基于雙MCU單片機(jī)的沖床數(shù)控
系統(tǒng)設(shè)計(jì) 陳紅梅 范巖 宋 �。H坊學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院）
D:;idUO 6,a H[ >W 摘要：針對(duì)單微處理器的經(jīng)濟(jì)型沖床數(shù)控系統(tǒng)存在控制性能單一、控制算法不科學(xué)、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、運(yùn)行速度幔、可靠性差等問(wèn)題，在單徽處理器數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于雙單片機(jī)的沖床數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)CPU采用雙MCU結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成主從武分布
結(jié)構(gòu)，二者之問(wèn)通過(guò)RS485串口通信，協(xié)調(diào)工作。
軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊的功能利用AT89C52單片機(jī)的中斷性能得以實(shí)現(xiàn)，滿足了實(shí)時(shí)多任務(wù)的要求。經(jīng)濰坊晨光數(shù)控公司應(yīng)用試驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定。
T*f/M xEp?|Q$ 關(guān)鍵詞：雙單片機(jī) 雙徽處理器 沖床 數(shù)控系統(tǒng)
fEX=csZ86 O 引 言
l6y}>] 隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，沖床數(shù)控系統(tǒng)憑借其操作簡(jiǎn)便、加工精度及效率高、能加工復(fù)雜圖案等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)沖壓行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛。由于
標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)從事沖壓生產(chǎn)的中小型企業(yè)大多數(shù)采用的是單微處理器的經(jīng)濟(jì)型沖床數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在控制性能單一、控制算法不科學(xué)、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、運(yùn)行速度慢、可靠性差等問(wèn)題。
qh:Bc$S 為此，筆者在單微處理器數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于雙MCU（單片機(jī)）的沖床數(shù)控系統(tǒng)，較好地解決了單MCU系統(tǒng)存在的問(wèn)題，滿足了實(shí)時(shí)多任務(wù)的加工要求。
Aeb(b+= 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
sVK?sBs] 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部件，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可使數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床執(zhí)行部件按照用戶的要求進(jìn)行加工作業(yè)。無(wú)論是何種用途的機(jī)床，它的數(shù)控系統(tǒng)功能框圖都可以用圖l表示。
USEb} M` 筆者研究的沖床系統(tǒng)利用數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，利用滾珠絲杠和精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌帶動(dòng)工作臺(tái)X、y向進(jìn)給，從而完成工件直線或圓弧插補(bǔ)作業(yè)。
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*A|h B*,)@ h 沖床作業(yè)件是沖頭．x、Y向送料機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選用2臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制器是單片機(jī)。由高性能的單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置和速度進(jìn)行控制，以滿足加工精度要求。控制
原理如下：從梳棉機(jī)發(fā)出的高低電平通過(guò)
光電隔離裝置控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，輸出的控制脈沖個(gè)數(shù)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角，輸出脈沖頻率控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)功能框圖如圖2所示，結(jié)構(gòu)原理框圖如圖3所示。
w?8SQI,~X C/IF~<B 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
,VHqZ'6 根據(jù)沖床數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，完成數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括微處理器( CPU)以及外圍擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)CPU采用雙MCU結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成主從式分布結(jié)構(gòu)，即分為主CPU和從CPUtI，二者之間通過(guò)RS485串口通訊。主CPU系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完成用戶加工程序的輸入處理、文字圖形顯示、自診斷、系統(tǒng)監(jiān)控等管理工作。從CPU系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)運(yùn)算、插補(bǔ)計(jì)算以及位置控制、速度控制等實(shí)時(shí)作業(yè)。
^>?=L\[ 外圍擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)包括鍵盤接口、顯示器接口、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。
dPwyiV0 由于ATMEL公司的AT89C系列單片機(jī)具有高的性價(jià)比，筆者的數(shù)控系統(tǒng)主從CPU都選擇了8位AT89C52單片機(jī)，I/O口的分配和擴(kuò)展如下：
Z*i p=FYR (1)鍵盤接口采用4x4矩陣鍵盤，采用拉高
電路，占用C52的P1口。
{]< G =]' (2)顯示接口采用液晶(LCD)顯示．I/O口采用C52的PO口為數(shù)據(jù)傳輸連接，C52的P2口的P2.0 - RS、P2.1=RST、P2.2=RW、P2.3=E、共12個(gè)I/O口。
EUi 70h + (3)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口采用8個(gè)I/O口，分別通過(guò)光電隔離控制2個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度，接口為P2.4、P2.5、P2.6、P2.7、P3.0、P3.1、P3.2、P3,3。
RqtBz3v (4)擴(kuò)展EPROM (93C46)程序存儲(chǔ)器便于用戶修改程序，記錄輸入相關(guān)生產(chǎn)信息，EPROM接口采用4線連接形式，使用4個(gè)I/O口，采用P3.4、P3.5、P3.6、P3.7。
I I+y (5)選用3片RAM6264作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，滿足實(shí)際加工需要。
W&IG,7tr (6)選用l片245芯片、2片373芯片作為系統(tǒng)外擴(kuò)的I/O口。對(duì)一些現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，如限位開(kāi)關(guān)、復(fù)位開(kāi)關(guān)、報(bào)警等輸入／輸出信號(hào)，通過(guò)光電隔離
器件經(jīng)鎖存器74HC373送到數(shù)據(jù)總線上從CPU系統(tǒng)可直接、快速地進(jìn)行處理，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。
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