机械5

本文介绍了经济型数控钻床控制系统硬件电路的设计方法。该控制系统以8031为主CPU，用它来控制整个数控钻床的工作,另外选用89C2051作从CPU ，实现对八位LED动态显示电路的控制。主CPU 8031扩展了外部程序存储器27256和数据存储器6264，外部程序存储器用于存放系统程序；数据存储器用于存放加工程序和数控系统处理的中间数据。本设计用8155来实现键盘接口电路的扩展。数控钻床的MDI方式包括手动、自动、空运行、回零、编辑等，它的扩展本设计选用了8255芯片的PA口。步进电机控制信号由8031发出，通过总线驱动，由74LS273D触发器向外发送。利用8155和8255的剩余口进行输入输出接口电路的扩展。各芯片间信息的相互传递，通过数据总线和控制总线来实现。 加之以相应的软件，此系统就构成了完整的数控钻床控制系统。它不仅可以作为经济型数控钻床的控制系统，还可用作对普通钻床的数控改造。在国内的中小企业将有一定的应用市常 目录 第一章绪论1 1.1引言1 1.2选题背景与意义1 1.3研究现状2 1.4本文的结构3 第二章数控钻床控制系统电路设计4 2.1设计总体思路及结构……………………………………………………….5 2.2数控钻床控制系统主CPU的选择5 2.3控制系统复位电路的设计6 2.4存储器扩展电路设计7 2.5键盘扩展电路设计11 2.6显示电路设计14 2.6.1八段数码管动态显示电路…………………………………………..14 2.6.2十六段数码管静态显示电路………………………………………..21 2.7输入/输出信号接口电路设计22 2.8步进电机控制信号输出接口电路设计25 2.9译码电路设计……………………………………………………………...25 第三章控制系统电路原理图以及PCB图的绘制27 3.1电路原理的图绘制27 3.2 PCB图的绘制28 第四章结论30 4.1总结30 4.2感想30 致谢32 参考文献33 附录A：英文资料………………………………….…………..………………….34附录B：英文资料翻译………………………………………………………..…..41附录C：硬件设计PCB图…………………………………………………………48 本设计选用了8031单片机作为核心，开发通用型数控钻床的控制系统。它具有以下几点优势： 1）开发成本低。 8031单片机芯片的价格（10元左右）相对现在比较前沿的EDA板（200元左右）而言有着绝对的优势。 2）电路设计简单。 3）通用性好。相对于传统的由纯硬件组成的普通钻床控制电路而言，它的控制信号是由芯片发出的，所以它的控制系统的通用性很强。它不但能用做经济型数控钻床的控制系统，而且可以用来对普通钻床进行数控改造。 所以此课题有一定的研究价值，能取得一定的经济效益及社会意义。 1.3研究现状 随着科技发展的日新月异，新一代的CPU及控制算法不断推陈出新，目前，数控技术正在发生根本性变革，较传统相比，各方面都有很大的提高。 1．高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。 2．柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 3．工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。 4．智能化新一代PCNC数控系统 智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。 1.4本文结构 本文以数控钻床硬件电路的研发工程项目为应用背景，对数控技术进行了研究。全文共分为四章，各章的主要内容如下： 第一章扼要地介绍了国内外数控技术的现状发展趋势与研究背景； 第二章分模块地介绍了整个数控钻床控制系统的硬件电路及相关芯片的结构与用法。 第三章对怎样用绘制软件PROTEL99SE完成本设计的原理图及PCB图作了简单的介绍； 第四章对数控钻床控制系统硬件电路设计工作进行了总结，给出了存在的问题和进一步研究的方向。 本设计是以8031单片机为核心，开发通用型数控钻床的控制系统。从CPU选用了89C2051，用来对动态显示电路进行控制。 之所以选择8031单片机作为主CPU是因为它价格便宜，性能稳定，被广泛地用于工程设计中。选用89C2051对动态显示进行控制，不但节省了很多硬件，节约了成本，而且使8031主CPU不必花很多时间用在对显示电路的控制上，从而使得此系统运行更快，更稳定。 总体设计一共分为七个模块来实现整个控制系统的各功能。它们分别是： （1）控制系统复位电路模块包括上电复位和手动复位，当系统上电时复位引脚获得高电平，使系统复位。急停键和复位键按下时都可以使系统复位，急停时还可使CPU进入中断程序保存有用的数据。 （2）存储器扩展电路模块选用27256 32KB程序存储器对8031进行程序存储器扩展，用74LS373对8031的低八位地址进行锁存，与高七位地址组合得到十五位地址，即可对27256的地址进行选择。选用6264 8KB数据存储器，进行数据存储器扩展，用138对它进行片眩 （3）键盘扩展电路模块它分为两部分，分别是8031P1口手动键盘扩展和8155矩阵键盘扩展。P1口用于手动键盘的输入端，分别控制，X轴、Y轴、Z轴以及起动、停止、超程报警，用8155的PA口和PC口扩展了40个按钮的矩阵键盘。 （4）显示电路模块分为动态显示电路和静态显示电路。四排动态显示由89C2051来控制，它用来显示数字字符。十六位静态显示是由8031主CPU控制的，它用来显示英文字符。 （5）输入输出接口电路扩展模块它分为8255扩展电路和8155I/O信号接口电路。8255的PA口作为MDI（自动运行、空运行、回零、编辑、手动）方式的输入端，PB口和PC口用于CPU与外部信号的收发。8155的PB口用于CPU与外部信号的联络。 （6）步进电机控制信号输出模块8031的脉冲信号通过74LS245总线驱动器驱动，由74LS273向外发送步进电机脉冲。 （7）74LS138译码电路8031通过74LS138译码得到各芯片的片选地址，加上相应的读写信号，从而控制整个数控钻床控制系统。