經濟型數控機床控制系統硬件電路設計

滕敦波

（煙臺南山學院,山東 煙臺 265713）

經濟型數控機床控制系統硬件電路設計

滕敦波

（煙臺南山學院,山東 煙臺 265713）

數控車床是基于數字控制的，采用了數控技術，是一個裝有程序控制系統的機床。它是由主機，CNC，驅動裝置，數控機床的輔助裝置，編程機及其他一些附屬設備所組成。該控制系統采用軟件中斷控制系統結構及子程序結構，子程序結構簡單、條件明確在經濟型數控系統中應用比較多。中斷結構采用模塊化結構設計，因為這種結構便于修改和擴充，編制較為方便，便于向多處理機方向發展。

數控機床；開放式數控系統；電動機

經濟型數控機床具有經濟實用、結構簡單、操作方便、價格低廉等特點，它的控制系統通常采用單片機，驅動電機采用步進電動機，多數采用開環控制，由于經濟型數控系統具有較高的性能價格比，因而廣泛地應用于機床產品的升級換代和普通普通機床的技術改造上。近年來，我國在經濟系統的研究開發和生產上投入了大量人力和物力，在經濟型數控機床領域里經歷了幾個五年計劃之后已經取得了可喜成果，經濟型數控機床在我國機床市場上占有較大比重，成為我國制造業不可或缺的一部分。

1 硬件控制電路的組成

現在所說的(MNC)即CNC裝置，其主要分為兩種形式：一種是單個CPU組成的控制系統，另一種是由兩個或兩個以上的CPU組成的多微處理器系統。經濟型數控機床大多數采用一個CPU完成機床的控制。

1.1 硬件電路的組成

經濟型數控機床由一個8031單片機、一個74LS373地址鎖存器、一個74LSl38地址譯碼器、兩個2764EPROM存儲器、兩個8155接口芯片、光電各電路、功率放大電路、Z向電機和x向電機等組成。

1.2 電路圖信號流程分析

經濟型數控機床依靠輸入的程序指令來實現對零件進行各種形狀的加工，各種指令在計算機中是以信號的形式存在的；下面就簡要分析一下經濟型數控機床的電路圖的信號流程：

（1）信號的采集。本電路的信號采集有兩個地方：l)BCD撥碼盤。此撥碼盤與8031(1)的PA口和PB口相連，在此撥碼盤上輸入每條指令對應的二進制代碼后，即可完成信息的采集。2)計算機鍵盤，在鍵盤上分別輸入各條指令的助記符，計算機會根據鍵盤上輸入的字符撲做相應的二進制代碼信息，然后進行傳送、處理等操作。

（2）信號的輸入。當信息被輸入后，就要進行信號的傳輸了。信號的傳輸通過地址線和數據線進行傳輸，控制線控制相應信號的各種動作。本電路圖通過8031的Pl口和8255(2)的PC口相連的部分；信號以低電平的形式被采集，以高電平的形式被傳輸；因為當某一路的信息被采集后則相應的線路就被導通，這時，8031的Pl口的相應位變為高電平，信號就被傳輸到了8031的Pl口。

（3）信號的處理。當指令信號被輸入到8031后，接著就要進行信號的算術邏輯運算處理了，計算機通過Ax進行算術邏輯運算，在控制器的控制下進行，將處理過的信號變成各種相應指令控制計算機完成該指令的功能。同時對外界做出相應的反應，使數據存儲器和程序存儲器與之保持相應的協調一致。

（4）信號的輸出。信號被處理后便可以輸出了；信號的輸出有兩個方向：l)信號直接輸入到8255(2)接口以控制x電機和Z電機做出相應的動作，從而達到加工出相應零件的目的。2)信號也可以在地址鎖存允許信號ALE的控制之下，被輸入到相應的數據存儲器或者數據存儲器中，以便下次調用或者程序的備份。

2 主要芯片功能介紹

2.1 單片機簡介

8031單片機的基本特征：目前性能較高的8位單片微型計算機。內部包含一個8位PROG，128字節的RAM，兩個16位定時器，4個8位并行接口，一個全雙功能串行口，可擴展的外圍程序存儲器和俄數據存儲器的容量各64K字節，具有5個中斷源并配有兩個優先級，還有21個特殊功能寄存器。

圖1 8031單片機示意圖

2.2 管腳功能及使用特性

8031單片機是一個有40根引腳的雙列直插式器件，引腳圖如圖1，其引腳功能說明如下：

VCC：編程和正常操作的電源電壓端，電壓為+5V

P0口：8位雙向I/O口，既是數據線，又是8位地址線，分時使用。

P1口：8位雙向I/O口，專供用戶使用，此處為技術人員進行數據輸入端口及結果的輸出端

P2口：8位雙向I/O口，系統外圍存儲器擴展時，律高8位地址線使用，

系統不需要擴展時，也可以供用戶使用。

P3口：8位雙向I/O口，是一個雙功能口，第一功能和Pl口一樣可以作為通用I/O口，工作于第二共猛士，各端口的定義如下：

P3.0----RXD，串行輸入； P3.1----TXD，串行輸出；

P3.2----INT0，外圍中斷輸入；P3.3----INTl，外圍中斷輸入；

P3.4----T0，定時器0外圍輸入端；P3.5----Tl，定時器l外圍輸入端；

P3.6----wR，寫信號； P3.7----RD，讀信號；

ALE/PROG：訪問外圍存儲器時，用于鎖存地址低8位字節地址鎖存允許輸出。ALE提供一個定時信號，在外為存儲器存取數據時把P0口的低位地址字節鎖存到外界的鎖存器中。這個引腳也是EPROM編程時的編程脈沖輸入端(PROG)。

PSEN：程序鎖存允許輸出，是外圍程序存儲器的讀選通信號。

EA/VPP：EA為高電平時，CPU執行內部程序存儲器的指令。EA為低電平時CPU執行外部承襲存儲器的指令。使用8031單片機時，EA必須接地。

XTALl：振蕩器的反向放大器輸入，使用外部振蕩器時必須接地；

XTAL2：振蕩器的反向放大器輸出，使用外圍振蕩器時，接收外圍振蕩信號；

RESET/VPD：復位控制信號，在振蕩器運行時，使RESET腳至少保持兩個機器周期為高電平時，可實現復位操作。在電源關斷之前加上掉電保護電路，RAM的內容將不會丟失。

2.3 存儲器擴展電路

8031單片機沒治師28字節的RAM，沒有ROM.機床數控系統需要的程序存儲器和數據存儲器的容量較大，必須外接程序存儲器(EPROM)和數據存儲器(RAM)芯片。

常用的EPROM存儲器有：2716、2732、2764、27128、27256等，其容量分別為：2K、4K、8 K、16K、32K。該系統使用的芯片是2764。

（1） 2764芯片介紹

2764芯片是一種位容量為8kbX8的EPROM，它有l3條地址線(A12至AO)，8條數據引腳(D7至DO)，2個電壓輸入端Vpp和Vce，除此之外，還有l個芯片允許端CE和編程脈沖控制端PGM。

（2）地址鎖存器74L8373

如圖2，74L8373是一個帶三態門的8D鎖存器，他作為8031外部的一個擴展輸出口；其工作原理：當8031把數據準備好后，便通過ALE發出一個控制信號加到373的G端，即鎖存控制端，使數據鎖存在373中。

單片機規定P0口提供地8位地址線，同時又要作數據線，所以P0是一個分時輸出地8位地址和數據的通道口。為了把地址信息分離出來保存，提供外界存儲器的低8位地址信息，通常采用74L8373作為地址鎖存器。74L8373的引腳見圖紙。1D至8D輸入端，lQ至8Q是輸出端，CE是片選端選通端G與8031單片機的地址瑣存信號ALE連接。當選通端G=1時，74L8373的輸出端與輸入端相同，當G端從高電平返回低電平時，輸入的地址信息就被鎖入lQ至8Q中。

圖2 地址鎖存器74L8373示意圖

[1]李慶芬.機電工程專業英語[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2001.

[2]劉寶廷.步進電機及其驅動控制系統[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，l997.

[3]劉書華.數控機床與編程[M].北京：機械工業出版社，2001.

滕敦波（1981—），男，山東臨沂人，煙臺南山學院工學院，講師。