【正文】 1） SCM 即單片微型計算機（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。 3） 單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢 。 單片機技術(shù)的發(fā)展特點 自單片機出現(xiàn)至今，單片機技術(shù)已走過了近 20 年的發(fā)展路程。 1）單片機長壽命 這里所說的長壽命，一方面指用單片機開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。而單片機則有所不同 ， 為提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術(shù)發(fā)展之追求。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。低電壓供電的單片機電源下限已由 降至 、 、 供電的單片機已經(jīng)問世。 從而實現(xiàn)了低噪聲和高可靠性技術(shù)有點。開放式數(shù)控系統(tǒng)從 20 世紀(jì)90 年代初就引起人們的注意。對于現(xiàn)代數(shù)控機床的控制來說，需要一種完全以微機為基礎(chǔ)的、和諧的、標(biāo)準(zhǔn)化的軟件環(huán)境，從 而能夠根據(jù)用戶需要實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，在縮短加工時間的同時，提高加工質(zhì)量和柔性，開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是面向軟件配置的，可以由用戶自行定義接口和軟件平臺，不斷將功能集成到控制系統(tǒng)中，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化的制造環(huán)境。這一點對于機床制造商和用戶都是非常有利的。通過外部接口，就可根據(jù)自己的特殊需要和經(jīng)驗，增加新的控制功能。 所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上 ,面向機床廠家和最終用戶 ,通過改變、增加或剪裁數(shù)控功能 ,形成系列化 ,并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中 ,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)。 開放的標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)涵 數(shù)控系統(tǒng)的開放程度可從以下今個方 面來加以評價。 2）可擴展性 同應(yīng)用模塊可在同一平臺上運行 ,相互不發(fā)生沖突。 4）規(guī)?？勺? 應(yīng)用模塊的功能和性能以及硬件的規(guī)?？砂凑招枰{(diào)整實踐證明 ,控制系統(tǒng)的開放程度還涉及人機界面、控制核心和整個系統(tǒng)。 （數(shù)控和可編程控制等）有限度開放。 。 開放式 數(shù)控 系統(tǒng)的特點 1) 軟件化數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)核擴展了數(shù)控系統(tǒng)的柔性和開放性，降低了系統(tǒng)成本 隨著計算機性能的提高和實時操作系統(tǒng)的應(yīng)用，軟件化 NC 內(nèi)核將被廣泛接受。 2) 數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動和數(shù)字 I/O(PLC 的 I/O)連接的發(fā)展方向是現(xiàn)場總線 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動和 PLC I/O 與控 制器是直接連接的，一個伺服電動機至少有 11根線，當(dāng)軸線和 I/O 點多時，布線相當(dāng)多，出于可靠性考慮，線長有限，擴展不易，可靠性低，維護困難，而現(xiàn)場總線用一根通訊線或光纖將所有的驅(qū)動和 I/O 級連起來，傳送各種信號，以實現(xiàn)對伺服驅(qū)動的智能化控制。 3) 網(wǎng)絡(luò)化是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的 EManufacturing 對數(shù)控系統(tǒng)的必然要求。 CNC 機床作為制造自動化的底層基礎(chǔ)設(shè)備，應(yīng)該能夠雙向高速地傳送信息，實現(xiàn)加工信息的共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)制造，基于標(biāo)準(zhǔn) PC 的開放式數(shù)控系統(tǒng)可利用以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)強大的網(wǎng)絡(luò)功能，實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的融合，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)信息和管理信息的集成以及加工過程監(jiān)控 ，遠(yuǎn)程制造、系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和升級。它適合作為系統(tǒng)描述語 言 ，既可以用來編寫系統(tǒng)軟件，也可以用來編寫應(yīng)用軟件。由于匯編語言 依賴于計算機硬件，程序的可讀性和可移植性都比較差，所以為了提高系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性，最好改用高級語言。人們希望找到一種兼具一般高級語言和低級語言優(yōu)點的語言，于是， C 語言就在這種情況下應(yīng)運而生了。 C 語言的主要特點如下： 語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活； 運算符豐富； 數(shù)據(jù)類型豐富； 具有結(jié)構(gòu)化的控制語句； 語法限制不太嚴(yán)格 ，程序設(shè)計自由度大； C 語言允許直接訪問物理地址，能進行位操作，能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能，可以直接對硬件進行操作。基本不做修改就能用于各種型號的計算機和各種操作系統(tǒng)。 這種語言能夠執(zhí)行某個特殊任務(wù)的指令和數(shù) 據(jù)從程序的其余部分分離出去、隱藏起來。通過使用局部變量，我們能夠?qū)懗鰧Τ绦蚱渌糠譀]有副作用的子程序。 如果開發(fā)了一些分離很好的函數(shù)，在引用時我們僅需要知道函數(shù)做什么，不必知道他如何做。 結(jié)構(gòu)化語言比非結(jié)構(gòu)化語言 更易于程序設(shè)計，用結(jié)構(gòu)化語言編寫的程序的清晰性使得他們更易于維護。 C 語言的主要結(jié)構(gòu)成分是函數(shù) 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 6 C 的獨立子程序 【 4】 。函數(shù)允許一個程序的諸任務(wù)被分別定義和編碼，使程序模塊化。 但是，并非所有的計算機語言都是程序員使用的， C 語言就能。匯編語言使用的匯編指令，是能夠在計算機直接執(zhí)行的二進制 器碼的符號表示。雖然匯編語言給予程序員達到最大靈活性和最高效率的潛力，但開發(fā)和調(diào)試 匯編語言程序的困難是難以忍 受的。 匯編語言簡介 助記符指令和機器指令一一對應(yīng)，所以用匯編語言編寫的程序效率高，占用存儲空間小，運行速度快，因此匯編語言能編寫出最優(yōu)化的程序 ； 使用匯編語言編程比使用高級語言困難。 故而，選 C 語言。模塊化的產(chǎn)品設(shè)計可以達到以下幾個目的：滿足客戶的定制需求 ；相似性的重用； 減少產(chǎn)品工程復(fù)雜程度 。然后，模塊被引入機械制造業(yè)，人們進一步將模塊與物理產(chǎn)品的功能聯(lián)系到 了一起，模塊具有了明確的功能定義特征、幾何連接接口，以及功能輸入、輸出接口特征。模塊化思想發(fā)展到今天，知識管理和傳統(tǒng)的模塊化之間的界限已經(jīng)變得有些模糊。 使用模塊的目的 由于模塊具有不同的組合可以配置生成多樣化的滿足用戶需求的產(chǎn)品的特點，同時模塊又具有標(biāo)準(zhǔn)的幾 何連接接口和一致的輸入輸出接口，如果模塊的劃分和接口定義符合企業(yè)批量化生產(chǎn)中采購、物流、生產(chǎn)和 服務(wù)的實際情況，這就意味著按照模塊化模式配置出來的產(chǎn)品是符合批量化生產(chǎn)的實際情況的，從而使定制化生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)這對矛盾得到解決。 模塊化產(chǎn)品的優(yōu)點 在集成化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，零部件的功能與產(chǎn)品功能是多對多的關(guān)系，這樣導(dǎo)致某個零部件的設(shè)計更改會影響到產(chǎn) 品的多個功能，也就會導(dǎo)致不確定范圍的零部件的修改，同樣為了實現(xiàn)產(chǎn)品的某項功能改善，也會導(dǎo)致很多零部件的修改。 由于模塊的功能必須考慮在一系列產(chǎn)品中互換的問題，因此某些模塊的功能在某一個產(chǎn)品中有可能是冗余的，但是從全局的角度看這樣做是值得的。 因此，選擇模塊化設(shè)計。通俗地講 ,開放的目的就是使 NC 控制器與當(dāng)今的 PC 機類似 ,系統(tǒng)構(gòu)筑于一個開放的平臺之上 ,具有模塊化組織結(jié)構(gòu) ,允許用戶根據(jù)需要進行選配和集成 ,更改或擴展系統(tǒng)的功能迅速適應(yīng)不同的應(yīng)用需求 ,而且 ,組成系統(tǒng)的各功能模塊可以來源于不同的部件供應(yīng)商并相互 兼容。 本文所設(shè)計的是一主控模塊， 介紹了 AT89S52 單片機構(gòu)造數(shù)控系統(tǒng)的硬件的可行性，在充分利用 AT89S52 單片機資源的基礎(chǔ)上，提出了研究目標(biāo)所規(guī)劃的 NC 系統(tǒng)接口電路方案，人機接口方案、存儲器接口配置方案，總線驅(qū)動接口方案及 中斷擴展方案等。 經(jīng)過 分析可得 出 本設(shè)計的硬件框圖： C P UR O M 的 的 的R A M 的 的 的的 的I S P 的 的 的 的的 的的 的 的 的的 的 的 的的 的 的 的的 的2IC 圖 41 總體設(shè)計圖 數(shù)控裝置包括硬件和軟件兩部分，硬件支持軟件的運行，但離開軟件，硬件無法工作，兩者構(gòu)成一個有機整體，協(xié)同實現(xiàn) NC 的控制功能。 由圖可以看出本設(shè)計主要有以下模塊：人機接口模塊、通訊接口模塊、存儲器的擴展模塊、 ISP 在線可編程系統(tǒng)模塊等，各模塊都需要選用一定的器件用來實現(xiàn)其功 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 9 能 ，在下面的章節(jié)中都作了講解。為提高 NC 的性價比，本文 選用 AT89S52 作為NC 的核心控制器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52 芯片介紹 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 通過上述分析， AT89S52 滿足 NC 設(shè)計目標(biāo)。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個TTL 邏輯電平。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 P1口 ： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被 外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 引腳號 第二功能 T2（定時器 /計數(shù)器 T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口 ： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位 雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。 P3 口 ： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 11 T0（定時器 0外部輸入） T1（定時器 1外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲器 寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) PSEN:外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。如果需要，通過將地址為 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1” ， ALE操作將無效。否則， ALE 將被微弱拉高。 EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應(yīng)該接 VCC。 RST： 復(fù)位輸入?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 定時器 2 定時器 2是一個 16位定時 /計數(shù)器，它既可以做定 時器，又可以做事件計數(shù)器。定時器 2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載（向下或向上計數(shù)）和波特率發(fā)生器。 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 12 定時器 2 有 2 個 8位寄存器： TH2和 TL2。由于一個機器周期由 12 個晶振周期構(gòu)成，因此，計數(shù)頻率就是晶振頻率的 1/12。 由于 在設(shè)計中，程序量較大，系統(tǒng)需擴展一片外部程序存儲器 。而 EPROM2764具有這種功能，于是，本文中選用了它。 引腳介紹： A12～ A0： 13 條地址線，表示有 132 個地址單元。 － ALE/CS： 片選控制 輸入端，低有效。 Vcc： 工作電源＋ 5V。 設(shè)計（論文）用紙 第 頁 13 － PRG： 編程脈沖輸入端。 為了合理分配與使用存儲器的存儲空間，通常需要譯碼電路。譯碼器的 G /G2A、 /G2B三個控制端，只有當(dāng) G1為“ 1”且 /G2A、 /G2B均為“ 0”時，譯碼器才能進行譯碼輸出。 本文中將 G1接 +5V電源，將 /G2A、 /G2B同時接地。 它的 C、 B、 A三個管腳分別與 AT89S52的 、 、 相連，因此， ROM的最大地址范圍為 0000H1FFFH。 利用 G /(G2A)和 /(G2B)可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。而 8K 的標(biāo)準(zhǔn) RAM6264 有可以滿足所求，所以被本設(shè)計所選用。不用 PSEN 信號，而用 RD 和 WR 信號，且直接與數(shù)據(jù)存儲器的OE 端和 WE 端相連即可。 由于在設(shè)計中，需要保存一些固定的參數(shù)，否則，每次使用前，都得重新設(shè)置參數(shù)，既麻煩又費時；再者，在程序運行的過程中，需要保留上次的結(jié)果，使得下次運行時，可以接著保留