Programación de un sistema de control numérico por computadora de un solo chip
Capítulo 2 Requisitos de diseño del sistema CNC
2.1 Descripción general
El sistema CNC está diseñado para adaptarse a muchas máquinas herramienta comunes en China Diseñado para la transformación. Hay cuatro aspectos principales a considerar:
①Economía
Dado que se utiliza para la transformación CNC de máquinas herramienta comunes, se debe considerar completamente el costo del sistema, que es la clave para asegurar el propósito del diseño del sistema. El costo aquí incluye el costo de todo el sistema, incluidos los sistemas CNC, los sistemas de servoaccionamiento, los sistemas de transmisión mecánica, etc. , cuyo núcleo radica en la selección de soluciones del sistema CNC.
②Conveniencia
La conveniencia del sistema CNC, también llamado "comodidad", se refleja principalmente en la parte de edición del sistema. La parte de edición (programación) es la parte donde las personas interactúan directamente con el sistema, que es la llamada "interfaz hombre-computadora". El mundo hombre-máquina debe ser humano, 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 reflejarse en los siguientes aspectos:
●Clave china para facilitar a los operadores en todos los niveles.
●La entrada, recuperación y modificación deben integrarse tanto como sea posible. Es decir, puede buscar y modificar durante la entrada, modificar la entrada durante la búsqueda y mostrar automáticamente el número de segmento del programa.
●Búsqueda rápida, es decir, subir y bajar páginas para mostrar el programa.
③Practicidad
Económicamente hablando, el diseño del sistema CNC no debe perseguir funciones grandes y completas, sino que debe basarse en el principio de practicidad. El mecanizado ordinario puede satisfacer las necesidades 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 la rigidez, la resistencia al impacto, la resistencia al desgaste, etc., y no puede ser demasiado alta.
●Tecnología de conexión de velocidad, es decir, control de aceleración/desaceleración. La tecnología de conexión de velocidad puede garantizar que el sistema logre una conexión de velocidad suave entre los dos programas durante el proceso de mecanizado, evitando así marcas o plataformas de herramientas de mecanizado y garantizando la precisión.
●Visualización dinámica de coordenadas.
●Capacidad de protección de apagado del programa de procesamiento.
●Control de apoyo de herramienta eléctrica. El uso de portaherramientas eléctricos y control de software puede aumentar 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 de los motores paso a paso, al tiempo que refina el equivalente de pulso de la máquina herramienta y mejora la precisión del control; además, también puede mejorar la salida de la herramienta durante el mecanizado a baja velocidad.
④Confiabilidad
Dado que el entorno de trabajo del sistema CNC es muy duro, debe tener suficiente confiabilidad para garantizar el funcionamiento estable del sistema.
2.2 Indicadores de rendimiento del sistema CNC
Basados en amplios requisitos y suposiciones de diseño, los indicadores de rendimiento del sistema CNC se pueden resumir de la siguiente manera:
● Enlace de los ejes X y Z, modo de control de bucle abierto.
●Programación de código en formato CNC estándar internacional ISO.
●Posicionamiento rápido.
●Capaz de realizar interpolación lineal y de arco.
●Puede comunicarse en serie con la máquina de agregar precios 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). ).
●Se reserva una interfaz con función de procesamiento de subprocesos.
●Hay dos modos de procesamiento manual: continuo y lento, así como el modo de procesamiento continuo automático.
Capítulo 3 Determinación del plan general
3.1 Plan general del sistema
Durante el proceso de desarrollo del sistema, nos centramos en la confiabilidad, la conveniencia y el bajo costo. 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
Basado en las ideas de diseño anteriores, este sistema adopta una estructura de sistema basada en un solo chip. microordenador con chip. La 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. El chip contiene un ISP de 4K bytes (programable en el sistema) y se puede borrar repetidamente 1000 veces.
El dispositivo está fabricado con la tecnología de memoria no volátil y de alta densidad de ATMEL. El chip es compatible con el sistema de instrucciones estándar MCS-51 y la estructura de pines 80C51, e integra una CPU universal de 8 bits y una unidad de almacenamiento Flash ISP. El potente microordenador AT89S51 puede proporcionar soluciones rentables para muchos sistemas de aplicaciones de control integrados.
CPU de 1,8 bits
2,26 registros de funciones especiales.
3. Oscilador en chip y circuito de reloj
4. Funcionamiento estático completo: 0 Hz-24 KHz
5, 32 líneas de E/S programables
>6. Dos contadores temporizadores programables de 16 bits
7.5 Interrupción de nivel de prioridad 2 interrupción anidada
8. >9. Modo de control de energía: modo inactivo y apagado de bajo consumo.
Las CPU 10 y 8031 son compatibles con MCS-51.
11, 4 puertos de E/S paralelos de 8 bits
12, bloqueo de seguridad de memoria de programa de tres niveles
13, 128B de RAM interna
14, circuito interno de vigilancia de hardware
15, memoria flash de programa en chip de 4k bytes (vida útil: 1000 ciclos de escritura/borrado)
16, interfaz de línea de cadena SPI para entrada -Programación del sistema del chip.
17. Circuito de control que puede direccionar 64 KB de ROM externa y RAM externa.
Llamamos a estos recursos los "recursos" del microcontrolador. La aplicación del microcontrolador es cómo hacerla completa y. uso razonable de estos recursos para resolver problemas reales.
3.1.2 Interfaz hombre-máquina
(1) Adoptar una interfaz de pantalla de cristal líquido.
Como sistema CNC simple, se utiliza un módulo LCD de matriz de puntos gráfico de 12232 caracteres chinos y un módulo LCD de caracteres con retroiluminación como interfaz de visualización principal, sin utilizar un tubo digital para la visualización. Esto tiene tres propósitos:
● El modo de pantalla LCD tiene una gran capacidad de visualización, puede mostrar todos los caracteres y puede personalizarlos. En cuanto al defecto de no poder mostrar gráficos y realizar una visualización dinámica de las curvas de procesamiento, se puede compensar simulando el procesamiento en la computadora.
El módulo LCD viene con su propio controlador, lo que puede reducir la carga de la CPU principal.
●Habilitar que el sistema tenga las cualidades básicas de manejo de menú. La función de edición de pantalla completa del módulo de edición se implementa mediante menús, lo que cumple con los requisitos de una interfaz amigable hombre-máquina.
Puede mostrar caracteres y gráficos chinos.
(2) Adopte un diseño de tecla de doble función para simplificar el teclado.
En el diseño del sistema, se consideró plenamente la relación entre los requisitos funcionales, la conveniencia operativa y la 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 el método de control de bucle abierto.
El propósito del diseño del sistema determina que el sistema solo pueda utilizar 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 del motor paso a paso, consulte las secciones pertinentes debajo 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 sistema es relativamente sencillo y el más económico y se puede utilizar en pequeños tornos, fresadoras, taladradoras y máquinas 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, y el software del sistema edita y genera una serie de pulsos. Después del aislamiento fotoeléctrico y la amplificación de potencia, se accionan dos motores paso a paso para controlar el movimiento de la máquina herramienta en dos direcciones, controlando la posición, trayectoria y velocidad. Según las necesidades, la microcomputadora también puede realizar el control automático del arranque y parada del husillo, cambio de velocidad, arranque y parada de varios motores auxiliares, indexación del soporte de herramientas, aflojamiento de la pieza de trabajo y otras acciones a través del circuito de relé, de modo que todo el procesamiento El proceso se puede realizar 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 del motor paso a paso controlado por el microcontrolador tiene las ventajas de un precio bajo y tecnología madura, por lo que es ampliamente utilizada. Sin embargo, este sistema todavía tiene algunas deficiencias, como un par de resistencia pequeño, poca capacidad de sobrecarga, baja velocidad, baja precisión y el precio aumenta exponencialmente con el aumento del par. Por lo tanto, a la hora de elegir, 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. Las máquinas herramienta con grandes requisitos de par y múltiples funciones (como fresadoras, mandrinadoras, taladradoras, mandrinadoras y fresadoras) y máquinas herramienta de alta precisión (como mandrinadoras coordinadas) son difíciles de usar, y otros sistemas CNC económicos que Es necesario desarrollar estrategias para adaptarse a ellos.
3.1.4 Simplificar funciones para mejorar la confiabilidad.
El diseño tiene la funcionalidad básica requerida para un sistema CNC simple.
●Capacidad de interpolación lineal y de arco.
●Mecanizado circular de testeros y escalones.
●Tres modos de funcionamiento: jog, linkage y automático.
●Habilidades comunicativas de Shenxing Bank.
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
Restablecer: en caso de falla, error de trabajo, etc., se borra la clave maestra del sistema. , para que el sistema pueda volver a su estado de diseño original.
Ejecutar: ejecuta automáticamente el programa de procesamiento de piezas del usuario, incluida la verificación de sintaxis, el procesamiento de datos, la compilación, la operación de interpolación y el control del motor paso a paso.
Pausa 1 - Pausa el procesamiento automático, este es un botón de ping pong. Presione una vez para pausar el procesamiento, presione nuevamente para continuar con el procesamiento.
Cambio de herramienta 1-para cambio de herramienta manual, pulsar cada vez. El portaherramientas eléctrico gira hasta una estación que en este sistema tiene un ángulo de 90 grados.
Manual: utilice "←, ↑, →, ↓" para realizar el enlace de la tabla de acciones al editar el programa, es la clave para mover el cursor. Los números del 1 al 9 son teclas de doble función. Utilice las teclas "arriba y abajo" para ingresar y cambiar programas.
G-a prepara teclas de función para ingresar programas de procesamiento ISO.
M——tecla de función auxiliar, utilizada para ingresar segmentos del programa como arranque/parada de la bomba de enfriamiento, fin del programa, etc.
Insertar: se utiliza para cambiar entre los modos "insertar y modificar" durante la edición del programa. También es una tecla de ping-pong, indicada por un cursor de bloque o un cursor de subrayado.
Eliminar: elimina el carácter actual en el modo de inserción; elimina el carácter en la posición actual del cursor en el modo de modificación.
Anterior 1-El programa avanza al segmento anterior del programa. Equivalente a la tecla PageUp de la PC.
Página siguiente: el programa ingresa a la siguiente sección del programa. Al igual que la clave de página anterior, es una clave de edición de pantalla. Equivalente a la tecla PageDown de la PC.
Tecla Intro.
Esc-Equivalente a la tecla ESC del PC.
(2) Módulos funcionales del sistema y marco general
El sistema generalmente se divide en cinco módulos: módulo de interfaz hombre-máquina, módulo de ejecución de servo, módulo de apriete del portaherramientas eléctrico y comunicación en serie. El módulo y el módulo de control principal basado en el 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 la interacción entre el hombre y máquina El diálogo y la comunicación están representados físicamente por un monitor y un teclado, y su función principal es la edición de programas de procesamiento. Este módulo es muy fácil de usar debido a todo el formato basado en menús.
②Módulo de ejecución de servo
Este módulo se compone principalmente de distribuidor de pulsos, servocontrolador y motor paso a paso. Es una unidad de ejecución que completa el movimiento relativo entre el banco de trabajo y la herramienta de acuerdo con las instrucciones de la computadora host para realizar el torneado. Sus características de velocidad y características de frecuencia de par afectan directamente la precisión y velocidad del procesamiento.
③Módulo de control del portaherramientas eléctrico
Utiliza un portaherramientas eléctrico de 4 vías con 2 relés y utiliza software para completar la acción de cambio de herramienta del portaherramientas, es decir, la herramienta El motor del soporte cambia hacia adelante. Cuchillo → el bloqueo inverso es una parte indispensable del económico sistema CNC, que puede mejorar la eficiencia del procesamiento y reducir en gran medida los errores causados por el cambio manual de herramientas durante el procesamiento.
④Módulo de comunicación en serie
La función de este módulo es completar la comunicación en serie con la computadora host. Adopta un sistema de tres cables para permitir que el sistema tenga capacidades de red básicas.
⑤Módulo de control principal
Incluye principalmente microcontrolador (incluido el programa de monitoreo), unidad de almacenamiento de programas de procesamiento y circuito de interfaz con otros módulos para completar la edición de programas, el procesamiento de programas de procesamiento y la interpolación de software, herramienta eléctrica. Control de descanso y protección de límite de carrera.
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 procedimiento de inicialización y el procedimiento de escaneo del teclado. Si presiona las teclas "visualización de conteo", "borrado de conteo", "jog" y otras teclas de función, después de ejecutar la subrutina de trabajo respectiva, volverá al programa de inicialización y mostrará el mensaje correspondiente. 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, y luego emitir una serie de señales de control después del análisis y evaluación 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 "vinculación", primero se establecerá el indicador de trabajo de vinculación (en este momento, el software bloquea todas las teclas excepto la tecla "retorno") y luego se iniciará la interrupción, esperando la herramienta. señal de detección, y después de recibir la señal de solicitud de interrupción, ejecute la rutina de servicio de interrupción. En el control del servicio de interrupción, la subrutina de control de secuencia, el escaneo del teclado y la subrutina de visualización se ejecutan una tras otra, y los datos se registran y muestran. Si el control de secuencia se completa una vez o se presiona la tecla "Regresar", volverá 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:
(1) Avance lento, varillaje y cambio de herramienta.
Este módulo realiza principalmente la operación de avance lento y vinculación de la mesa de trabajo en las direcciones de avance y retroceso en el eje X y el eje Z, y controla manualmente el cambio de herramienta, que se utiliza para facilitar la configuración y Configuración del origen de trabajo.
②Automáticamente.
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 para operaciones de interpolación y control automático de cambio de herramienta.
③Configuración de parámetros
Este módulo realiza principalmente la configuración de parámetros de procesamiento automático, como parámetros de compensación de herramientas y parámetros de compensación de espacios.
④Módulo de edición
Este módulo implementa 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.
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
El 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. El chip contiene 4K bytes ISP (programables en el sistema) y se puede borrar repetidamente 1000 veces. El dispositivo está fabricado con la tecnología de memoria no volátil y de alta densidad de ATMEL. Es compatible con el sistema de comando 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 del ISP y funciona de forma completamente estática. La RAM se puede ampliar a 64k bytes, tiene 5 niveles de prioridad de interrupción, interrupciones integradas de 2 niveles, 32 puertos de entrada/salida (E/S) bidireccionales externos y 2 contadores de temporizador programables de 16 bits. Se utiliza una 2764EPROM externa como memoria de programa para monitorear programas y controladores para almacenar partes comunes. Luego seleccione un 6264RAM para almacenar el programa de pieza y los parámetros de trabajo que deben modificarse aleatoriamente.
El chip de expansión se direcciona mediante decodificación y el decodificador 74LS138 se utiliza para completar esta función. Como extensión de los puertos de entrada y salida del sistema, el 8279 está conectado a la pantalla de entrada y salida del teclado, y el 8255 está conectado al distribuidor de anillo del motor paso a paso para controlar los motores paso a paso del eje X y del eje Z. en paralelo. Además, también se debe considerar el aislamiento fotoeléctrico entre la máquina herramienta y el microcontrolador, circuito amplificador de potencia, etc.
Figura 4-1 Diagrama de bloques principal del sistema de microcomputadora de un solo chip
(2) Selección de la memoria de datos
Este sistema utiliza una microcomputadora de un solo chip como núcleo de control, con una velocidad máxima de 33MHz. Estamos usando 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. Cuando la CPU lee datos o instrucciones del programa, debe asegurarse de que los datos externos o las instrucciones del programa estén listos. Por tanto, es necesario comprobar la sincronización del chip. Para que el sistema funcione de forma fiable, también comprobamos la memoria.
Primero, introduzcamos la memoria. La memoria del microcontrolador se divide en memoria interna y memoria externa. La memoria interna se divide en memoria interna de datos y memoria de programa. Asimismo, la memoria externa se divide en memoria de programas y de datos. El sistema utiliza AT89S51 como unidad central y tiene 128 B de RAM y 4 KB de memoria de programa interna Flash. Para la memoria de datos, el direccionamiento interno y externo es 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 el externo se puede extender a 64K. Debido a que la memoria de datos externa y las E/S se abordan de manera uniforme, se debe dejar una cierta cantidad de espacio para las E/S y este sistema requiere una cierta cantidad de espacio de expansión, por lo que el chip utilizado para la expansión de este sistema es el 6264. Y62256 es un modelo 32K de alta velocidad y bajo consumo de energía de una empresa híbrida.
La RAM estática CMOS adopta la tecnología 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. Usando tecnología CMOS, el voltaje de la fuente de alimentación es 2. OV y 5,5 V, la corriente de retención de datos tiene poco efecto. HY62256 es adecuado para entornos de trabajo de bajo voltaje y con batería. M28256 se utiliza para ampliar la memoria del programa y está fabricado con tecnología de silicio multipolar con derechos de propiedad intelectual propiedad de ST Microelectronics. En condiciones de suministro de energía de 3V o }V, tiene un modo de funcionamiento rápido y de bajo consumo. El circuito ha sido diseñado para proporcionar funciones de interfaz flexible con el microcontrolador. Se puede utilizar software o hardware para pruebas de ciclo de datos o bloqueo de funciones de bits. Se pueden utilizar algoritmos JEDEG estándar para la protección de datos de software. La expansión del circuito se muestra en la Figura 4-2.
Figura 4-2 Expansión de memoria
(3) Controlador de bus, datos, bloqueo de datos y circuito de decodificación.
Porque las líneas de datos y las líneas de dirección de orden inferior del microcontrolador * * * utilizan pestillos de dirección para bloquear los datos de orden inferior. Al utilizar 74LS373 como pestillo de dirección, cuando el sistema de aplicación es demasiado grande y hay demasiados chips conectados de expansión que exceden la capacidad de conducción del bus, el sistema no funcionará de manera confiable. En este momento, es necesario aumentar el conductor del autobús y reducir la duración de la lectura de datos. La cantidad total de datos externos que todo el sistema puede ampliar es 64K. Debido a que la memoria de datos externa y las E/S del microcontrolador se direccionan de manera uniforme, usamos 32K de orden inferior como memoria de datos de expansión externa, y el circuito de decodificación de orden superior usa dos 74LS138, 32K como E/S o reservados para futuros. expansión. Dado que el periférico es un dispositivo programable, es necesario generar dos direcciones de decodificación cuando se utiliza 138 para la decodificación: una es la continuidad de la dirección y la otra es la continuidad de la dirección del segmento. Entre ellos, L1 y L5 se pueden usar cuando el sistema se expanda nuevamente. La salida de la dirección decodificada se muestra en la Figura 4-3. Y0-Y7 se puede utilizar como señales de selección de chip de dirección única, y Y8-Y15 se puede utilizar como señales de selección de chip programables, como el contador programable 8254. El circuito decodificador se muestra en la Figura 4-3.
Figura 4-3 circuito decodificador
4.1.2 Diseño esquemático eléctrico del módulo principal
Este sistema utiliza AT89S51CPU como procesador central del sistema CNC. El diagrama de bloques del programa principal se muestra en la Figura 4-4. Se utiliza una 2764EPROM externa como memoria de programa para monitorear programas y controladores para almacenar partes comunes.
Luego seleccione un 6264RAM para almacenar el programa de pieza y los parámetros de trabajo que deben modificarse aleatoriamente. El chip de expansión se direcciona mediante decodificación y el decodificador 74LS138 se utiliza para completar esta función. Como extensión de los puertos de entrada y salida del sistema, el 8279 está conectado a la pantalla de entrada y salida del teclado, y el 8255 está conectado al distribuidor de anillo del motor paso a paso para controlar los motores paso a paso del eje X y Z. en paralelo. Además, también se debe considerar el aislamiento óptico y el circuito de amplificación de potencia entre la máquina herramienta y el microcontrolador.
El chip de expansión del puerto de E/S paralelo programable 8255A se puede conectar directamente al bus del sistema de microcontrolador de la serie MCS. Tiene tres puertos de E/S paralelos de 8 bits y tres modos de funcionamiento. A través de la programación, puede completar fácilmente el intercambio de información entre la CPU y los dispositivos periféricos mediante transmisión incondicional, transmisión de consultas o transmisión de interrupción.
La CPU controla el 8279 leyendo la palabra de estado del 8279 para ver si hay caracteres en el PIFORAM. Si los hay, todos los caracteres se leerán según la cantidad de caracteres y se procesarán en consecuencia. Si no, regresa directamente. La CPU monitorea 8279 consultándolo. 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 y todas las visualizaciones se realizan consultando la tabla de códigos de segmento, lo que simplifica el proceso de programación y mejora 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 del diagrama esquemático eléctrico del módulo de E/S
Como una extensión de los puertos de entrada y salida del sistema, el 8279 se conecta al monitor de entrada y salida del teclado respectivamente. 8279 es un chip de interfaz programable que puede realizar las funciones correspondientes mediante programación. 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
Interfaz de control del motor paso a paso
Los ejes X y Z utilizan motores paso a paso trifásicos de 6 tiempos, y el puerto paralelo 8255 escribe palabras de control en el puerto de control para controlar los motores paso a paso. 8255 está conectado al distribuidor de anillo del motor paso a paso y, a través de tres aislamientos fotoeléctricos 4N25, forma las señales de control trifásicas requeridas para X y Z respectivamente, y las envía a la fuente de alimentación del motor paso a paso para controlar el X. y ejes Z en paralelo. El chip YB013 realiza la tarea de separación del anillo de hardware; el tubo de aislamiento óptico Darlington 4N25 puede aislar la parte de corriente débil de la computadora de la parte de alto voltaje del motor paso a paso. No solo funciona como amplificación de potencia, sino que también sirve como no amplificador. interruptor de contacto para proteger la computadora. El cableado 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
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 tornillo sin fin, que realiza la elevación, rotación (cambio de posición de la herramienta) y bloqueo de descenso de la herramienta. Este artículo se centra en las condiciones del hardware y los principios del circuito necesarios para implementar las 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 de rotación hacia adelante y hacia atrás del motor del portaherramientas. Durante la rotación del portaherramientas, los elementos Hall de cada estación cambiarán alternativamente al estado efectivo. Según los cambios en T1, T2, T3 y T4, el sistema puede inferir el número de herramienta actual y determinar si es la herramienta seleccionada actualmente. Una vez que se cumplan los requisitos, el motor girará en la dirección opuesta para bloquear la herramienta. La clave para el control del sistema es cambiar los intervalos inversos de cada secuencia del portaherramientas eléctrico. El tiempo de bloqueo inverso depende del índice recomendado por el fabricante del portaherramientas eléctrico. Si es demasiado largo, el motor se calentará o incluso se quemará. 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 J1 y J2 del motor y las señales de retroalimentación del número de herramienta TI, T2, T3 y T4. Todas 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 ltat 89s 51. h gt;
# incluir ltabsacc.h gt
#Definición N1 XBYTE[ ]
typedef carácter sin firmar uchar
void ADC 0809(uchar idata * x);
void delay();
void main()
{
anuncio estático de datos de uchar[4];
ADC 0809(anuncio);
}
void adc0809(uchar idata *x)
{
uchar i, * ad _ adr
uchar motor = 1;
ad_adr = ampn 1;
for(I = 0;ilt4;i)
{
Si(*ad_adr=i)
{
retraso 1();
ka 1 = 1;
retraso 2();
retorno();
}
si no KA1=0
}
}
Retraso no válido 1 (motor==0)
{
uchar j;
for( j = 0 ; j lt20000; j )
{;}
}
Retraso no válido 2 (no válido)
{
uchar j;
for(j = 0; j lt150000; j )
{;}
}
4.2. 4 Circuito de interfaz para parada de emergencia, pausa y límite de carrera
El interruptor de límite generalmente está abierto, por lo que las entradas normales de X 10, X 1, Z 10 y Z 1 son todas artificialmente bajas; Por lo tanto, si se presiona el interruptor de recorrido y se envía una señal de interrupción a INT0, el sistema se reiniciará y los pulsos del motor paso a paso desaparecerán, imposibilitando el avance y protegiendo la máquina herramienta. En este sistema, la salida de la puerta NAND 74HC10 de tres entradas está conectada al INT0 del microcontrolador como la señal de interrupción * * * 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. Dado que la computadora superior completa principalmente el trabajo de administración y visualización, y la computadora inferior completa la función de control, 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. Convierta la frecuencia eléctrica utilizando el estándar RS232 y MAX232. El estándar de puerto serie RS232 recomendado por la Asociación Estadounidense de la Industria Electrónica. Este sistema utiliza un conector de 9 pines, cuya definición se muestra en la Tabla 4-1. Este sistema utiliza tres cables TXD, RXD y GND, lo que simplifica 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 del chip de conversión de nivel MAXIM.
Puede convertir TTL a RS232 o RS232 a TTL. Cumpla con los requisitos para la conversión del nivel de comunicación entre una microcomputadora de un solo chip y una computadora común. 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 aplicación de microcontroladores
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En los sistemas de aplicaciones de microcomputadoras de un solo chip, los medios de visualización comúnmente utilizados incluyen LED, LCD y CRT. Las pantallas fluorescentes de vacío (VFD) se usan ampliamente en electrodomésticos. Sus respectivas características se describen brevemente a continuación:
(1) Tubo digital
El tubo digital es un dispositivo emisor de luz activo. La llamada emisión de luz activa significa que cuanto más oscuro sea el entorno, más claro será. Se divide en dos tipos: tubo digital de 7 segmentos y tubo digital "medidor". El primero se utiliza para mostrar códigos ARC y muestra una menor cantidad de información. Este último no sólo puede mostrar caracteres ARC, sino también algunos caracteres complejos personalizados. Los tubos digitales se pueden dividir en brillo normal, alto brillo, súper brillante, etc. según la corriente de conducción. Debido a su bajo precio y fácil expansión, el tubo digital es el dispositivo de visualización más utilizado en los sistemas informáticos de un solo chip. Hay muchos tipos de sistemas CNC en nuestro país, especialmente los primeros sistemas CNC, que utilizaban 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 un ambiente oscuro, se debe agregar una luz de fondo para mostrar con claridad. Dividido en cristal líquido de campo, cristal líquido de caracteres y cristal líquido de matriz de puntos gráfico. El tipo de campo solo puede mostrar caracteres ASCII, el tipo de carácter puede mostrar caracteres ASCII, lo cual es mejor que el tipo de campo y puede mostrar una pequeña cantidad de caracteres personalizados. La pantalla LCD gráfica de matriz de puntos es un nuevo tipo de dispositivo de visualización popular en los sistemas informáticos de un solo chip, que puede mostrar todos los caracteres y gráficos. 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, y se utilizan ampliamente en sistemas CNC, especialmente en sistemas CNC de alta gama. Se caracteriza por su bajo costo y gran capacidad de visualización; puede mostrar caracteres combinados, gráficos y caracteres chinos; el uso del circuito de interfaz específico de video MC6847 para interactuar con el microcontrolador es relativamente complejo y rara vez se ve en aplicaciones generales.
(4) Pantalla fluorescente al vacío
La pantalla fluorescente al vacío es un nuevo tipo de dispositivo de visualización. Consta de tres electrodos básicos: cátodo (filamento), ánodo y rejilla, encerrados 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 electrodo conductor en forma de sección o punta, y el material fluorescente que contiene puede mostrar los caracteres o símbolos correspondientes. Se aplica un voltaje positivo entre la puerta y el ánodo, y los electrones emitidos por el cátodo son acelerados por este voltaje positivo. El material fluorescente en la superficie del ánodo genera radiación y emite 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 utiliza ampliamente en electrodomésticos, máquinas POS de centros comerciales y nuevos instrumentos 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 necesita una fuente de alimentación de 15 V para funcionar y proporciona una interfaz de bus de datos de casi 8 bits; consumo de energía. Sin embargo, actualmente este tipo de visualizaciones rara vez se utilizan en sistemas CNC.
4.4.2 Módulo de visualización de cristal líquido de matriz de puntos
(1) Módulo LCD de caracteres
Este sistema CNC utiliza el módulo de visualización de cristal líquido de matriz de puntos DM12232. Este módulo tiene las siguientes características:
Puede mostrar 122 columnas y 32 filas.
●Fuente de alimentación VDD3.3V~5V (circuito elevador incorporado, no requiere voltaje negativo)
●Conexión en paralelo de 8 bits o 4 bits/serie de 3 bits con el microprocesador.
●Múltiples funciones de software: caracteres definidos por el usuario, movimiento de pantalla, visualización del cursor, modo de suspensión y otras funciones.
●Configurado con retroiluminación LED.