XA5032普通立式铣床

山东大学自学考试毕业设计(本科)

第三章 普通铣床的电气改造部分

3.1 数控系统

机电一体化控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。控制系统的控制对象主要包括各种机床，如车床、铣床、磨床等等。控制系统的基本组成如图3-1所示:

通信接口 微 步进电机驱动电路 步进电机 机 软件 开关量控制电路 主运动驱动电路 主轴电动机 机 床

图3-1

EIA(美国电子工业协会)所属的数控标准委员会的定义：“CNC是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内的读写存储器中的控制程序去执行数控装置的部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接口”。

ISO（国际标准化组织）的定义：“数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床移动和加工零件。”

数控系统分轮廓控制和点位控制系统。

数控系统的核心是完成数字信息运算、处理和控制的计算机，即数字控制装置。 数控装置有两种类型：

一是完全由硬件逻辑电路构成的专用硬件数控装置，即NC装置，NC装置是数控技术发展早期普遍采用得数控装置；

二是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置，即CNC装置，它是由硬件和软件共同完成或是在硬件的支持下由软件单独实现全部数控功能。

从外部特征看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分

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组成的。它们二者是互相支持，不可分割的，CNC的工作是在硬件的支持下，由软件来实现或大部分数控功能。

3.2数控系统的硬件设计

(1)数控部分采用 MCS-51 系列的8031 单片机实现对整个系统的主控制。用8031 外接3片2764（E-PROM），一片6264（RAM）及一片8255（扩展I/O），一片8155 芯片，扩一个较简单的微机控制系统。2764 用作程序存储器，6264 用来扩展8031 的RAM 存储器，8155 用作键盘和显示接口，8255 用于接收控制面板上多路转换开关的控制信号。图3-2为控制系统硬件结构原理图。

图3-2

当单片机系统控制 X、Y 轴某一台步进电机单动时，可实现铣床横向、纵向的直线进 给；当控制X-Y 轴配合联动时，可实现水平面内直线、斜线、圆弧及复合轨迹的加工，可以近似地复合出水平面内非圆曲线。在铣床原有加工功能的基础上，其控制精度和加工精度远高于普通铣床。

(2)MCS-51单片机的时钟电路

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51片内有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2引脚分别为该反相放大器的输入端和输出端，该反相放大器与片外晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器，产生的时钟送至单片机内部的各个部件。单片机的时钟产生方式有内部时钟方式和外部时钟方式两种，大多单片机应用系统采用内部时钟方式。最常用的内部时钟方式采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路，不论是HMOS还是CHMOS型单片机，其并联谐振回路及参数相同。如图3-3所示:

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山东大学自学考试毕业设计(本科) XTAL2MCS-51XTAL1图3-3 内部时钟方式的时钟电路 内部时钟方式的时钟电路 MCS-51单片机允许的振荡晶体可在1.2MHz-24MHz之间可以选择，一般取11.0592MHz。电容C1、C2的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振速度有少许影响。C1、C2可在20pF-100pF之间选择，一般当外接晶体时典型取值为30pF，外接陶瓷谐振器时典型取值为47pF，取60pF-70pF时振荡器有较高的频率稳定性。 在设计印刷电路板时，晶体或陶瓷谐振器和电容应尽量靠近单片机XTAL1、XTAL2引脚安装，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定和可靠的工作。为了提高温度稳定性，应采用NPO电容。 (3)MCS-51单片机的复位电路 计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 单片机的复位都是靠外部电路实现的，MCS-51单片机有一个复位引脚RST，高电平有效。它是施密特触发输入，当振荡器起振后，该引脚上出现两个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平，使器件复位，只要RST保持高电平，MCS-51便保持复位状态。此时ALE ，PSEN，P0，P1，P2，P3口都输出高电平。RST变位低电平后，退出复位状态，CPU从初始状态开始工作复位操作不影响片内RAM的内容。 MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。通常因为系统运动等的需要，常常需要人工按钮复位，如图3-4所示: 126 23山东大学自学考试毕业设计(本科) +5VRSTMCS-51R1R2上电按钮复位电路图3-4 GND 对于CMOS型单片机因RST引脚的内部有一个拉低电阻，故电阻R2可不接。单片机在上电瞬间，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST端保持两个机器周期以上的高电平(因为振荡器从起振到稳定大约要10ms)，就能使单片机有效复位。当晶体振荡频率为12MHz时，RC的典型值为C=10μF，R=8.2KΩ。简单复位电路中，干扰信号易串入复位端，可能会引起内部某些寄存错误复位，这时可在RST引脚上接一去耦电容。 上图那上电按钮复位电路只需将一个常开按钮开关并联于上电复位电路，按下开关一定时间就能使RST引脚端为高电平，从而使单片机复位。 3.3键盘、显示器接口设计 （1）矩阵式键盘接口设计 矩阵式键盘适用于按键较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列交叉点上。如一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘等等。在按键数量较多时，矩阵键盘比独立键盘节省了很多I/O口。 按键设置在行、列线分别连接到按键开关两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由此行线相连的列线电平决定。列线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在的行和列电平。所以，必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能确定闭合键的位置。 对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，所以分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号将是非常直观的。 227 34