简易数控机床控制系统设计
学号：0601302009 专业：机械电子工程姓名：浦汉军 2007，9，10 南宁任务：
设计以单片机为控制核心的简易数控机床的数字程序控制器。要求
1、能用键盘控制工作台沿+X、-X、+Y、-Y向运动，以校正工作台位置。
2、可用于加工直线和圆弧。
3、在运行过程中可人工干预而紧急停车。
4、能实现越界报警。
5、可与PC机通讯。
总体方案设计
一、数控系统硬件电路设计
选用MCS-51系列的8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片EPROM用于存放控制程序、固定批量生产的工件加工程序和数据，再选用一片8kb的6264RAM作为存放试制工件或小批量生产的工件加工程序和数据。由于系统扩展，为使编程地址统一，采用74LS138译码器完成译码法对扩展芯片进行寻址的功能。还要考虑机床与单片机之间的光电隔离、功率放大电路。其设计框图如下图所示：
图1.1 总体设计框图
工作原理：单片机系统是机床数控系统的核心，通过键盘输入命令，数控装置送来的一系列连续脉冲通过环形分配器、光电耦合器和功率放大器，按一定的顺序分配给步进电动机各相绕组，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电，这样控制步进电动机带动工作台按照指令运动。1．各单元电路设计
CE
：片选信号，低电平有效，输入 ：读信号，低电平有效，输入
PGM
：编程脉冲输入端，输入
Vpp ：编程电压(典型值为12.5V) Vcc ：电源(+5V) GND ：接地(0V)
D 0
11D 1
12D 2
13D 3
15D 4
16D 5
17D 6
18D 719A 010
A 19
A 28
A 37
A 46
A 55
A 64A 73
A 825
A 924
A 1021
A 1123
A 122
G ND
14
C E
20PGM
27V cc
28
V pp
1N C
26
O E 222764
：片选信号输入线，低电平有效。输出允 许编程 逻辑
译 码
输出缓冲
256 256存储矩阵
A12 A11 ``` A0
OE
PGM
CE
D0 ``` D7
N C
1A 122
A 73
A 64
A 55
A 4
6A 37A 28A 19A 010D 0
11D 1
12D 2
13G ND
14
D 3
15D 4
16D 5
17D 6
18D 7
19C E 120
A 1021
O E 22
A 1123
A 924
A 825
C E 2
26W E
27
V cc
286264
A12 Vcc
` WE ` CE2 A0
OE
D0 1CE `
`
` GND D7
4)回送缓冲器与键盘去抖控制电路；
5)FIFO(先进先出)寄存器和状态电路；
6)显示器地址寄存器及显示RAM。
下面对引脚名称作简要说明。
DB0～DB7:双向数据总线，用来传送8279与CPU之间的数据和命令。
CLK:时钟输入线，用以产生内部定时的时钟脉冲。
RESET:复位输入线，8279复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹型式，程序时钟前置分频器被置为31,RESET信号为高电平有效。
CS：片选输入线，低电平有效，单片机在CS为低时可以对8279进行读/写操作。
RL0~RL7：回送线
工作过程：每当按下一个键，8279会自动识别键号，产生相应的键编码自动送入先进先出寄存器FIFO中，同时产生中断请求信号IRQ，向CPU请求中断。当CPU响应中断，执行中断服务程序，并从FIFO中读取编码数据之后，则IRQ信号自动撤消。
如果上一个键的编码数据尚未取走，下一个键盘又被按下，则新的键码进入FIFO 中。由于FOIO中由8个存储单元组成，故最多可依次暂存8个键码。只
有在读完所有数据时，IRQ信号才会撤消。在中断程序中，CPU是用片外取数指令(MOVX指令)从FIFO中读取数据。
1．5反应式步进电动机的选择
根据所获得的信息和实际要求，选用步进电机为75BF001型三相六拍反应式步进电机，其工作电压为+24V，相电流为3A，步距角为1.5度。
3.2.5.1环行脉冲分配器
由于本设计选择三相步进电动机75FB001，相对应选择可以控制三相步进电动机的
5G8713集成电路芯片。
表1.2 8713引脚功能
P1.0 3 13 A相驱动
P1.1 4
5V 12 B相驱动
8051系列8713
5 11 C相驱动
单片机 6
7
1.7脉冲分配器与单片机接口
1．6保护电路
采用光电耦合器接口把控制计算机和外部驱动电路完全隔离开来。具体的光电耦合器如图1.8。 驱动电路
本设计采用的驱动电源是功率开关集成电路TWH8715/2。这是一个集放大、比较、选通、整形和功率开关于
一体的高速功率开关集成电路。其真值表分别见图1.9及表3.7。
1)TWH8715/2引脚功能[18]
1——控制端（高电平有效，TTL 电平，下同） 2——输入端（选通端低电平有效） 3——V-（单电源使用时，接地）
4——输出端 5——V+(工作电压：+12V —+24V)
由TWH8715/2组成的步进电机驱动电路(只画出了A 相，B 、C 相同)原理见图1.10。其工作原理为：无信号时，光敏三极管截止，2角电位等于1角电位，为高电平；输出端4角也为高电平，即电枢绕组无电流通过；有信号时，光敏三极管受光照而导通，将2角电位拉低至零电平，输出端4角也将下降
至输出管饱和电平(约1.6V)，这时电枢绕组中有励磁电流流过。其中V1起续流作用；随工作脉冲频率的升高，电路中呈现的感抗也随之增大，外接限流电阻R3就可以起到降低阻耗的作用。
表1.3 TWH8715/2输入输出状态真值
