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1、内蒙古工业大学课程设计第三章 微机数控系统硬件电路设计3.1 计算机系统微机数控系统由 CPU，存储器扩展电路，I/O 接口电路，驱动电机驱动电路，检测电路等几部分组成。微机是数控系统的核心，其他装置都是在微机的指挥进行工作的。系统的功能和系统中所用的微机直接相关。数控系统对微机的要求是多方面的，但主要指标是字长和速度。字长不仅影响系统的最大加工尺寸，而且影响加工的精度和运算精度。字长较长的计算机，价格显著上升，而字长较短的计算机，要进行双字长和三字长的运算，就会影响速度，根据机床要求，综合考虑采用 8位微机。由于 MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰能力强，具
2、有很高的性价比特点，决定采用 MCS-51系列的 8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分，键盘、显示器、I/O 接口及光电隔离电路，步进电机功率放大电路等几部分组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用 LED显示器。3-2 单片微机数控系统硬件电路设计内容3.2.1 绘制电气控制系统框图数控系统是由硬件和软件两部分组成，硬件是组成系统的基础，有了硬件软件才能有效的运行。内蒙古工业大学课程设计RAMROMCPU I/O接口外 设键盘、显示器及其它驱动器步进电机机床硬件电路图由以下几部分组成：1.主控制器，即 CPU2.总线，包括数据，地址，控制总线3.存储器 ROM，RAM
3、4.接口，即 I/O接口电路5.外设，如 键盘，显示器及光电输入机等。3.2.2 选择 CPU 的类型目前在经济型数控机床中，推荐采用 MCS-51系列单片机作为主控制器3.2.3 存储器扩展电路的设计存储器扩展电路应该包括程序存储器和数据存储器的扩展。在选择程序存储器芯片时，要考虑 CPU与 EPROM时序的匹配，还应考虑最大读出速度、工作温度及存储器的容量问题存储器扩展电路设计包括程序存储器和数据存储器的扩展。3.2.4 I/O 接口电路设计此次设计内容包括接口芯片的选用，步进电机控制电路，键盘显示电路以及其内蒙古工业大学课程设计他辅助电路的设计（例如复位电路，越界报警电路，掉电保护电路等
4、）3.3 各类芯片简介3.3.1 AT89C51 芯片简介Vss：接地VCC：+5 伏电压XTAL1：内部振荡电路反向放大器输入端XTAL2：内部振荡电路反向放大器输出端RST/VPD：复位/备用电源ALE/PROG：锁存/接收编程脉冲PSEN：外部程序存储器读选通信号输出端EA/VPP：EA 为内部程序存储器和外部程序存储起选择端，对于 8031始终保持低电平；VPP 为在 EPROM编程期间加 21伏编程电压P0.0P0.7：在访问外存时，分时传送低 8位地址和数据总线P1.0P1.7：8 位准双向 I/O口，每一位都可作为可编程的输入或输出线P2.0P2.7：8 位准双向 I/O口，访问
5、外存时输出高 8位地址P3.0P3.7：8 位准双向 I/O口及第二功能口3.3.2 BD58Nb 芯片简介BD58Nb 型驱动器用于驱动 86/90 二相混合步进电机，由于采用了先进的技术控制并实现了电流的精密传感和精确控制，从而达到了低速运行平稳、角度细分均匀、高速力矩大的效果，是一种高性能、小体积、低价格的驱动器，适用于精密测量、精密加工运动领域。性能指标：电气特性项目 指标电源电压 AC5V 输入输出电流 2.5A/3A/3.5A/4A步进脉冲频率 010kHz内蒙古工业大学课程设计逻辑信号电流 510mA绝缘电阻 500m使用环境及参考冷却方式 自然冷却温度 -10C+50C湿度 4
6、0%90%pA外形尺寸 64153117.5mm3.4 复位电路单片机的复位都是用外部电路实现的，在时钟电路工作后，REST 引脚上出现10ms以上高电平，单片机便实现状态复位。从 0000H单元开始执行程序。单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种。原理图中为上电与按钮复位电路组合。在上电瞬间，RC 电路充电。RST 引脚出现正脉冲，只要在 RST端保持 10ms以上高电平就能使单片机有效的复位。3.5 越界报警电路为了防止工作台越界，可分别在极限位置安装限位开关。一旦某一方向越界，立即停止工作台的移动，这里采用中断方式。利用 8031的外部中断 INT0只要有任何一个行程开关闭合。即工作台
7、在某一方向越界均能产生中断信号 INT0。为了报警，设置红绿指示灯，两灯均由一个 I/O口输出3.6 掉电保护电路半导体存储器 RAM一掉电里面存储的信息就会全部丢失，在工业现场环境恶劣的情况下，掉电是难免的，掉电保护电路就是为解决此问题而设计的，原理图中8031芯片上接 Vcc引脚为一简单的掉电保护电路。3.7 控制系统的功能1. X向，Y 向的进给驱动系统内蒙古工业大学课程设计2. 键盘显示3. 面板管理4. 行程控制5. 其他功能，例如光电隔离电路、功率放大器、红绿灯显示等。 3.8 控制系统的工作原理为了便于说明，以控制面板为例。简述其工作原理。控制面板分为显示器、信号灯、键盘、按钮和
8、旋钮。1显示器：用来显示工作过程中一些相关的数据2信号灯：在显示器下面的红灯为越界信号灯，显示器右面是与其对应的绿灯为正常工作的信号灯。当正常工作是时绿灯亮。当在 X，Y 方向越界时红灯亮、绿灯灭。键盘右面的灯为电源指示灯，指示灯下放为一“急停”按钮，当需要立即停止时按此按钮。3键盘：简单的输入设备，可以进行编辑和控制系统的工作。4按钮：旋钮右面四个按钮+X，-X，+Y，-Y 是与手动挡配合使用的，旋钮下方的“X 原点” ， “Y原点”按钮是使车床刀具回原点的按钮。包括越界回原点、手动回原点。旋钮右下方的按钮位“启动”和“回零” 按钮，此回零为所有回零，任意方向，任何时刻的回零，与上面提到的回
9、零不同，上面提到的“X 原点” “Y原点”只是 X，Y 方向上的回零。5旋钮：此旋钮为适应不同工作条件而设，分为编辑、单步、自动、手动、手动、单段等档位。内蒙古工业大学课程设计3.9 控制程序#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned longuchar KeyValue ;/键盘值uchar GetKey(void);/返回键盘值 0-16void delay_500ms(uint a);/延时 500msvoid ScanKey(void);/键
10、盘扫描处理void Disply(void); /显示ulong hy;ulong mj ;uchar mx_flag=1,my_flag=1;void my_run();void mx_run();uint dl_x = 200;uint dl_y = 200;/端口定义#define P_key P3sbit mx_cp=P10;sbit mx_cw=P11;sbit mx_en=P12;sbit my_cp=P13;sbit my_cw=P14;sbit my_en=P15; sbit led_run=P23;sbit led_xls=P24;sbit led_yls=P25;sbit
11、led_xod=P26;sbit led_yod=P27;sbit led_stop=P17;/主程序void main()lcd1602_init();led_run=1;led_xls=1;led_yls=1;led_xod=1;led_yod=1;led_stop=0;mx_cw=1;hy=0;mj=0;while(1)内蒙古工业大学课程设计 if(my_en=0)my_run();if(mx_en=0)mx_run();ScanKey(); /按键扫描Disply(); /1602显示/X电机工作程序void mx_run()/ mx_cp=0; /脉冲信号低电平有效/ mx_cw=1
12、; /规定高电平为正转/ mx_en=0; /使能信号低电平有效/ while(mx_flag)/ mx_cp=0;delay_500ms(dl_x);mx_cp=1;delay_500ms(dl_x); if(mx_en=0)if(mx_cw=1)hy+;elsehy-; / ScanKey();/ Disply();/ /Y电机工作void my_run()/ my_cp=0; /脉冲信号低电平有效/ my_cw=1; /规定高电平为正转/ my_en=0; /使能信号低电平有效/ while(my_flag)/ 内蒙古工业大学课程设计my_cp=0;delay_500ms(100);my
13、_cp=1;delay_500ms(100); if(my_en=0)if(my_cw=1)mj+;elsemj-; / ScanKey();/ Disply();/ /键盘扫描程序void ScanKey() if(KeyValue=GetKey() return;delay_500ms(100); /防抖if(KeyValue=GetKey() return;KeyValue=GetKey();switch(KeyValue)case 0x00: /按键 0启动/ mx_run();mx_en = 0;led_run=0;led_xls=1;led_yls=1;led_xod=1;led_
14、yod=1;led_stop=1;break;case 0x01:/按键 1急停 mx_cp=1;mx_cp=1;mx_en=1;led_run=1;led_xls=1;led_yls=1;led_xod=1;led_yod=1;led_stop=0;break;case 0x02:/按键 2反向内蒙古工业大学课程设计mx_cw=mx_cw;/ led_run=0;/ led_xls=1;/ led_yls=1;led_xod=led_xod;/ led_yod=1;/ led_stop=1; /此处注意改动/ led_f=led_f;break;case 0x03:/按键 3点动mx_en=
15、0;mx_run();mx_en=1;led_run=0;led_xls=1;led_yls=1;led_xod=1;led_yod=1;led_stop=1;delay_500ms(100);led_run=1;led_stop=0;/ mx_cp=0;/ mx_en=0;/ delay_500ms(100);/ mx_cp=1;/ delay_500ms(100);/ mx_cp=0;/ delay_500ms(100);/ mx_cp=1;/ delay_500ms(100);/ mx_cp=0;/ delay_500ms(500);/ / mx_en=1;/ if(mx_cw=1)/ / hy+;/ / else/ / hy-;/ break;case 0x04:/按键 4 Y qi动my_en=0;led_run=0;led_xls=1;led_yls=1;led_xod=1;led_yod=1;led_stop=1;内蒙古工业大学课程设计/ my_run();break;case 0x05:/按键 5Y急停 / mx_cp=1;
