【導(dǎo)讀】隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機床的占有率已經(jīng)成為衡量一個國。家機械制造業(yè)水平的重要標志。采用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)對普通機床進行數(shù)控化改造，特別適合我國普通機床。擁有量大，生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設(shè)計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。其中主要對伺服系統(tǒng)、算，最后對微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路進行了設(shè)計。品，以最低價格、最好的質(zhì)量、最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。存在很多缺點，在國內(nèi)和國際市場上缺乏競爭力。普通機床已不再適

　　

【正文】 個 8位口、 1 個 6 位口、一個 14 位的定時 /計數(shù)器） ； 8255：可編程的通用并行接口電路（ 3 個 8 位口）； 8253： 3個 16位的可編程的定時 /計數(shù)器； 8279：可編程的鍵盤、顯示電路； 8243： 4個 4位口 I/O 擴展接口電路。此外， 74LS 系列的 LSTTS電路或 MOS 電路也可作 MCS51單片機的擴展 I/O口，如 74LS37 74LS377 等。 本設(shè)計中使用兩片 8155 可編程接口芯片。下面簡單介紹 8155 通用可編程接口芯片。 （ 1） 8155 的結(jié)構(gòu)及其引腳 8155 有 3 個可編程并行 I/O 端口： A 口、 B 口、 C 口，其中， A 口和 B 口是八位， C 口是 6位， 1個 14 位可編程定時 /計數(shù)器和 256B 的靜態(tài) RAM，能方便的進行 I/O 擴展和 RAM 擴展，其引腳圖 46。 圖 46 8155 引腳圖 （ 2） 8155 共有 40 個引腳，按其功能特點分類說明如下： 1）地址數(shù)據(jù)線 07AD AD? 是低八位地址和數(shù)據(jù)共用輸入口，當 1ALE? 時，輸入的是地址信息，否則是數(shù)據(jù)信息。所以 07AD AD? 應(yīng)與 MCS51 的 P0口相連。 2）端口線 07~PA PA 、 07~PB PB 用于 8155 與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)，05~PC PC 既可用于 8155 與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)，也可作為 A 口、 B口的控制信號線。 3）地址鎖存線 在 ALE 下降沿將單片機 P0口輸出的低 8位地址信息及 CE 、IOM 的狀態(tài)都所存到 8155內(nèi)部寄存器，因此，單片機 P0口輸出的。 4） RAM 或 IO口選擇線 當 IOM =0 時，選中 8155 的片內(nèi) RAM， 07AD AD?為 RAM 地址；若 1IOM? 時，選中 8155 片 內(nèi) 3 個 I/O 端口及命令 /狀態(tài)寄存器和定時 /計數(shù)器。 5）片選線 CE 為低電平時選中 8155。 6）讀、寫線 RD 、 WR 控制對 8155 的讀 /寫操作。 7）定時 /計數(shù)器的脈沖輸入、輸出線 TIMERIN 是外界向 8155 輸入計數(shù)脈沖的輸入端， TIMEROUT 是 8155 向外界輸出脈沖或方波的輸 出端。 （ 3） 8155 的工作方式 8155I/O 口有四種工作方式可供選擇：即 1 2 3 4, , ,A L T A L T A L T A L T。其中 各符號說明如下： AINTR： A口中斷，請求輸入信號，高電平有效。 BINTR： B口中斷，請求輸入信號，高電平有效。 ABF(BBF)： A 口（ B 口）緩沖器滿狀態(tài)標志輸出線，緩沖器有數(shù)據(jù)時， BF為高電平。 ASTB(BSTB)： A 口 (B 口 )設(shè)備選通信號輸入線，低電平有效。 地址鎖存器 8031 擴展 系統(tǒng)時，由 P0 口提供數(shù)據(jù)及低 8位地址，分時傳送，故須地址鎖存。常用的地址鎖存器芯片是 74LS373（帶三態(tài)緩沖輸出的 8D觸發(fā)器），其引腳及連接見圖 47。圖中： D0 ~D7：信號輸入端； Q0 ~Q7 ：信號輸出端； G：下降沿時，將 D0 ~D7鎖存于內(nèi)部； E：使能端， E=0 時，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出端Q0 ~Q7 與輸入端 D0 ~D7連通，當 E=1時，輸出三態(tài)門斷開，輸入數(shù)據(jù)鎖存。 圖 47 74LS373 引腳及連接圖 步進電機驅(qū)動電路 在經(jīng)濟型數(shù)控機床中，大多采用步進電機開環(huán)控制。而單片機的 I/O 口或 I/O 擴展口的驅(qū)動能力有限，為 使步進電機正常運行并輸出一定功率，需有功功率放大環(huán)節(jié)；為避免強電干擾，因此還需采用隔離電路。其控制電路框圖如圖48 所示： 圖 48 步進電機控制框圖 脈沖分配器（環(huán)行分配器） 有硬件和軟件分配器兩種，硬件分配器需要的 I/O接口連線少，執(zhí)行速度快，需要專用的芯片，軟件則用程序?qū)崿F(xiàn)。脈沖分配器的芯片目前采用的 TTL集成脈沖分配器有三相、四相、五相和六相，其型號分別為 YB0B、 YB01 YB015 及 YB016，都為 18 個引腳的直插式封裝。其主要性能參見表 41： 表 41 TTL 脈沖分配器主要性能參數(shù) 輸入高電平（ V） 輸入低電平（ V） 輸出高電平（ V） 輸出高電平（ V） 吸收電流（ mA） 工作頻率（ Hz） 電源電壓（ V） 環(huán)境溫度（ C? ） 0~160 5 ? 0~+70 光電隔離電路 單片機系統(tǒng)要控制電壓高、電流大的信號，必須采用電氣上的隔離并抑制干擾，光電耦合器就是利用光傳遞信息的器件，使電路的輸入和輸出在電氣上完全隔 離，大大提高了系統(tǒng)安全可靠性，并可實現(xiàn)共模噪聲的抑制和電源的變換等。 光電耦合器的類型按輸出結(jié)構(gòu)可分為直流和交流輸出兩類。直流輸出可采用：（ 1）晶體管輸出；（ 2）達林頓管輸出；（ 3）史密特觸發(fā)器輸出。交流可采用：（ 1）單向可控硅輸出；（ 2）雙向可控硅輸出等。 功率放大器 脈沖分配器的功率很小，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)動步進電極正常運轉(zhuǎn)。 從步進電機的起動矩頻特性和運行矩頻特性可以看出，隨著運行矩頻的增高，步進電機帶動負載的能力下降。產(chǎn)生的主要原因是：作為功率放大 器負載的步進電機是電感負載，當改變通電狀態(tài)時，通電繞組的電流將從零逐漸增大，該 繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢使電流按指數(shù)規(guī)律上升，并將電源一部分能量存在（電感）繞組中，電流的時間常數(shù)為： RLmi /?? 式中 mL ：指步進電機一相繞組的平均電感量 R ：通電回路的電阻，包括繞組電阻、功率放大器輸出級的內(nèi)阻及串聯(lián)電阻。 而斷電繞組電流是下降的，這時存儲于繞組中的勢能將以電流式釋放出來，使電流按指數(shù)規(guī)律下降，其時間常數(shù)為： Dmd RL /?? 式中 DR ：指放電回路電阻，包括繞組電阻，續(xù)流二極管正向電阻等。 這樣就使繞組中電流緩慢增加和下降，步進各相繞組電流幾乎同時存在，步進電機負載能力下降，嚴重時會出現(xiàn)失步。 其他輔助電路的設(shè)計 8031 的時鐘電路 8031 的時鐘電路單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 1XTAL 、 2XTAL 引腳上外接定時元件，如下圖所示。晶體可在 之間任選，耦合電容在 530pF 之間，對時鐘有微調(diào)作用。采用外部時鐘方式，可把 1XTAL 直接接地， 2XTAL 接外部時鐘源。 圖 49 時鐘電路 掉電保護電路 RAM 中存放的數(shù)據(jù)一掉電就會全部丟失。為了保護 RAM中的信息，采用掉電保護電路。圖 410 所示為一簡單掉電保護電路的工作原理。圖中 V? 為電源電壓，VB 為備用電池電壓，并且 V? ? VB ； VCC 為 RAM 的電源端。 圖 410 掉電保護電路 越界報警電路 為防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)，一旦某一方向越界應(yīng)立即停止工作臺移動，圖 411（ a）為報警指示 , （ b）為報警信號的產(chǎn)生，這里利用的 8031 的外部中斷 INT0 來控制報警。 （ a） (b) 圖 411 越界報警電路 復(fù)位電路 單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)，在時鐘電路工作后，只要 RESET 引腳上出現(xiàn) 10ms 以上高電平 ,單片機便實現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位，以后單片機便從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種。圖 413所示為上電與按鈕復(fù)位組合。在上電瞬間， RC電路充電， RESET 引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要 RESET 端保持 10ms 以上高電平，就能使單片機有效的復(fù)位。 圖 413 復(fù)位電路 數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件是硬件的補充，確定硬件電路后，根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計軟件。經(jīng)濟型數(shù)控機床軟件的設(shè)計一般可分為以下幾個典型模塊： （ 1） 軟件脈沖分配器； （ 2） 插補模塊； （ 3） 步進電機升降速模塊等。 圖 413 是兩坐標連續(xù)系統(tǒng)機床的微機控制的原理圖，該系統(tǒng)用 8031 的 P1口作為輸出信號，分別控制 X、 Y方向的步進電機。 圖 413 兩坐標連續(xù)系統(tǒng)機床的微機控制的原理圖 軟件脈沖分配器 機工作原理，改變繞組通電狀態(tài)，步進電機按規(guī)定方向運轉(zhuǎn)。軟件分配器 采用查表法，在微處理器中專門安排一個輸出寄存器作為步進電機的控制寄存器，步進電機的第一相繞組都與這個寄存器中的某一指定位對應(yīng)，寄存器中這位為“ 1”，對應(yīng)相應(yīng)繞組的通電狀態(tài)為“ 0”時則斷電；循環(huán)向寄存器中寫入控制字，從而使步進電機繞組按因定的規(guī)律循環(huán)通電和斷電。電機以三相六拍方式工作，其通電規(guī)律為： A— AB— B— BC— C— CA。假定脈沖分配表放在程序存儲器的 0701H開始的單元中，因 P1 口與步進電機之間接反向器，故其對應(yīng)的控制字及地址如表 42： 表 842脈沖分配表 地 址 通電方式 ABC 代 碼 0701H 011 FBH 0702H 001 F9H 0703H 101 FDH 0704H 100 FCH 0705H 110 FEH 0706H 010 FAH X 方向脈沖分配的子程序 由圖 413 知， X 向的步進電機對應(yīng)的接口為 ~， R6 為 X 向電機的指針寄存器， Y向步進電機對應(yīng)的接口為 ~， R7 為 Y向電機的指針寄存器、初始化時使（ R6） =（ R7） =01H， X向脈沖分配器的程序框圖如圖 414： 圖 414 X 向脈沖分配器的程序框圖 X向源程 序： PULSE： CJNE R6， 07H， LOOP1 MOV R6， 01H SJMP LOOP2 LOOP1： CJNE R6， OOH， LOOP2 MOV R6， 06H LOOP2： MOV DPTR， 0700H MOV A， R6 MOVC A， @A+DPTR SWAP A MOV B， A MOV A， R7 MOVC A， @A+DPTR ADD A， B MOV P1， A RET Y 方向 脈沖分配的子程序 Y 向脈沖分配子程序類似于 X 向的，只是 P1 口輸出的數(shù)據(jù)與分配表的值對應(yīng)的關(guān)系不同。 逐點比較法插補程序 逐點比較法是以階梯折線來逼近直線和圓弧等曲線的。它與規(guī)定的加工直線 或圓弧之間最大誤差為一個脈沖當量，因此只要把脈沖當量取得足夠小，就可以達到加工精度的要求。插補可分為直線和圓弧插補，這里也只設(shè)計直線和圓弧插補。下面主要設(shè)計第一象限的程序，其他程序與第一象限類似。 第一象限圓弧插補程序 根據(jù)硬件原理圖，利用 8031 定時器 0 或 1 產(chǎn)生中斷的辦法來實現(xiàn)插補功能，插補程序 框圖如圖 415 所示： 假定起始坐標 X 放在 R0 中， Y 放在 R1 中，偏差 F 放在 R2 中，終點判別值放在 R3 中，采用 T1定時中斷， T1工作方式為 1。 圖 415 圓弧插補程序框圖 第一象限圓弧插補源程序： MOV TH1， TCH MOV TL1， TCL MOV A， R2 JB 0E7H， LOOP3； F0 轉(zhuǎn) DEC R6 ACALL PULSE；輸出 — X方向進給脈沖 MOV A， R0 CLR C RLC A； X? 2 MOV R4， A MOV A， R2 SUBB A， R4； F— 2X INC A； F— 2X+1 DEC R0 SJMP LOOP4； LOOP： INC R7 ACA