Implementación de un sistema CNC simple para tornos de instrumentos basado en microcomputadora de un solo chip
Capítulo 2 Requisitos de diseño del sistema CNC
2.1 Descripción general
El CNC El sistema está diseñado para adaptarse a la transformación de muchas máquinas herramienta ordinarias en China. Se consideran cuatro aspectos principales:
①Economía
Ya que se utiliza para la transformación de CNC. máquinas herramienta ordinarias, deben considerar plenamente el costo del sistema es la clave para garantizar que se logren los objetivos de diseño del sistema. El costo aquí incluye el costo de todo el sistema, incluidos los sistemas CNC, los sistemas de servoaccionamiento y los sistemas de transmisión mecánica, etc. El núcleo está en la elección de las soluciones del sistema CNC.
②Conveniencia
La conveniencia del sistema CNC, también llamado "agradable", se refleja principalmente en la parte de edición del sistema. La parte de edición (programación) es la parte donde las personas y el sistema interactúan directamente, que es la llamada "interfaz hombre-computadora". La interfaz hombre-máquina debe ser fácil de usar, lo que significa que la parte de edición (programación) debe intentar proporcionar a los usuarios un entorno operativo conveniente, rápido y cómodo. El sistema debe materializarse de las siguientes maneras:
●Botones chinos para facilitar su uso por parte de operadores de todos los niveles.
●La entrada, la búsqueda y la modificación deben integrarse tanto como sea posible. Es decir, puede buscarlo y modificarlo al ingresar, puede modificarlo e ingresarlo al buscar, y el número de segmento del programa se muestra automáticamente.
●La recuperación rápida le permite avanzar y retroceder páginas en el programa.
③Practicidad
El diseño de un sistema CNC económico no debe perseguir funciones grandes y completas, sino que debe basarse en el principio de practicidad. Las necesidades generales de mecanizado se pueden satisfacer siempre que tenga las siguientes funciones:
●Interpolación lineal y de arco. La velocidad de interpolación debe considerar plenamente las cualidades inherentes de la propia máquina herramienta, como rigidez, resistencia a los golpes, resistencia al desgaste, etc., y no debe ser demasiado alta.
●Tecnología de conexión de velocidad, es decir, control de aceleración/desaceleración. La tecnología de conexión rápida puede garantizar que el sistema logre una conexión rápida y fluida entre los dos programas durante el proceso de procesamiento, evitando así marcas o plataformas de herramientas de mecanizado y garantizando la precisión.
●Visualización dinámica de coordenadas.
●Capacidad de protección contra fallas de energía del programa de procesamiento.
●Control de apoyo de herramienta eléctrica. El uso de portaherramientas eléctricos y control de software puede mejorar la eficiencia de la producción.
●Tecnología de segmentación. La tecnología de subdivisión es una tecnología importante en los económicos sistemas CNC actuales. Puede resolver eficazmente el problema de la oscilación de baja frecuencia del motor paso a paso y, al mismo tiempo, refinar el equivalente de pulso de la máquina herramienta y mejorar la precisión del control; además, también puede mejorar la salida de la herramienta durante el procesamiento a baja velocidad; .
④Confiabilidad
Dado que el entorno de trabajo del sistema CNC es muy duro, debe haber suficiente confiabilidad disponible para garantizar un funcionamiento estable del sistema.
2.2 Indicadores de rendimiento del sistema CNC
De acuerdo con los requisitos y supuestos de diseño ampliamente establecidos, los indicadores de rendimiento del sistema CNC se pueden resumir como:
● Varillaje del eje X, Z, modo de control de bucle abierto.
●Programación de código en formato CNC estándar internacional ISO.
●Posicionamiento rápido.
●Tiene capacidades de interpolación lineal y de arco.
●Puede comunicarse en serie con la máquina de mayor precio y tiene capacidades de red simples.
●El tamaño máximo de programación es 9999,99 mm, el equivalente de pulso del eje z es 0,01 mm, el equivalente de pulso del eje x es 0,005 mm y la velocidad de alimentación máxima es 0,083 m/s (5 m/min). ).
●Interfaz reservada para la función de procesamiento de subprocesos.
●Dispone de dos métodos de procesamiento manual: vinculación y jog, así como procesamiento continuo automático.
Capítulo 3 Determinación del plan general
3.1 Plan general del sistema
Durante el proceso de desarrollo de este sistema, nos centramos estrechamente en la confiabilidad, la conveniencia y el bajo costo. y otros requisitos de diseño. El plan general se determina de la siguiente manera:
3.1.1 Estructura del sistema basada en un microordenador de un solo chip
De acuerdo con las ideas de diseño anteriores, este sistema adopta una estructura de sistema basada en un solo chip. microordenador con chip. Esta solución tiene una estructura simple y de bajo costo. Teniendo en cuenta la escalabilidad, el sistema principal utiliza el microcontrolador 89S58.
AT89S51 es un microcontrolador CMOS de 8 bits de bajo consumo y alto rendimiento. Contiene una memoria de programa Flash de solo lectura ISP (programable en el sistema) de 4k Bytes que se puede borrar y escribir repetidamente 1000 veces. densidad, no fácil de usar Fabricado con tecnología de memoria con pérdida, es compatible con el sistema de instrucción estándar MCS-51 y la estructura de pines 80C51. El chip integra una unidad central de procesamiento de 8 bits de uso general y una unidad de almacenamiento Flash ISP. El potente microordenador AT89S51 se puede utilizar para muchos sistemas de aplicaciones de control integrados. Proporciona soluciones rentables.
1. Una CPU de 8 bits
2. 26 registros de funciones especiales (Registro de funciones especiales)
3. Un oscilador en chip y un circuito de reloj
4. Funcionamiento completamente estático: 0Hz-24KHz
5. 32 líneas de E/S programables
6.
7. 5 interrupciones de nivel de prioridad 2 interrupciones anidadas
8. 2 puertos de comunicación serie full-duplex
9. Modo de control de energía: inactivo y apagado. modo
10. CPU 8031 compatible con MCS-51
11. 4 puertos de E/S paralelos (Paralelos)
p>
12. Bloqueo de seguridad de memoria de programa de tres niveles
13. RAM interna de 128B
14. Circuito de vigilancia de hardware interno
15. Memoria de programa del chip (vida útil: 1000 ciclos de escritura/borrado)
16. Una interfaz serial SPI para la programación del chip en el sistema
17. Direccionable 64 KB La ROM externa y externa. Circuitos de control de RAM
Estos son lo que llamamos los recursos (Fuente) del microcontrolador. La aplicación del microcontrolador es cómo hacer un uso completo y razonable de estos recursos para resolver problemas prácticos.
>3.1.2 Interfaz hombre-máquina
(1) Uso de la interfaz de pantalla de cristal líquido
Como sistema CNC simple, utiliza un módulo de pantalla de cristal líquido de matriz de puntos con gráficos de 12232 caracteres chinos con El módulo LCD de caracteres retroiluminados se utiliza como interfaz de pantalla principal y no utiliza pantalla de tubo digital. Hay tres propósitos para hacer esto:
●El método de pantalla de cristal líquido tiene una gran capacidad de visualización y la capacidad de mostrar todos los caracteres y caracteres personalizados. En cuanto al defecto de no poder mostrar gráficos para realizar una visualización dinámica de las curvas de procesamiento, se puede compensar simulando el procesamiento en la máquina del instrumento.
●El módulo LCD en sí tiene un controlador, que puede reducir la carga en la CPU principal.
●Hacer que el sistema tenga la calidad básica de manejo de menú. La función basada en menú se utiliza para realizar la función de edición de pantalla completa del módulo de edición para cumplir con los requisitos de una interfaz amigable hombre-máquina.
●Puede mostrar caracteres y gráficos chinos.
(2) Adopte un diseño de botón de doble función para simplificar el teclado.
En el diseño del sistema, considere plenamente la relación entre las necesidades funcionales, las necesidades de operación conveniente y los requisitos de complejidad del sistema. la mayoría de las teclas del sistema son teclas de doble función, lo que simplifica toda la interfaz del sistema.
3.1.3 Adoptar un método de control de bucle abierto
El propósito del diseño del sistema determina que el sistema solo puede adoptar un método de control de bucle abierto. En un sistema de control de posición de bucle abierto, sólo se pueden utilizar motores paso a paso como unidades de ejecución servo. Esto está determinado por las características del cuerpo del motor paso a paso. Para obtener detalles sobre las características de los motores paso a paso, consulte los capítulos relevantes en los siguientes capítulos de este capítulo.
Las máquinas herramienta CNC con sistemas de control de bucle abierto tienen estructuras simples y bajos costos. Solo son adecuadas para máquinas herramienta CNC pequeñas y medianas que no requieren una alta precisión de procesamiento, especialmente máquinas CNC simples y económicas. herramientas.
Este tipo de sistema es relativamente sencillo y económico, pudiendo utilizarse en pequeños tornos, fresadoras, taladradoras y cortadoras de alambre. La siguiente figura es un diagrama de bloques de un sistema CNC simple común de dos coordenadas.
El software del sistema se solidifica en la memoria del microcontrolador. El programa de procesamiento se puede ingresar a través del teclado o la unidad de cinta. Después de editar y procesar mediante el software del sistema, se emite una serie de pulsos. Después del aislamiento fotoeléctrico y la amplificación de energía. acciona dos motores paso a paso para controlar la máquina herramienta respectivamente. El movimiento en dos direcciones completa el control de posición, trayectoria y velocidad. Según las necesidades, la microcomputadora también puede realizar el control automático de acciones como arranque y parada del husillo, cambio de velocidad, varios arranques y paradas de motores auxiliares, indexación del portaherramientas y ajuste y aflojamiento de la pieza de trabajo a través de circuitos de relé, de modo que todo el proceso de procesamiento pueda realizarse de forma automática.
Figura 3-1 El circuito de conexión entre el motor paso a paso de bucle abierto y el microcontrolador
El sistema de bucle abierto controlado por el microcontrolador para accionar el motor paso a paso tiene las ventajas de baja Precio y tecnología madura, por lo que es más conveniente de usar. Sin embargo, este sistema también tiene desventajas como un pequeño par de arrastre, poca capacidad de sobrecarga, baja velocidad, precisión insuficiente y su precio aumenta exponencialmente a medida que aumenta el par. Por este motivo, a la hora de seleccionar se debe prestar atención a aprovechar al máximo sus ventajas dentro de un rango adecuado. Generalmente es adecuado principalmente para máquinas herramienta pequeñas con un par de arrastre inferior a 15 Nm, como C616, C618, C620, C6140 y otros tornos comunes. Es difícil utilizar máquinas herramienta con grandes requisitos de par y muchos requisitos funcionales (como fresadoras, mandrinadoras, taladradoras y taladradoras y fresadoras) y máquinas herramienta de alta precisión (como mandrinadoras coordinadas) y otros CNC económicos. Es necesario desarrollar sistemas que se adapten a ellos.
3.1.4 Agilizar funciones y mejorar confiabilidad
El diseño tiene las funciones básicas necesarias para un sistema CNC simple
●Capacidades de interpolación lineal y de arco.
●Procesamiento cíclico de extremos y escalones.
●3 modos de funcionamiento: lento, enlazado y automático.
●Capacidades de comunicación de Shanghai.
3.2 Módulos funcionales del sistema y su análisis
3.2.1 Módulos funcionales del sistema y marco general
(1) Interfaz de operación del sistema
De acuerdo con la
Figura 3-2 Diagrama de interfaz hombre-máquina del sistema
Restablecimiento: la clave de borrado total del sistema en caso de falla del sistema, error de trabajo, etc. , para que el sistema pueda volver al estado de diseño original.
Ejecutar: ejecuta automáticamente el programa de procesamiento de piezas del usuario, incluida la verificación de sintaxis del programa, procesamiento de datos, compilación, operación de interpolación y control de motor paso a paso, etc.
Pausa 1: la pausa del procesamiento automático es una tecla de ping pong. Presiónela una vez para pausar el procesamiento. Púlsela nuevamente para continuar con el procesamiento.
Cambio de herramienta uno: se utiliza para el cambio manual de herramienta, presione una vez. El portaherramientas eléctrico gira una estación, que en este sistema es de 90 grados.
Manual: coopere con "←, ↑, →, ↓" para realizar el enlace de la tabla de acciones; es la tecla de movimiento del cursor al editar el programa. Los números del 1 al 9 son todas teclas de doble función, utilizadas para la entrada de programas y conmutadas con las teclas "arriba y abajo".
G: tecla de función de preparación, utilizada para la entrada del programa de procesamiento ISO.
M——tecla de función auxiliar, utilizada para ingresar segmentos del programa como iniciar/detener la bomba de enfriamiento y finalizar el programa.
Insertar: se utiliza para cambiar el modo "insertar modificación" durante la edición del programa. También la tecla de ping pong, indicada por un cursor de bloque o un cursor de subrayado.
Eliminar: en el modo de inserción, elimina el carácter actual; en el modo de modificación, elimina el carácter en la posición actual del cursor.
Página anterior uno: el programa sube a la sección del programa anterior. Es equivalente a la tecla PageUp de una PC.
Página siguiente: el programa pasa a la siguiente sección del programa. Al igual que la clave de página anterior, es una clave de edición de pantalla. Es equivalente a la tecla PageDown de la PC.
Intro - Tecla de confirmación.
Esc——Equivalente a la tecla Esc de la PC.
(2) Módulos funcionales del sistema y marco general
El sistema generalmente se divide en módulo de interfaz hombre-máquina, módulo de ejecución de servo, módulo de atornillado de portaherramientas eléctrico, módulo de comunicación en serie y módulo basado en Los cinco módulos principales, incluido el módulo de control principal del microcontrolador AT89S51, se muestran en la Figura 3-2. Las funciones de cada módulo son:
Figura 3-3 Módulo del sistema y marco general
①Módulo de interfaz hombre-computadora
Este módulo completa principalmente el diálogo persona-computadora y comunicación, representado físicamente por un monitor y un teclado, y su función principal es la edición de programas de procesamiento.
Debido al formulario completo basado en menús. Haz que este módulo sea más amigable.
②Módulo de ejecución servo
Este módulo se compone principalmente de distribuidor de pulsos, servoaccionamiento y motor paso a paso. Es una unidad de ejecución y completa el funcionamiento del banco de trabajo y la herramienta de acuerdo con las instrucciones del. Computadora host. Movimiento relativo para lograr el procesamiento de giro. Sus características de velocidad, características momento-frecuencia, etc. afectan directamente la precisión y velocidad del procesamiento.
③Módulo de control del portaherramientas eléctrico
Un portaherramientas eléctrico de 4 vías que utiliza 2 relés. El uso de software para completar la acción de cambio de herramienta del portaherramientas, es decir, la rotación hacia adelante del motor del portaherramientas para recoger la herramienta → cambiar la herramienta → bloqueo inverso, es una parte indispensable del sistema CNC económico, que puede mejorar la eficiencia del procesamiento y reduce en gran medida el tiempo de procesamiento causado por el cambio manual de herramientas.
④Módulo de comunicación serie
La función de este módulo es completar la comunicación serie con la computadora host, utilizando un sistema de tres cables para permitir que el sistema tenga capacidades básicas de red.
⑤Módulo de control principal
Incluye principalmente un microprocesador de chip (incluido el programa de monitoreo), una unidad de almacenamiento del programa de procesamiento y un circuito de interfaz con otros módulos para completar la edición y el procesamiento del programa Procesamiento, interpolación de software, control de descanso de herramientas eléctricas y protección de límite de carrera, etc.
3.2.2 Marco del software del sistema
La figura 3-4 muestra el diagrama de bloques del software del sistema. Una vez encendido el sistema, ejecuta el programa de inicialización y el programa de escaneo del teclado. Si se presiona cualquiera de las teclas de "visualización de conteo", "borrado de conteo", "jog" y otras teclas de función, ejecutarán sus respectivas subrutinas de trabajo y luego regresarán al programa de inicialización y mostrarán sus mensajes correspondientes. El programa de control de secuencia también está diseñado como un módulo de subrutina. Su función principal es leer la combinación de estado de señal de cada interruptor de carrera y relé de presión, después del análisis y evaluación, genera una serie de señales de control para completar el procesamiento automático de la pieza de trabajo. . Si se presiona la tecla "Jog", se mostrará el mensaje de jog y se ejecutará el programa de control de secuencia, es decir, volverá al programa de inicialización. Si se presiona la tecla de función "Movimiento vinculado", el trabajo vinculado. La marca se establecerá primero (en este momento, excepto la tecla "Retorno", todas las demás teclas están protegidas por software), luego habilitará la interrupción, esperará la señal de detección de la herramienta y ejecutará la rutina de servicio de interrupción después de recibir la solicitud de interrupción. señal. En el control del servicio de interrupción, la subrutina de control de secuencia, el escaneo del teclado y la subrutina de visualización se ejecutan sucesivamente, y los datos se registran y muestran. Después de completar un control de secuencia o presionar la tecla "Regresar", regresará al programa principal. Después de regresar al programa principal, todavía se determina si se presiona la tecla "regresar". Si es así, se regresa al programa de inicialización. De lo contrario, espere nuevamente la interrupción.
Adoptar diseño modular:
①Avanzado, varillaje, cambio de herramienta
Este módulo realiza principalmente el movimiento positivo y negativo del banco de trabajo en los ejes x y z. Para facilitar el ajuste de herramientas, ajuste del origen de trabajo, etc. se utilizan operaciones de avance lento y enlazado en dos direcciones opuestas, así como control manual de cambios de herramienta, etc.
②Automático
Este módulo implementa principalmente el procesamiento de programas de mecanizado (incluida la verificación de sintaxis del programa, compilación de programas, procesamiento de datos, etc.), control de motores paso a paso de interpolación y control automático de cambio de herramienta. etc.
③Configuración de parámetros
Este módulo realiza principalmente la configuración de parámetros de procesamiento automático, como la configuración de parámetros de compensación de herramientas y la configuración de parámetros de compensación de espacios.
④Módulo de edición
Este módulo realiza principalmente la edición por teclado y la entrada de programas de procesamiento de piezas.
⑤Módulo de comunicación
Este módulo realiza principalmente comunicación en serie con la computadora host u otros dispositivos inteligentes, y puede usarse para la transmisión de programas de procesamiento, etc.
Figura 3-4 Diagrama de bloques del principio del software del sistema
Capítulo 4 Diseño del sistema de hardware
4.1 Diseño del módulo principal
4.1.1 Principal Componentes clave del módulo y su selección
(1) Microcontrolador
Este sistema utiliza el microcontrolador de 8 bits AT89S51 de PHILIPS Company como núcleo de control.
AT89S51 es un microcontrolador CMOS de 8 bits de bajo consumo y alto rendimiento. Contiene una memoria de programa Flash de solo lectura ISP (programable en el sistema) de 4k Bytes que se puede borrar y escribir repetidamente 1000 veces. densidad, no fácil de usar Fabricado con tecnología de memoria con pérdida, compatible con el sistema de instrucciones estándar MCS-51 y estructura de pines 80C51. El chip integra un procesador central de 8 bits de uso general y una unidad de almacenamiento Flash ISP. estáticamente, la RAM se puede ampliar a 64 K bytes y tiene 5 interrupciones prioritarias, interrupciones anidadas de 2 niveles, 32 puertos externos de entrada/salida (E/S) y 2 contadores de temporizador programables de 16 bits. Se conecta una 2764EPROM externa como memoria de programa para monitorear programas y procesar programas para piezas de uso común. Luego use una parte de 6264RAM para almacenar programas de piezas y parámetros de trabajo que deben modificarse aleatoriamente. El método de decodificación se utiliza para direccionar el chip de expansión y el decodificador 74LS138 se utiliza para completar esta función. Como expansión del puerto de entrada y salida del sistema, 8279 está conectado a la pantalla de entrada y salida del teclado respectivamente, y 8255 está conectado al distribuidor anular del motor paso a paso para controlar los motores paso a paso del eje X y Z. eje en paralelo. Además, también se debe considerar el aislamiento fotoeléctrico entre la máquina herramienta y el microcontrolador, circuito de amplificación de potencia, etc.
Figura 4-1 Diagrama de bloques principal del sistema de microcontrolador
(2) Selección de memoria de datos
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El sistema utiliza una microcomputadora de un solo chip como núcleo de control, con una velocidad máxima de 33MHz, y nosotros usamos 22.1184MHz. La alta velocidad impone grandes exigencias a los circuitos externos, especialmente a los circuitos externos de expansión de memoria de programas y datos. Debe asegurarse de que cuando la CPU lea datos o instrucciones del programa, los datos externos o las instrucciones del programa estén listos. Por lo tanto, se debe realizar una verificación de sincronización del chip. Para que el sistema funcione de manera confiable, también realizamos verificación de memoria.
Primero, hagamos una introducción a la memoria. La memoria del microcontrolador se divide en memoria interna y memoria externa. La memoria interna se divide en memoria de datos interna y memoria de programa. De manera similar, la memoria externa también se divide en memoria de programa y de datos. Este sistema utiliza AT89S51 como unidad central, que a su vez tiene 128 B de RAM y 4 KB de memoria de programa interna Flash. Para la memoria de datos, las partes interna y externa se direccionan de forma independiente y se utilizan diferentes instrucciones para acceder a diferentes memorias de datos, es decir, MOV accede al chip, MOVC accede al off-chip y la parte externa se puede extender a 64K Dado que la memoria de datos externa y I/0 tienen direcciones uniformes, se debe dejar una cierta cantidad de espacio para I/0. Este sistema requiere una cierta cantidad de espacio de expansión, por lo que el chip utilizado para la expansión de este sistema es. 6264. Y62256 es una RAM estática CMOS 32K de alta velocidad y bajo consumo de HUNDAI Company, que adopta la tecnología de proceso CMOS de alta velocidad de Hyundai. HY62265 tiene un modo de retención de datos para garantizar que los datos de 2 V sean válidos al voltaje de suministro más bajo. Al utilizar la tecnología CMOS, el voltaje de la fuente de alimentación está entre 2.OV ~ 5.5V y la corriente de retención de datos casi no tiene efecto. HY62256 es adecuado para su uso en entornos de trabajo de bajo voltaje y con batería. El M28256 se utiliza para ampliar la memoria del programa y se fabrica con tecnología de silicio multipolar propiedad de ST Microelectronics. Tiene un modo de trabajo rápido y de bajo consumo de energía en condiciones de suministro de energía de 3V o }V. El circuito ha sido diseñado para proporcionar funciones de interfaz flexible con el microcontrolador. Las pruebas de bucle de datos o el bloqueo de funciones de bits se pueden realizar mediante software o hardware. La protección de datos del software se puede realizar utilizando algoritmos JEDEG estándar. La expansión del circuito se muestra en la Figura 4-2.
Figura 4-2 Expansión de memoria
(3) Controlador de bus, datos, pestillo de dirección y circuito de decodificación
Debido a la línea de datos y la dirección de orden inferior del microcontrolador El usuario de línea debe agregar un pestillo de dirección para bloquear la dirección de orden inferior. Usando 74LS373 como pestillo de dirección, cuando el sistema de aplicación es demasiado grande, hay demasiados chips de expansión conectados y se excede la capacidad de conducción del autobús, el sistema no funcionará de manera confiable. En este momento, se debe agregar un conductor de autobús. para reducir la duración de la lectura de datos.
Los datos externos escalables totales de todo el sistema son 64 K. Dado que la memoria de datos externa del microcontrolador y las E/S se direccionan de manera uniforme, utilizamos los 32 K bajos como memoria de datos extendida externa y el circuito de decodificación alta usa dos 74LS138. 32K se utilizan como I/0 o se dejan para una futura expansión. Dado que el periférico es un dispositivo programable, se deben generar dos direcciones de decodificación cuando se usa 138 para decodificar: una es una dirección continua y la otra es una dirección de segmento continuo. Entre ellos, Ll y L5 se pueden utilizar cuando el sistema se expanda nuevamente. La salida de dirección decodificada se muestra en la Figura 4-3. Y0-Y7 se utilizan como señales de selección de chip de dirección única, y Y8-Y15 se pueden utilizar como señales de selección de chip programables, como el contador programable 8254. El circuito de decodificación se muestra en la Figura 4-3.
Figura 4-3 Circuito de decodificación
4.1.2 Diseño esquemático eléctrico del módulo principal
Este sistema utiliza AT89S51CPU Como unidad central de procesamiento del sistema CNC. El diagrama de bloques del programa principal se muestra en la Figura 4-4. Se conecta una 2764EPROM externa como memoria de programa para monitorear programas y procesar programas para piezas de uso común. Luego use una parte de 6264RAM para almacenar programas de piezas y parámetros de trabajo que deben modificarse aleatoriamente. El método de decodificación se utiliza para direccionar el chip de expansión y el decodificador 74LS138 se utiliza para completar esta función. Como expansión del puerto de entrada y salida del sistema, 8279 está conectado a la pantalla de entrada y salida del teclado respectivamente, y 8255 está conectado al distribuidor anular del motor paso a paso para controlar los motores paso a paso del eje X y Z. eje en paralelo. Además, también se debe considerar el aislamiento fotoeléctrico entre la máquina herramienta y el microcontrolador, circuito de amplificación de potencia, etc.
El chip de expansión del puerto de E/S paralelo programable 8255A se puede conectar directamente al bus del sistema del microcontrolador de la serie MCS. Tiene tres puertos de E/S paralelos de 8 bits y tres modos de trabajo, que se pueden programar fácilmente. El intercambio de información entre la CPU y los dispositivos periféricos se completa mediante transmisión incondicional, transmisión de consulta o transmisión de interrupción.
La CPU controla 8279 leyendo primero la palabra de estado de 8279 y verificando si hay caracteres en el PIFORAM. Si hay caracteres, todos los caracteres se leerán de acuerdo con el número de caracteres y se procesarán en consecuencia. ; si no, regresa directamente. La CPU monitorea 8279 en modo de consulta. La dirección del puerto de datos asignada a 8279 es 8000H y la dirección del puerto de estado es 8001H. La CPU interrumpe la consulta cada 10 ms. Todas las pantallas se implementan consultando la tabla de códigos de segmento, lo que simplifica el proceso de programación. , mejorando la calidad del programa.
Figura 4-4 Diagrama de bloques del programa principal
4.2 Diseño del módulo de entrada/salida
4.2.1 Diseño esquemático eléctrico del módulo de E/S
8279 se utiliza como expansión del puerto de entrada y salida del sistema y está conectado a la pantalla de entrada y salida del teclado respectivamente. 8279 es un chip de interfaz programable, que se puede programar para lograr las funciones correspondientes. El proceso de programación es en realidad el proceso en el que la CPU envía instrucciones de control al 8279. En el diseño del software, el modo de visualización adopta una pantalla de 8 caracteres, modo de entrada izquierda, teclado de escaneo de códigos y bloqueo de doble tecla. El diagrama esquemático eléctrico del módulo de E/S se muestra en la Figura 4-5.
Figura 4-5 Diagrama esquemático eléctrico del módulo de E/S
Figura 4-6 Diagrama de bloques del programa de trabajo 8279
4.2.2 Interfaz de control del motor paso a paso
p>
Los ejes X y Z utilizan motores paso a paso trifásicos de 6 disparos. El puerto paralelo 8255 escribe palabras de control en el puerto de control y PUSLE se utiliza para controlar los motores paso a paso. 8255 está conectado al distribuidor de anillo del motor paso a paso. A través de tres piezas de aislamiento fotoeléctrico 4N25, forma las señales de control trifásicas requeridas para X y Z respectivamente, que se envían a la fuente de alimentación del motor paso a paso para controlar los motores paso a paso. del eje X y del eje Z en paralelo. El chip YB013 realiza la tarea de separación del anillo de hardware, y el tubo de aislamiento óptico Darlington 4N25 realiza el aislamiento de la parte débil de la computadora y la parte de corriente fuerte del motor paso a paso. No solo funciona como amplificación de potencia, sino que también actúa como un. Interruptor sin contacto para proteger la computadora. La conexión del motor paso a paso controlado por el microcontrolador se muestra en la Figura 4-7.
Figura 4-7 Motor paso a paso controlado por microcontrolador
4.2.3 Interfaz de control de herramientas
(1) Portaherramientas eléctrico y su principio de funcionamiento
La parte mecánica del portaherramientas eléctrico es similar a un mecanismo de engranaje helicoidal, que realiza la elevación, rotación (cambio de posición de la herramienta) y bloqueo de descenso de la herramienta. Aquí nos centramos en las condiciones del hardware y los principios del circuito necesarios para realizar el. acciones anteriores.
En la Figura 4-8, los relés KA1 y KA2 realizan el control de conmutación de acción del portaherramientas eléctrico, completando principalmente la conmutación hacia adelante y hacia atrás del motor del portaherramientas. Durante la rotación del portaherramientas, los elementos Hall en cada estación cambiarán al estado efectivo por turnos. Según los cambios en los estados de T1, T2, T3 y T4, el sistema puede inferir el número de herramienta actual y determinar si. es el número de herramienta actual. Seleccione la herramienta y una vez que cumpla con los requisitos, el motor girará en la dirección opuesta y bloqueará la herramienta. El intervalo inverso de conmutación de cada secuencia del portaherramientas eléctrico es la clave para el control del sistema. El tiempo de bloqueo inverso depende de los indicadores recomendados por el fabricante del portaherramientas eléctrico. Si es demasiado largo, provocará que el motor se caliente o se caliente. incluso quemarse. Para garantizar el funcionamiento seguro del portaherramientas eléctrico, se instalan un fusible rápido y un relé térmico en la línea de entrada de 380 V CA del portaherramientas eléctrico.
Figura 4-8 Diagrama esquemático eléctrico del portaherramientas eléctrico
(2) La interfaz entre el portaherramientas eléctrico y el microcontrolador
La interfaz de hardware entre el portaherramientas eléctrico y el sistema. Controla principalmente las señales de rotación hacia adelante y hacia atrás del motor J1, J2 y las señales de retroalimentación del número de herramienta TI, T2, T3 y T4. Las señales anteriores están ópticamente aisladas y conectadas con el sistema de microcontrolador.
El proceso de control del software del portaherramientas eléctrico se muestra en la Figura 4-9, utilizando el modo de consulta.
Figura 4-9 Proceso de control del reposo de herramientas eléctricas
El programa es:
#include lt;AT89S51.hgt;
# incluir lt; absacc.hgt;
#define N1 XBYTE[ ]
typedef unsigned char uchar
void adc0809(uchar idata *x);
void delay();
void main()
{
anuncio estático de datos de uchar[4];
adc0809 (anuncio);
}
void adc0809(uchar idata *x)
{
uchar i, *ad_adr;
p>
uchar motor=1;
ad_adr=amp;N1;
for(i=0;ilt;4;i)
{
If(*ad_adr=i)
{
retraso1( );
KA1=1;
retraso2( );
retorno();
}
si no KA1=0
}
}
retraso nulo1(motor==0)
{
uchar j;
for(j =0;jlt;20000 ; j )
{;}
}
retraso nulo2(nulo)
{
uchar j ;
for(j=0;jlt;150000;j)
{;}
}
4.2.4 Circuito de interfaz de parada de emergencia, pausa y límite de recorrido
El interruptor de límite está en un estado normalmente abierto, por lo tanto, la entrada normal de X diez, X uno, Z diez y Z uno es una; estado de bajo nivel.
Por lo tanto, si se presiona el interruptor de recorrido, se envía una señal de interrupción a INT0, el sistema se reinicia, el pulso del motor paso a paso desaparece y no puede continuar avanzando, protegiendo así la máquina herramienta. Este sistema utiliza el extremo de salida de la puerta NAND 74HC10 de tres entradas como una señal de interrupción especial que se conectará al INT0 del microcontrolador para el procesamiento en tiempo real de las funciones de parada de emergencia, pausa y alarma de límite. El circuito se muestra en la Figura 4-8:
4.3 Circuito de comunicación en serie
Este sistema consta de dos partes, el sistema informático superior y el sistema informático inferior, ya que principalmente el ordenador superior. completa la pantalla de administración Mientras espera el trabajo, la computadora inferior completa la función de control, por lo que los requisitos en tiempo real para la transmisión de datos entre la computadora superior y la computadora inferior no son altos, por lo que utilizamos comunicación en serie. Utilizando el estándar RS232, MAX232 realiza una conversión de frecuencia eléctrica. El estándar del puerto serie RS232 es un estándar recomendado por la Asociación de la Industria Electrónica. Este sistema utiliza un conector de 9 pines, cuya definición se muestra en la Tabla 4-1. Este sistema utiliza conexiones TXD, RXD y GND de tres cables para simplificar el circuito.
Tabla 4-1 Tabla de definición de conectores
El circuito de comunicación serie está compuesto principalmente por el circuito de conversión de nivel MAX 232. MAX232 es un producto de MAXIM Company, un chip de conversión de nivel. Puede convertir TTL a RS232 o RS232 a TTL. Cumpla con los requisitos de conversión de nivel de comunicación de microcontroladores y computadoras comunes. El circuito se muestra en la Figura 4-10.
Figura 4-10 Circuito de interfaz de comunicación
4.4 Diseño del módulo de interfaz hombre-máquina
4.4.1 Métodos de visualización comunes y comparaciones en sistemas de aplicaciones de microcomputadoras de un solo chip
En los sistemas de aplicaciones de microcomputadoras de un solo chip, los medios de visualización más utilizados actualmente incluyen tubos digitales (LED), pantallas de cristal líquido (LCD), CRT, etc. Las pantallas fluorescentes de vacío (VFD) se usan más comúnmente en el hogar. accesorios. Las características respectivas se describen brevemente a continuación:
(1) Tubo digital
El tubo digital es un dispositivo emisor de luz activo. La llamada luz activa. Significa que cuanto más oscuro sea el ambiente, más claro será. Se divide en dos tipos: tubo digital de 7 segmentos y tubo digital "medidor". El primero se utiliza para mostrar códigos ARCⅡ y muestra una pequeña cantidad de información; el segundo no solo puede mostrar caracteres ARCⅡ, sino también algunos caracteres personalizados más complejos. Según la corriente de conducción, los tubos digitales se pueden dividir en brillo normal, alto brillo, súper brillo, etc. Debido a su bajo costo y fácil expansión, el tubo digital siempre ha sido el dispositivo de visualización más utilizado y ampliamente utilizado en sistemas de microcomputadoras de un solo chip. Hay muchos tipos de sistemas CNC en China, especialmente los primeros sistemas CNC, que utilizan ampliamente tubos digitales como interfaces de visualización.
(2) Pantalla de cristal líquido
La pantalla de cristal líquido es un dispositivo emisor de luz pasivo. La llamada iluminación pasiva significa que cuanto más brillante sea el ambiente, más claro será. En ambientes oscuros, se debe agregar luz de fondo para una visualización clara. Se divide en LCD de tipo campo, LCD de tipo carácter y LCD gráfico de matriz de puntos. El tipo de campo solo puede mostrar caracteres ASCII, mientras que el tipo de carácter puede mostrar caracteres ASCII. El efecto de visualización es mejor que el tipo de campo y puede mostrar una pequeña cantidad de caracteres personalizados. La pantalla LCD de matriz de puntos gráfica es un nuevo tipo de visualización. Dispositivo que actualmente es popular en sistemas informáticos de un solo chip. Debido a su capacidad para mostrar caracteres chinos, se usa ampliamente en dispositivos inteligentes domésticos, y los sistemas CNC domésticos también han comenzado a usarse ampliamente.
(3)CRT
Los monitores CRT se dividen en monocromáticos y en color. Se utilizan cada vez más en sistemas CNC, especialmente en sistemas CNC de alta gama. Se caracteriza por su bajo costo y gran capacidad de visualización; puede mostrar todos los caracteres, gráficos y caracteres chinos; utiliza un circuito de interfaz específico de video como el MC6847 para interactuar con el microcontrolador, que es relativamente complejo y, por lo tanto, poco común en aplicaciones generales.
(4) Pantalla fluorescente al vacío
La pantalla fluorescente al vacío, conocida como VFD (módulo de visualización fluorescente al vacío), es un nuevo tipo de dispositivo de visualización. Consta de tres electrodos básicos: cátodo (filamento), ánodo y rejilla, que están empaquetados en un recipiente de vidrio al vacío.
El cátodo es un alambre de tungsteno recubierto con óxido metálico; la rejilla es una malla metálica extremadamente fina; el ánodo es un segmento o electrodo conductor de red, y el material fluorescente que contiene puede mostrar los caracteres o símbolos correspondientes. Se aplica un voltaje positivo entre la rejilla y el ánodo. Los electrones emitidos por el cátodo son acelerados por este voltaje positivo y golpean el material fluorescente en la superficie del ánodo para generar radiación, emitiendo fluorescencia verde con una longitud de onda de aproximadamente 505 nm. Al controlar el voltaje entre la puerta y el ánodo, se pueden mostrar varios caracteres. El VFD se usa ampliamente en electrodomésticos, máquinas POS de centros comerciales y nuevos instrumentos y medidores debido a sus siguientes características. ① Alto brillo, sin problemas de ángulo de visión, ② amplio rango de temperatura de funcionamiento, larga vida útil; ② circuito periférico simple, solo puede funcionar una fuente de alimentación de 10 5 V, lo que proporciona una interfaz de bus de datos de casi 8 bits; Sin embargo, este tipo de visualización actualmente se utiliza relativamente raramente en sistemas CNC.
4.4.2 Módulo de visualización de cristal líquido de matriz de puntos
(1) Módulo de visualización de cristal líquido de caracteres
Este sistema CNC utiliza el módulo de visualización de cristal líquido de matriz de puntos de caracteres DM12232 . Este módulo tiene las siguientes características:
●Puede mostrar 122 columnas y 32 filas
●Fuente de alimentación VDD3.3V~5V (circuito de refuerzo incorporado, no requiere voltaje negativo)
●Conexión a microprocesador con paralelo de 8 bits o 4 bits/serie de 3 bits
●Múltiples funciones de software: caracteres personalizados, movimiento de pantalla, visualización del cursor, modo de suspensión, etc.
●Configurar retroiluminación LED
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