : (1) 先送出筆劃信息碼 ,接著選中 LED 數(shù)碼管 ,并延時 2MS 使之點亮 . (2) 依據(jù)上次動作依次顯示各個 LED 數(shù)碼管 ,直至每個數(shù)碼管都被點亮過 (3) 循環(huán)反復 七段數(shù)碼管 7段數(shù)碼管發(fā)光二極管使用靈活，簡單方便，當有電流通過時，相應 的發(fā)光二極管就點亮；當電流消滅沒有電流時，發(fā)光二極管就滅。同樣。共陽極 LED顯示器。就是將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起，接到電源正極。這樣，當某個發(fā)光二極管的陰極加有低電平，該發(fā)光二極管即被點亮。 圖 317 LED 數(shù)碼顯示顯示管 由于采用 PLC 輸出，輸出電壓為直流 24v，所以在 LED顯示管上我們必須串聯(lián)電阻進行分壓。 普通的發(fā)光二極管正偏壓降紅色為 ，黃色為 左右，藍 白 為至少 。工作電流 5－ 10mA 左右 超亮發(fā)光二極管主要有三種顏色，然而三種發(fā)光二極管的壓降都不相同 ，具體壓降參考值如下： 紅色發(fā)光二極管的壓降為 黃色發(fā)光二極管的壓降為 — 綠色發(fā)光二極管的壓降為 — 正常發(fā)光時的額定電流約為 20mA。 限流電阻計算如下： U 為工作電壓 串聯(lián) R＝（ U－ LED 壓降＊ 18）／ 20mA 并聯(lián) R＝（ U－ LED 壓降）／（ 20*18mA） 東華理工大學長江學院畢業(yè)設計（論文） 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 34 數(shù)碼驅動管 CC4514 是由一 4位可選通鎖存器和 4 線 — 16線譯碼器組成，鎖存器所保留的數(shù)據(jù)為在選脈沖由 1 至 0 轉換之前的最后輸入數(shù)據(jù)。 1NH控制端將所有輸出 置為 0。而與數(shù)據(jù)或選通脈沖的輸入狀態(tài)無關。 工作條件：電源電壓范圍 3v— 15v。 輸入電壓范圍： 0v— VDD 工作溫度范圍： M類 55 ℃ 125℃， E 類： 40℃ 85℃。 極限值：電源電壓 — 18v。 輸入電壓 0v— VDD+ 輸入電流： 10mA 存儲溫度： 65℃ 150℃。 引出端功能符號： A0— A3 數(shù)據(jù)輸入端。 1NH 輸出禁止控制端。 LE 數(shù)據(jù)鎖存控制端。 VDD 正電源。