數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、前言··························

2、3;······························2</p><p>　　2、 控制系統(tǒng)硬件的基本組成

3、····································2<

4、;/p><p>　　2.1系統(tǒng)擴(kuò)展································

5、··················2</p><p>　　2.1.1 8031芯片引腳············&

6、#183;···························3</p><p>　　2.1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展··

7、83;····································&

8、#183;·6</p><p>　　2.1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展····························

9、83;············7</p><p>　　3、控制系統(tǒng)軟件的組成及結(jié)構(gòu)··················

10、;·······················9</p><p>　　3.1 監(jiān)控程序········&

11、#183;·································10</p><

12、;p>　　3.1.1 系統(tǒng)初始化·································

13、83;············10</p><p>　　3.1.2 命令處理循環(huán)··················

14、;························10</p><p>　　3.1.3 零件加工程序（或作業(yè)程序）的輸入和編輯····&

15、#183;·················10</p><p>　　3.1.4 指令分析執(zhí)行 ············&#

16、183;·······························10 </p>&l

17、t;p>　　3.1.5 系統(tǒng)自檢·································

18、83;·············11</p><p>　　3.2 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)················&

19、#183;····················11</p><p>　　3.2.1 子程序結(jié)構(gòu)··········

20、;····································

21、83;·12</p><p>　　3.2.2 主程序加中斷程序結(jié)構(gòu)····························&#

22、183;·········12</p><p>　　3.2.3 中斷程序結(jié)構(gòu)·····················

23、;·······················12</p><p>　　4 、心會(huì)得體········&

24、#183;····································

25、;··········13</p><p>　　5 、參考文獻(xiàn)·····················&

26、#183;··································14</p>

27、;<p><b>　　1 、前言</b></p><p>　　數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercal control，簡(jiǎn)稱NC）機(jī)床。它是基于數(shù)字控制的，采用了數(shù)控技術(shù)，是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是由主機(jī)，CNC，驅(qū)動(dòng)裝置，數(shù)控機(jī)床的輔助裝置，編程機(jī)及其他一些附屬設(shè)備所組成。數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的作用是使數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)在程序的控制下自動(dòng)完成預(yù)定的工作，是數(shù)控機(jī)床的主要組成

28、部分。</p><p>　　2、控制系統(tǒng)硬件的基本組成</p><p>　　數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成?？刂葡到y(tǒng)在使用中的控制對(duì)象各不相同，但其硬件的基本組成是一致的?？刂葡到y(tǒng)的硬件基本組成框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 控制系統(tǒng)硬件基本組成框圖</p><p>　　在圖1中，如果控制系統(tǒng)是開環(huán)控制系統(tǒng)，則沒(méi)

29、有反饋回路，不帶檢測(cè)裝置。</p><p>　　以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)大多采用MCS-51系列單片機(jī)中的8031芯片單片機(jī)，經(jīng)過(guò)擴(kuò)展存儲(chǔ)器、接口和面板操作開關(guān)等，組成功能較完善、抗干擾性能較強(qiáng)的控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)擴(kuò)展</b></p><p>　　以8031單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)必須擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，用以存放程序。

30、同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量較小，不能滿足實(shí)際需要，還要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)</p><p>　　器。這種擴(kuò)展就是配置外部存儲(chǔ)器（包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）。另外，在單片機(jī)內(nèi)部雖然設(shè)置了若干并行I/O接口電路，用來(lái)與外圍設(shè)備連接，但當(dāng)外圍設(shè)備較多時(shí)，僅有幾個(gè)內(nèi)部I/O接口是不夠的，因此，單片機(jī)還需要擴(kuò)展I/O接口芯片。圖2為8031的引腳圖。</p><p>　　圖 2 8031管腳圖&l

31、t;/p><p>　　2.1.1 8031芯片引腳</p><p>　　（1）主電源引腳Vss和Vcc</p><p><b>　?、?Vss接地；</b></p><p>　?、?Vcc正常操作時(shí)為+5伏電源；</p><p>　?。?）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2</p>&l

32、t;p>　?、?XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 </p><p>　　② XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。</p><p>　　（3）控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE ， 和 Vpp</p><p>　　① RS

33、T/VPD 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位，在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。</p><p>　?、?ALE 正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的 ）周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注

34、意，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖，ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè)LSTTL電路。 對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（ 功能）；</p><p>　?、?外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)取指令（或數(shù)據(jù)）期間， 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。 同樣可以驅(qū)動(dòng)八LSTTL輸入。</p><p>　　④ Vpp 、 Vpp為內(nèi)部

35、程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng) Vpp為高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng) Vpp 為低電平時(shí)，則訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　2.1.2 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是相互重疊的，存儲(chǔ)器尋址空間為64KB（0000H～0FFFFH），其中8051、8071片內(nèi)有ROM、EPROM，8031片內(nèi)不帶ROM。當(dāng)片

36、內(nèi)ROM不夠或采用8031芯片時(shí)，用做程序存儲(chǔ)器的器件是EPROM和EEPROM（電擦除可編程存儲(chǔ)器）。MCS-51單片機(jī)擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器的硬件電路如圖3所示。</p><p>　　圖3 MCS-51 單片機(jī)程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展原理圖</p><p>　　由于MCS-51單片機(jī)的P0口是分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線，因此，在進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展時(shí)，必須用地址鎖存器鎖存地址信號(hào)。通常地址鎖存器可使用

37、帶三</p><p>　　態(tài)緩沖輸出的8位鎖存器74LS373或8282，也可以用帶清除端的8位鎖存器74LS273。當(dāng)用74LS373作為地址鎖存器時(shí)，鎖存端G可直接與單片機(jī)的所存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE下降沿進(jìn)行地址鎖存。</p><p>　　根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)程序存儲(chǔ)器容量的不同要求，常用的擴(kuò)展芯片包括EPROM2716（2KB*8）、2732A(4KB*8)、2764A(8KB*

38、8)、27128A(16KB*8)、27256（32KB*8）和27512（64KB*8）等。以上6種EPROM均為單一+5V電源供電，維持電流為35～40mA，工作電流為75～100mA，讀出時(shí)間最大為250ms，均有雙列直插式封裝形式。A0～A15是地址線，不同的芯片可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器容量的大小不同，因而提供高8位地址的P端口線的數(shù)量各不相同，故2716為A0～A10,27512為A0～A15；D0～D7是數(shù)據(jù)線；CE是片選線，低電平有

39、效；OE是數(shù)據(jù)輸出選通線；Vpp是編程電源；Vcc是工作電源；PGM是編程脈沖輸出端。</p><p>　　根據(jù)圖2所示程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的原理，以EPROM2764A和鎖存器74LS373為例對(duì)8031單片機(jī)進(jìn)行程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展，其連接圖如圖4所示。</p><p>　　圖4 8031擴(kuò)展EPROM2764A的連接圖</p><p>　　因?yàn)?764A是8KB容量的EP

40、ROM，故用到了13根地址線（A0～A12）。由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器EPROM，故可將片選端CE直接接地。同時(shí)，8031運(yùn)行所需的程序指令來(lái)自2764A，要把其EA端接地；否則，8031將不會(huì)運(yùn)行。</p><p>　　2764芯片引腳的介紹如下：</p><p>　　P0～P7：數(shù)據(jù)線，輸出。編程時(shí)代碼輸入； </p><p>　　A0～A7：地址線，

41、輸入；</p><p>　?。浩x信號(hào)，低電平有效，輸入；</p><p>　?。鹤x信號(hào)，低電平有效，輸入；</p><p>　?。壕幊堂}沖輸入端，輸入；</p><p>　　Vpp：編程電壓(典型值為12.5V)；</p><p>　　Vcc：電源(+5V)；</p><p>　　GND：接地

42、(0V)；</p><p>　　圖5 2764引腳圖</p><p>　　EEPROM的主要特點(diǎn)是能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行在線修改，并在斷電的情況下保持修改結(jié)果。因此，自從EEPROM問(wèn)世以來(lái)，在智能化儀器儀表、控制裝置、開發(fā)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。常用的EEPROM有2817A(2KB)、2864A（8KB）,其與單片機(jī)的連接和程序編程請(qǐng)參考相關(guān)資料。</p><p&g

43、t;　　2.1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　8031單片機(jī)內(nèi)部有128B的RAM存儲(chǔ)器。CPU對(duì)內(nèi)部的RAM具有豐富的操作指令。但在用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)，僅靠片內(nèi)提供的128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是</p><p>　　遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在這種情況下，可利用MCS-51的擴(kuò)展功能擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。圖6所示為單片機(jī)擴(kuò)展外部RAM的電路原理圖。</p><p>　

44、　圖6 單片機(jī)擴(kuò)展外部RAM的電路原理圖</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只使用WR、RD控制線而不用PSEN。正因?yàn)槿绱?，?shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器地址可完全重疊，均為0000H～FFFFH，但數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與I/O口及外圍設(shè)備是統(tǒng)一編制的，即任何擴(kuò)展的I/O口及外圍設(shè)備均占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。圖6中，P0口為RAM的復(fù)用地址/數(shù)據(jù)線，P2口用于對(duì)RAM進(jìn)行頁(yè)面尋址（根據(jù)其容量不同，所占用的P2端口不同），在對(duì)外部RAM

45、讀/寫期間，CPU產(chǎn)生RD/WR信號(hào)。</p><p>　　在8031單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，靜態(tài)RAM是最常用的，由于這種存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)無(wú)需考慮刷新問(wèn)題，因而它與微處理器的接口很簡(jiǎn)單。最常用的靜態(tài)RAM芯片有6116（2KB*8）和6264（8KB*8）。</p><p>　　圖7所示為6264與8031的硬件連接圖。從圖中可知：6264的片選CS1接8031的P2.7,第二片選CS2接高電平，

46、保持一直有效狀態(tài)。因6264是8KB容量的RAM，故用到了13根地址線。</p><p>　　對(duì)于圖7所示的線路，6264的地址范圍為6000H～7FFFH，共8KB。</p><p>　　圖7 8031擴(kuò)展6264的連接圖</p><p><b>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264</b></p><p>　　1)6264為24

47、腳雙列直插式器件，其引腳圖和邏輯符號(hào)圖如圖8所示。</p><p>　　A0～A12：地址輸入線。</p><p>　　D0～D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線。</p><p>　?。浩x信號(hào)輸入線，低電平有效。</p><p>　　CE2：片選信號(hào)輸入線，高電平有效，可用于掉電保護(hù)。</p><p>　　：讀選通信號(hào)輸入線，低電

48、平有效。</p><p>　　：寫允許信號(hào)輸入線，低電平有效。</p><p>　?。汗ぷ麟娫措妷?+5V)。</p><p><b>　　GND：電源地。</b></p><p>　　圖8 6264引腳圖和邏輯符號(hào)圖</p><p>　　2)6264芯片操作方式選擇如表1所示。</p

49、><p><b>　　表1</b></p><p>　　3．控制系統(tǒng)軟件的組成及結(jié)構(gòu)</p><p>　　控制系統(tǒng)軟件是為完成數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)功能而編制的。由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的功能和控制方法不同，其軟件在結(jié)構(gòu)和規(guī)模上也不盡相同。以單片機(jī)為核心的數(shù)控微機(jī)控制系統(tǒng)軟件，一般包括監(jiān)控程序、插補(bǔ)計(jì)算程序、伺服控制程序、誤差補(bǔ)償程序等。</p>

50、<p><b>　　3.1 監(jiān)控程序</b></p><p>　　監(jiān)控程序的作用是進(jìn)行人機(jī)對(duì)話和檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，可以說(shuō)所有的數(shù)控機(jī)床都有這個(gè)程序，只是復(fù)雜程度不同而已。監(jiān)控程序一般應(yīng)具有系統(tǒng)初始化、命令處理循環(huán)、零件加工程序（或作業(yè)程序）的輸入和編輯、指令分析執(zhí)行、以及系統(tǒng)自檢等功能。</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)初始化</p>

51、<p>　　系統(tǒng)上電或復(fù)位后，系統(tǒng)軟件進(jìn)行初始化處理，包括設(shè)置CPU的狀態(tài)、可編程I/O芯片的工作狀態(tài)、中斷方式，系統(tǒng)變量賦初值，設(shè)置輸出端口的初始值等。此外，還有系統(tǒng)軟、硬件的自檢。</p><p>　　3.1.2 命令處理循環(huán)</p><p>　　系統(tǒng)初始化后系統(tǒng)即進(jìn)入命令處理程序，對(duì)于一般以單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，通常采用循環(huán)處理程序作為系統(tǒng)的主程序。在循環(huán)處理程序中，程序不斷地

52、掃描鍵盤及進(jìn)行操作面板的操作，對(duì)此操作得來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后即根據(jù)相應(yīng)的操作命令轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序模塊。</p><p>　　3.1.3 零件加工程序（或作業(yè)程序）的輸入和編輯</p><p>　　零件加工程序可從鍵盤輸入，也可通過(guò)串行口通信輸入。輸入程序的功能就是讀入源程序，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理（如將BCD碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼等操作），按規(guī)定的格式將其存入規(guī)定的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)。而編輯零件程序可看做一個(gè)鍵盤命令處

53、理程序，和鍵盤輸入可合為一體，即用于從鍵盤輸入新的零件加工源程序，又可在編輯狀態(tài)下，對(duì)已輸入的零件加工程序中的命令、數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和修改。</p><p>　　3.1.4 指令分析執(zhí)行</p><p>　　微機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)輸入的指令進(jìn)行分析，并根據(jù)分析的結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的操作。如數(shù)控系統(tǒng)中的G功能、M功能、S功能、T功能和坐標(biāo)的識(shí)別等。其中，G01為直線插補(bǔ)，G02為順時(shí)針圓弧插補(bǔ)，G03為逆時(shí)針

54、圓弧插補(bǔ)功能等；M輔助功</p><p>　　能主要涉及主軸啟/停、切削液的開/關(guān)、工件夾緊/松開、加工啟/停等；F功能規(guī)定進(jìn)給速率，S功能規(guī)定主軸轉(zhuǎn)速，T功能指定加工所用刀具等。</p><p>　　3.1.5 系統(tǒng)自檢</p><p>　　診斷程序用于檢測(cè)系統(tǒng)硬、軟件功能的正確性，找出系統(tǒng)故障的位置，并指出故障類型?？刂葡到y(tǒng)不同，其診斷功能差別很大，但其診斷的原

55、理基本相同，即通過(guò)軟件對(duì)系統(tǒng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)或預(yù)置狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。如出現(xiàn)非正常情況，通過(guò)顯示、指示信號(hào)燈或蜂鳴聲給出故障信息。</p><p>　　3.2 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)</p><p>　　一般數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中常用的軟件結(jié)構(gòu)有子程序結(jié)構(gòu)、主程序加中斷程序結(jié)構(gòu)以及中斷程序結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.2.1 子程序結(jié)構(gòu)</p><p&g

56、t;　　這種結(jié)構(gòu)一般用于較簡(jiǎn)單的數(shù)控機(jī)床控制軟件，如經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)，其程序框圖如圖7所示。這種結(jié)構(gòu)嚴(yán)格按照順序執(zhí)行，運(yùn)行時(shí)檢查條件，如條件滿足則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序。</p><p>　　圖9 控制軟件程序框圖</p><p>　　3.2.2 主程序加中斷程序結(jié)構(gòu)</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的主程序是一循環(huán)程序，在運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)中斷程序不斷插入，共同完成數(shù)控機(jī)床

57、的控制。其中，主程序也稱為后臺(tái)程序（背景程序），是系統(tǒng)的主控程序，由它完成系統(tǒng)的初始化等操作。中斷程序也稱為前臺(tái)程序，由它實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)有要求的功能，如對(duì)系統(tǒng)的伺服輸出、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等。</p><p>　　3.2.3 中斷程序結(jié)構(gòu)</p><p>　　在此類程序結(jié)構(gòu)中，主程序僅完成系統(tǒng)的初始化，初始化后系統(tǒng)即自動(dòng)轉(zhuǎn)入中斷程序。系統(tǒng)的各種功能子程序均為不同優(yōu)先級(jí)別的中斷程序。整個(gè)系統(tǒng)軟件就是一

58、個(gè)大的中斷系統(tǒng)，各級(jí)中斷的管理通過(guò)中斷服務(wù)程序間相互通信來(lái)完成。</p><p><b>　　4 心得體會(huì)</b></p><p>　　起初拿到這個(gè)題目我一籌莫展，根本不知從哪兒下手，后來(lái)看了指導(dǎo)老師給的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，才一點(diǎn)一點(diǎn)的往下做。這為期一周的課程設(shè)計(jì)，讓我把這四年來(lái)學(xué)的很多東西都用上了，比如微機(jī)原理及接口技術(shù)，電工電子技術(shù)，還有很多實(shí)驗(yàn)課上老師講過(guò)的知識(shí)?；?/p>

59、顧起此課程設(shè)計(jì)，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說(shuō)是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為自己所用，進(jìn)而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。