经济型数控机床控制系统硬件电路设计

滕敦波

（烟台南山学院,山东 烟台 265713）

经济型数控机床控制系统硬件电路设计

滕敦波

（烟台南山学院,山东 烟台 265713）

数控车床是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构，子程序结构简单、条件明确在经济型数控系统中应用比较多。中断结构采用模块化结构设计，因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理机方向发展。

数控机床；开放式数控系统；电动机

经济型数控机床具有经济实用、结构简单、操作方便、价格低廉等特点，它的控制系统通常采用单片机，驱动电机采用步进电动机，多数采用开环控制，由于经济型数控系统具有较高的性能价格比，因而广泛地应用于机床产品的升级换代和普通普通机床的技术改造上。近年来，我国在经济系统的研究开发和生产上投入了大量人力和物力，在经济型数控机床领域里经历了几个五年计划之后已经取得了可喜成果，经济型数控机床在我国机床市场上占有较大比重，成为我国制造业不可或缺的一部分。

1 硬件控制电路的组成

现在所说的(MNC)即CNC装置，其主要分为两种形式：一种是单个CPU组成的控制系统，另一种是由两个或两个以上的CPU组成的多微处理器系统。经济型数控机床大多数采用一个CPU完成机床的控制。

1.1 硬件电路的组成

经济型数控机床由一个8031单片机、一个74LS373地址锁存器、一个74LSl38地址译码器、两个2764EPROM存储器、两个8155接口芯片、光电各电路、功率放大电路、Z向电机和x向电机等组成。

1.2 电路图信号流程分析

经济型数控机床依靠输入的程序指令来实现对零件进行各种形状的加工，各种指令在计算机中是以信号的形式存在的；下面就简要分析一下经济型数控机床的电路图的信号流程：

（1）信号的采集。本电路的信号采集有两个地方：l)BCD拨码盘。此拨码盘与8031(1)的PA口和PB口相连，在此拨码盘上输入每条指令对应的二进制代码后，即可完成信息的采集。2)计算机键盘，在键盘上分别输入各条指令的助记符，计算机会根据键盘上输入的字符扑做相应的二进制代码信息，然后进行传送、处理等操作。

（2）信号的输入。当信息被输入后，就要进行信号的传输了。信号的传输通过地址线和数据线进行传输，控制线控制相应信号的各种动作。本电路图通过8031的Pl口和8255(2)的PC口相连的部分；信号以低电平的形式被采集，以高电平的形式被传输；因为当某一路的信息被采集后则相应的线路就被导通，这时，8031的Pl口的相应位变为高电平，信号就被传输到了8031的Pl口。

（3）信号的处理。当指令信号被输入到8031后，接着就要进行信号的算术逻辑运算处理了，计算机通过Ax进行算术逻辑运算，在控制器的控制下进行，将处理过的信号变成各种相应指令控制计算机完成该指令的功能。同时对外界做出相应的反应，使数据存储器和程序存储器与之保持相应的协调一致。

（4）信号的输出。信号被处理后便可以输出了；信号的输出有两个方向：l)信号直接输入到8255(2)接口以控制x电机和Z电机做出相应的动作，从而达到加工出相应零件的目的。2)信号也可以在地址锁存允许信号ALE的控制之下，被输入到相应的数据存储器或者数据存储器中，以便下次调用或者程序的备份。

2 主要芯片功能介绍

2.1 单片机简介

8031单片机的基本特征：目前性能较高的8位单片微型计算机。内部包含一个8位PROG，128字节的RAM，两个16位定时器，4个8位并行接口，一个全双功能串行口，可扩展的外围程序存储器和俄数据存储器的容量各64K字节，具有5个中断源并配有两个优先级，还有21个特殊功能寄存器。

图1 8031单片机示意图

2.2 管脚功能及使用特性

8031单片机是一个有40根引脚的双列直插式器件，引脚图如图1，其引脚功能说明如下：

VCC：编程和正常操作的电源电压端，电压为+5V

P0口：8位双向I/O口，既是数据线，又是8位地址线，分时使用。

P1口：8位双向I/O口，专供用户使用，此处为技术人员进行数据输入端口及结果的输出端

P2口：8位双向I/O口，系统外围存储器扩展时，律高8位地址线使用，

系统不需要扩展时，也可以供用户使用。

P3口：8位双向I/O口，是一个双功能口，第一功能和Pl口一样可以作为通用I/O口，工作于第二共猛士，各端口的定义如下：

P3.0----RXD，串行输入； P3.1----TXD，串行输出；

P3.2----INT0，外围中断输入；P3.3----INTl，外围中断输入；

P3.4----T0，定时器0外围输入端；P3.5----Tl，定时器l外围输入端；

P3.6----wR，写信号； P3.7----RD，读信号；

ALE/PROG：访问外围存储器时，用于锁存地址低8位字节地址锁存允许输出。ALE提供一个定时信号，在外为存储器存取数据时把P0口的低位地址字节锁存到外界的锁存器中。这个引脚也是EPROM编程时的编程脉冲输入端(PROG)。

PSEN：程序锁存允许输出，是外围程序存储器的读选通信号。

EA/VPP：EA为高电平时，CPU执行内部程序存储器的指令。EA为低电平时CPU执行外部承袭存储器的指令。使用8031单片机时，EA必须接地。

XTALl：振荡器的反向放大器输入，使用外部振荡器时必须接地；

XTAL2：振荡器的反向放大器输出，使用外围振荡器时，接收外围振荡信号；

RESET/VPD：复位控制信号，在振荡器运行时，使RESET脚至少保持两个机器周期为高电平时，可实现复位操作。在电源关断之前加上掉电保护电路，RAM的内容将不会丢失。

2.3 存储器扩展电路

8031单片机没治师28字节的RAM，没有ROM.机床数控系统需要的程序存储器和数据存储器的容量较大，必须外接程序存储器(EPROM)和数据存储器(RAM)芯片。

常用的EPROM存储器有：2716、2732、2764、27128、27256等，其容量分别为：2K、4K、8 K、16K、32K。该系统使用的芯片是2764。

（1） 2764芯片介绍

2764芯片是一种位容量为8kbX8的EPROM，它有l3条地址线(A12至AO)，8条数据引脚(D7至DO)，2个电压输入端Vpp和Vce，除此之外，还有l个芯片允许端CE和编程脉冲控制端PGM。

（2）地址锁存器74L8373

如图2，74L8373是一个带三态门的8D锁存器，他作为8031外部的一个扩展输出口；其工作原理：当8031把数据准备好后，便通过ALE发出一个控制信号加到373的G端，即锁存控制端，使数据锁存在373中。

单片机规定P0口提供地8位地址线，同时又要作数据线，所以P0是一个分时输出地8位地址和数据的通道口。为了把地址信息分离出来保存，提供外界存储器的低8位地址信息，通常采用74L8373作为地址锁存器。74L8373的引脚见图纸。1D至8D输入端，lQ至8Q是输出端，CE是片选端选通端G与8031单片机的地址琐存信号ALE连接。当选通端G=1时，74L8373的输出端与输入端相同，当G端从高电平返回低电平时，输入的地址信息就被锁入lQ至8Q中。

图2 地址锁存器74L8373示意图

[1]李庆芬.机电工程专业英语[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001.

[2]刘宝廷.步进电机及其驱动控制系统[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，l997.

[3]刘书华.数控机床与编程[M].北京：机械工业出版社，2001.

滕敦波（1981—），男，山东临沂人，烟台南山学院工学院，讲师。