课程设计说明书

0数控课程设计说明书题目：单片机CNC装置设计专业班级：机械设计制造及其自动化08-4班学号：20080448姓名：胡珊珊指导老师：丁曙光赵小勇日期：2011年6月30日1[摘要]：CNC区别于早期的NC。无论在控制性能上还是编辑操作方面，其功能都远远多于早期的NC。CNC的主要功能：1.承担加工程序的输入及编辑。2.能识别和运行多种国际上标准化的指令代码C随着CNC的发展，这些加工指令代码越来越多。3.能提供高性能的进给控制功能。4.人机对话相当方便。5.能进行多机通讯及DNC的加工。6.具备一定的故障诊断、反馈控制功能。以上这些功能仅仅是CNC功能的主要部分。随着现代数控的发展，很多新的功能将不断增加及完善。CNC装置的特点即主要由计算机来承担数控机床的控制部分本设计主要是设计一个单片机CNC装置，要求能实现CNC的基本功能、位置控制、及信号处理功能，为实现要求，分析系统应扩展一定容量的RAM、EPROM、实现三轴的进给运动、一个主轴控制，一定数量的辅助动作、一定数量的信息输入、一定量的按键及显示器。关键字：单片机、CNC、数控[abstract]：CNCisdifferentfromtheearlyNC.Weatherinthecontrolperformanceoreditingoperation,itsfunctionisfarmorethantheearlyNC.ThemainfunctionsoftheCNCmachiningprogram:1.Undertakeprocessingofinputandediting.2.ToidentifyandrunavarietyofinternationalstandardizationofinstructioncodeCwiththeCN2Cdevelopment,moreandmoreoftheseprocessinginstructionscode.3.Canprovidehigh-performancefeedcontrol.4.Man-machinedialogueisquiteconvenient.5.Capableofmulti-machinecommunicationandprocessingoftheDNC.6.Haveacertaindiagnosis,feedbackcontrol.ThesefeaturesonlythemainpartoftheCNCfunctions.Withthedevelopmentofmodernnumericalcontrol,manynewfeatureswillcontinuetoincreaseandimprove.CNCcontrolfeaturesthatmainlybornebythecomputernumericalcontrolmachinetoolparts.Thekeyistodesignasingle-chipdesignCNCequipment,CNCisrequiredtoachievethebasicfunctionsofpositioncontrol,andsignalprocessingfunctionsfortherealizationoftherequirementsanalysissystemshouldbeextendedacertaincapacityofRAM,EPROM,toachievethree-axisfeedmotion,aspindlecontrol,anumberofsecondaryaction,acertainamountofinformationinput,acertainamountofbuttonsanddisplays.Keywords：SCM,CNC,NC3目录一、绪论...............................................41.1引言...............................................41.2CNC装置的概念.....................................41.3CNC装置的组成....................................4二、设计任务及题目的分析................................52.1设计任务及题目要求.................................52.2题目分析及装置特点分析..............................5三、CNC装置原理图分析与设计.............................63.1选择芯片及元器件...................................63.2分析列出各个芯片的地址译码表........................63.3显示器与键盘接口电路设计............................83.4绘制CNC装置原理图..................................93.5生成网络表..........................................11四、设计小节...........................................13五、参考文献...........................................154一、绪论1.1引言计算机数控（CNC）装置是数控系统中的核心。CNC区别于早期的NC。无论在控制性能上还是编辑操作方面，其功能都远远多于早期的NC。1.2CNC装置的概念计算机数控装置是数控机床的核心。它是借助于微机结合必要的硬件构成的装置。这种数控装置替代了早期的纯硬件式数控装置。以前，我们称数控装置为MNC，现在我们统称为CNC，即ComputerNumericallyControlledsystem.1.3CNC装置的组成CNC装置有以下部分组成：（1）微处理器CPU，它是CNC装置的核心，在CNC装置中常用的有8位、16位、32位的微处理器。对于中、低档的数控系统一般采用8位或16位微处理器（如M6800，Z80，MCS-51等芯片）；对于高档的数控系统一般采用32位微处理器，如Intel80386等微处理器。（2）存储器，存储器分为固化存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。ROM主要用来存储数控系统的控制软件，RAM用来存储用户的零件加工程序和数据。5（3）输入/输出设备接口，这部分主要指与键盘、显示器等人机对话设备的接口电路，以及数据通信接口电路。（4）开关量输入/输出接口。（5）位置控制装置，实现对驱动装置进行控制的电路。二、设计任务及题目的分析2.1设计任务及题目要求任务：设计一个单片机CNC装置，有求能实现CNC的基本的功能控制、位置控制、及信号处理功能，为实现要求，分析系统应扩展一定容量的RAM、EPROM、实现三轴的进给运动、一个主轴控制，一定数量的辅助动作、一定数量的信息输入、一定量的按键及显示器。题目：ROM：8K（3）电机及控制方式：伺服脉冲方式伺服系统控制方式：全闭环指标：扩展ROM、RAM；主轴控制及三轴进给运动的全闭环控制；8个数字量信息输入；8个辅助动作控制；8位8段LED显示器；多达64个按键的键盘（20-64）；实现振荡时钟电路、复位电路；2.2题目分析及装置特点分析6对题目所需设计CNC装置具有的功能进行分析可知，该装置应实现的任务为主轴控制及三轴进给运动的半闭环控制。在此主要设计用伺服脉冲电机控制机床CNC装置的电路原理图，能够适时显示当前坐标值，并且可以通过键盘进行手动控制，其中包括电源电路及显示电路的设计。三、CNC装置原理图分析与设计3.1选择芯片及元器件根据题目及设计要求选择如下芯片：1片8031CPU、1片6264、3片2764、1片ADC0809、2片8255A、1片74LS373、1片74F245、1片74LS138其它器件如电阻RES1-RES4、电容CAP、晶体振荡器CRYSTAL、逻辑门芯片（与非74LS00、或非74LS02、非门74LS04）；8位7段显示器DPY_7-SEG_DP、键盘SW-PB3.2分析列出各个芯片的地址译码表对于RAM和I/O容量较大的系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，常采用全地址译码方法。它将低地址作为片内地址，而用译码器对高位地址线进行译码，译码器输出的地址选线用作片选线。74LS138译码器的输入端点用3根最高位地址线，剩余的13根低位地址线可作为片内地址选线。因此，译码器的8根输出分别对应8个8K字节地址空间。74LS138的逻辑功能表如表1所示表174LS138的逻辑功能71GAG2BG2CBA7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0Y1000001111111010000111111101100010111110111000111111011110010011101111100101110111111001101011111110011101111111其他状态XXX11111111表2全地址译码器件地址选择线（X/0）片内地址单元数（字节）地址编码626401111111××××××××2567F00H-7FFFH8255(1)10011111××××××××2569F00H-9FFFH8255(2)1011111×××××××××512BE00H-BFFFH08091101111111111×××8DFF8H-DFFFH表中采用全地址译码法，有程序存储器2764和数据存储器6264。2764和6264都是8K内存。2764是只读的EPROM；6264是可读写的RAM，用作数据存储器。它与2764有相同的地址1F00H-1FFFH，但它的线选通不一样，2764靠PSEN便能选通，而6264由RD/WR控制。从原理图中可以看出，138译码器有空引脚未用，可以用来扩展I/O接口8芯片组成一个实用系统。3.3显示器与键盘接口电路设计1）LED显示器LED亦称发光二极管。它是由多段发光二极管组合成数码。通常LED显示器一排由8位以上组成，最左边一位用“米”字管，可显示几个字母，其余7位用8段数码管（含小数点）组成。如图1所示。图1显示器对于8位数码管只要显示0—9即可，对于最左边的“米”字管，它能显示%、*、X、Y、Z、I、J、K、U、V、W、L、M、P、O、S、T、R、F、A、E、G、C、H、N等字符。如图2所显示%和显示R的状况图22）CNC中的键盘有一定的要求。通常对于编辑中所用的键采用纵横扫描式读键。有些键采用直接式，一个键用一根线。如MON键、启动键、暂停键、急停键、手动进刀方向键及功能转换键等就是直接式。9图3图3为键盘的原理图。它可以管理64个键，最多为128个键。3.4绘制CNC装置原理图步骤：1、设置电路图纸参数及相关信息用户根据电路图的复杂程度设置所用图纸的格式、尺寸、方向等参数以及与设计有关的信息，为以后的设计工作建立一个合适的工作平面。2、装入所需要的元件库10将包含有用户所需元件库装入设计系统中，以便用户从中查找和选定所需的元器件。3、放置元件将用户选定的元件放置到已建立好的工作平面上，并对元件平面上的位置进行调整，对元件的序号、封装形式、显示状态等进行定义和设置。以便为下一步的布线工作打好基础。4、电路图布线该过程实际上是利用Protel99所提供的各种工具、命令进行画图工作，将事先放置好的元器件用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，使各元件之间具有用户所设计的电气连接关系。布线结束后，一张完整的电路原理图才算是基本完成。5、调整、检查和修改在该过程中，用户利用Protel99所提供的各种工具对前面所绘制的原理图做进一步的调整和修改，以保证原理图的正确和美观。6、补充完善该过程主要是对原理图做一些相应的说明、标注和修饰，以增加可读性和