数控系统 张伦玠 第三章 经济型数控系统新.pptVIP

第三章　经济型数控系统 主编 第三章　经济型数控系统 第一节　概　　述第二节　基于USB的经济型数控系统第三节　基于软件的经济型数控系统设计 第一节　概　　述 一、广义的经济型数控系统组成二、狭义的经济型数控系统组成三、外围电路四、软件结构 一、广义的经济型数控系统组成 图3-1　经济型数控系统结构 广义的经济型数控系统根据其应用场合不同，功能有所区别，但就总体结构而言大致相同。图3-1所示为广义的经济型数控系统的一般结构，主要由以下几个部分构成： 一、广义的经济型数控系统组成 (1) 微机　主要包括CPU、EPROM、RAM，I/O接口等电路。(2) 驱动　由步进驱动装置与步进电动机构成。 (3) 开关量控制电路　负责机床侧输入/输出开关及机床操作面板与微机的连接，涉及到M、T、S指令的执行。(4) 主轴控制　由主轴电动机及主轴驱动装置组成。(5) 通信接口　一般指RS-232C串行通讯接口，完成数控系统与微机的通信。(6) 软件系统　由系统软件与应用软件构成。 二、狭义的经济型数控系统组成 (1) 微机机型的选取　经济型数控系统常采用单片机为主控微机，如Intel公司的8031、8098等。(2) 存储器的扩充　存储器可分为数据存储器与程序存储器，一般程序存储器主要存放系统的监控程序与控制程序，用户无需修改，常采用EPROM的存储器，如2764或27256等芯片。(3) I/O接口电路　常用并行接口芯片8255A来扩展系统I/O口的点数，用8279来控制键盘/显示，至于定时/计数器与中断系统，一般由单片机本身的资源提供。(4) 辅助电路　这一部分主要包括驱动电路、译码电路、复位电路等。 三、外围电路 (1) 输入/输出通道　输入/输出通道要充分考虑电平匹配、缓冲/锁存及信号隔离等因素，以防止信号的丢失及干扰的引入。 图3-2　开关量输入电路a) 弱电接点输入电路　b) 强电接点输入电路 三、外围电路 图3-3　开关量输出电路a) 继电器输出　b) 大功率晶体管或双向晶闸管输出 (2) 步进电动机的功率驱动　步进电动机的驱动主要有高低压驱动、恒流斩波驱动等形式。(3) 主轴驱动　主轴驱动有直流驱动和交流驱动。 四、软件结构 (一) 输入数据处理程序(二) 插补运算程序 插补运算是实时性很强的程序，而且算法较多，应根据系统的需要选择合适的算法，力争达到最优化地实现各坐标轴脉冲的分配。经济型数控系统通常采用基准脉冲插补的方式。(三) 速度控制程序 速度控制是和插补运算紧密相关的，在输入指令中所给的速度一般指各坐标轴的合成速度，速度处理首先要将合成速度分解成各运动坐标方向的分速度，然后再利用软件延时或定时器实现速度的控制。速度控制程序决定着插补运算的时间间隔，插补运算的输出结果控制着各坐标轴的进给。(四) 系统管理诊断程序 四、软件结构 图3-4　单片机数控系统组成 图3-4所示为由单片机组成的用于车床控制的经济型数控系统。 四、软件结构 图3-5　系统程序框图 在系统软件方面，主要由操作管理程序、步进电动机输出控制程序及诊断程序等部分组成，其程序框图如图3-5所示。 第二节　基于USB的经济型数控系统 一、USB系统二、控制系统硬件结构三、控制系统软件结构四、应用简介 一、USB系统 (一) USB简介 USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。它是一种应用在PC领域的新型接口技术。早在1995年，就已经有了PC机带有USB接口，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB接口都闲置未用。1998年后，随着微软在Windows98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。(二) USB的通信模型 与位于其他一般总线结构上的设备不同，USB设备不直接消耗系统资源，也就是事实上USB设备不映射到内存或者输入输出地址空间，也不使用IRQ中断请求或者DMA(Direct Memory Access，直接存储器，是一种数据传输模式)通道。 一、USB系统 (三) USB的传输类型 USB支持4种传输类型：中断、块、同步和控制。一个给定的USB设备的每一个端点都有特殊的性质，这些特性规定了如何访问这些端点。传输特性与应用程序的要求有关。USB的规范说明书已经定义了这4种类型，它们都反映了USB设备的端点可能要求的传输性质。 图3-6　USB通信模型 二、控制系统硬件结构 图3-7　CNC系统硬件原理图 二、控制系统硬件结构 (1) 计算机部分　由于本系统采用上下位机的控制形式，上位PC机采用IBM-PC兼容机，