專利名稱：數(shù)控加工多功能機床輔助控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種計算機網(wǎng)絡(luò)和通訊在機械制造業(yè)的應(yīng)用改進。
背景技術(shù)：
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的發(fā)展以及制造業(yè)自動化的需要，單臺數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)運行的要求越來越迫切，許多企業(yè)需要將現(xiàn)有的數(shù)控設(shè)備包括普通數(shù)控機床和加工中心進行聯(lián)網(wǎng)管理，一方面可以縮短生產(chǎn)準備時間和產(chǎn)品的研制周期，提高數(shù)控設(shè)備的利用率；另一方面也可以實現(xiàn)生產(chǎn)信息共享，提高生產(chǎn)的管理水平。
目前，數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)運行模式主要包括兩種第一種是以工作站層+設(shè)備層2層控制結(jié)構(gòu)為主，即為每臺設(shè)備配置一個計算機工作站，由工作站負責接收上層計算機的信息及與設(shè)備的通訊功能，這種結(jié)構(gòu)的缺點表現(xiàn)在1)系統(tǒng)投資大，資源浪費嚴重。2)操作復(fù)雜，這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)要求現(xiàn)場的操作人員不僅會操作機床，還要求懂得對計算機的操作。對操作人員的技術(shù)要求較高。
第二種是采用多串口卡+通訊服務(wù)器的結(jié)構(gòu)形式，缺點是1)傳輸距離短；2)工作不穩(wěn)定；3)通訊速率受到制約。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，以及數(shù)字化生產(chǎn)的需求，目前這兩種運行模式已不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)信息化發(fā)展的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)控加工多功能機床輔助控制器，它一方面可以實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)信息和主機間的傳遞；另一方面還可以實現(xiàn)加工程序的傳輸，縮短生產(chǎn)準備時間、提高了數(shù)控設(shè)備的利用率，第三，在集成方面，為企業(yè)從制造系統(tǒng)內(nèi)部的信息集成和功能集成發(fā)展到實現(xiàn)產(chǎn)品整個開發(fā)制造過程的集成提供技術(shù)保障。
本發(fā)明的技術(shù)方案是控制器的組成主要包括時鐘電路、復(fù)位電路、中央處理單元、串行接口單元、液晶顯示單元、輸入接口單元、數(shù)據(jù)存儲單元和保護電路。
時鐘電路為整個系統(tǒng)工作系統(tǒng)時鐘，利用晶體振蕩器、電容通過引腳XTAL1、XTAL2引入中央處理單元U1系統(tǒng)，復(fù)位電路采用上電與按鈕復(fù)位方式，串行接口單元U2采用D0——D7八位數(shù)據(jù)位與中央處理單元U1通訊，顯示輸出單元U3通過DB0——DB7與中央處理單元U1通訊，輸入單元U4由鍵盤矩陣與輸入芯片組成，鍵盤矩陣通過RL0——RL7與輸入芯片通訊，輸入芯片的D0——D7與中央處理單元U1通訊。
電容C01、C02串接后通過晶體振蕩器接中央處理單元U1的XTAL1、XTAL2腳，電容CR、電阻R1、按鈕開關(guān)KR串接后接中央處理單元U1的RESET腳，RESET腳同時通過嵌位電阻R2接地，中央處理單元U1引腳功能分為用戶I/O、控制總線、數(shù)據(jù)總線和地址總線，其中16位地址總線由P0口經(jīng)74LS373地址鎖存器提供低8位地址A0-A7，P2口直接提供高8位地址A8-A15；在串行接口單元U2中，串行通訊芯片U2的CS與中央處理單元U1的P2.7相連，C/D與74LS373的A0相連，D0-D7與中央處理單元U1的P0.0-P0.7相連，WR、RD分別與中央處理單元U1的WR、RD相連，CLK與74LS373的輸出相連，74LS373的輸出與分頻器相連，中央處理單元U1的WR、RD與74LS373的輸入相連，74LS373的輸出、中央處理單元U1的ALE與74LS373的輸入相連，74LS373的輸出與f/64的輸入相連，TXD與電平轉(zhuǎn)換芯片1488的2腳相連，RXD與電平轉(zhuǎn)換芯片1489的3腳相連，RXDY、TXDY與74LS04的輸入相連，74LS04的輸出與中央處理單元U1的INT相連，GND、DRS、CTS接地，VCC接5V電源；在顯示輸出單元U3中，液晶顯示模塊U3的VDD接5V電源，Vss接地，DB0-DB7與中央處理單元U1的P1.0-P1.7相連，BUSY與中央處理單元U1的P2.0相連，REQ與中央處理單元U1的P2.1相連，RT1、RT2與外接可調(diào)電位器相連；在鍵盤輸入單元U4中，CLK與中央處理單元U1的ALE相連，A0與74LS373的A0相連，RL0-RL7與鍵盤矩陣的行線相連，鍵盤矩陣的列線與74LS138譯碼器的輸入Y0、Y1相連，SL0-SL2與74LS138譯碼器的輸出A、B、C相連，D0-D7與中央處理單元U1的P0.0-P0.7相連，WR、RD分別與中央處理單元U1的WR、RD相連，CS與中央處理單元U1的P2.7相連，IRQ與反向器的輸入相連，反向器的輸出與中央處理單元U1的INT相連，電容C03與電阻R6組成復(fù)位電路與鍵盤輸入單元U4的RESET相連；在數(shù)據(jù)存儲單元U5中，CS腳與中央處理單元U1的P1.3及掉電保護電路相連，CLK腳與中央處理單元U1的P1.2相連，DO腳與中央處理單元U1的P1.0相連，VMEN腳、VM腳、GND叫接地。
本發(fā)明的有益效果是1)縮短生產(chǎn)準備周期以往進行一個零件的工藝設(shè)計需要1-2個工作日，甚至更長時間，目前只需一兩個小時或半天時間即可完成；對于NC程序的準備時間也從過去的平均一個程序需8-15分鐘，縮短為2-3分鐘；刀具管理由手工記帳改成計算機管理，平均刀具準備時間由4-6分鐘，縮短為1-2分鐘。綜合統(tǒng)計縮短生產(chǎn)準備周期40％。
2)提高設(shè)備的運行效率以往NC程序需要在機床面板手工輸入和調(diào)試，占用機床的工作時間，有的機床程序更換頻繁，平均一天占用加工時間1.5-2個小時，甚至更長；機床聯(lián)網(wǎng)后，程序編輯完全在計算機上進行，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綑C床，不占用機床加工時間，綜合統(tǒng)計全面提高設(shè)備的運行效率30～50％。


圖1是本發(fā)明控制器框圖；圖2是本發(fā)明控制器電路圖；其中U1是CPU中央處理單元芯片、U2是串行通訊芯片、U3是液晶顯示模塊、U4是鍵盤、U5是存儲芯片、Z是晶體振蕩器、FX是反向器、R是電阻、C是電容、D是二極管、Q是三極管、K是開關(guān)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述1)U1單元U1單元包括系統(tǒng)時鐘電路、復(fù)位電路和CPU芯片，是系統(tǒng)的核心部分。
系統(tǒng)時鐘電路利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接晶體振蕩器，與電容C01、C02組成并聯(lián)振蕩回路，為了使振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性，采用70pF的NPO電容。
復(fù)位電路采用上電與按鈕復(fù)位電路，上電瞬間、RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上高電平，即可使系統(tǒng)有效地復(fù)位。
CPU引腳功能分為用戶I/O、控制總線、數(shù)據(jù)總線和地址總線，其中16位地址總線由P0口經(jīng)74LS373地址鎖存器提供低8位地址(A0~A7)，P2口直接提供高8位地址(A8~A15)。
2)U2單元U2為串行接口電路，它采用標準的RS232C異步通訊方式，實現(xiàn)控制器與外部的串行通訊。
采用Intel8251可編程串行通訊接口，具有獨立的接收器和發(fā)送器，它能以單工、半雙工和全雙工的方式進行通信，并提供一些基本控制信號，如圖所示，單片機的時鐘由ALE、、WR、、RD組合后產(chǎn)生1.2288MHz的脈沖信號作為8251的CLK時鐘信號，同時經(jīng)64分頻后作為8251的接收發(fā)送時鐘。與主機通訊采用RS232C異步通訊方式，由于8251輸出輸入為TTL電平，而主機接口為RS232C電平(+12V為0，-12V為1)，因此需要通過1488和1489電平轉(zhuǎn)換器進行電平轉(zhuǎn)換。
3)U3、U4單元所示系統(tǒng)的輸入輸出接口由U3液晶顯示輸出單元電路和U4為鍵盤輸入電路組成。
顯示芯片采用中文圖形點陣液晶顯示模塊OCMJ4×8，與CPU的接口使用DB0～DB7等8根數(shù)據(jù)線，用REQ和BUSY兩根控制線即可構(gòu)成請求和應(yīng)答(REQ/BUSY)握手方式。RT1和RT2為灰度調(diào)整引外接引腳，通過可調(diào)電阻調(diào)節(jié)顯示屏對比度，RP1阻值為10K。VLED+、VLED-為背光電源的正負極。
U4為鍵盤輸入單元電路，采用Intel8279可編程的鍵盤接口芯片，鍵盤矩陣為8×2共16鍵，掃描線由SL0～SL2通過74LS138譯碼器提供，接入鍵盤列線，查詢線由反饋輸入線RL0～RL7提供，接入鍵盤行線。數(shù)據(jù)線、輸入線直接與CPUPO口、WR、RD線相連，CS由地址線選擇。時鐘由ALE提供直接與8279的CLK相連，由8279設(shè)置適當?shù)姆诸l數(shù)，分頻至100KHz，A0選擇線由地址線選擇。復(fù)位方式為上電復(fù)位。
4)U5單元U5為數(shù)據(jù)存儲單元電路。
采用NCR59308可編程只讀存儲器，控制、地址、數(shù)據(jù)信息均以串行方式輸入，DI為串行數(shù)據(jù)輸入引腳，D0為串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在59308的CS引腳上接入一個電源監(jiān)視電路，以避免上電時59308中的數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)上電復(fù)位期間，P1.3引腳為高電平，Q1為截止狀態(tài)，此時D1處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而使CS引腳保持低電平，59308處于未選通狀態(tài)，故可以防止任何擦寫或?qū)懭胫噶钸M入59308，當上電復(fù)位后，對系統(tǒng)進行初始化時，首先使P1.3為低電平，從而使CS處于未選通狀態(tài)。容限電壓VM及容限電壓VMEN使能僅用于存儲器的測試，工作時可將他們接地。因此，59308常規(guī)工作時，只需4根控制線，即串行數(shù)據(jù)時鐘CLK、串行數(shù)據(jù)輸入DI、串行數(shù)據(jù)輸出D0和片選信號CS。
本發(fā)明利用高速以太網(wǎng)和現(xiàn)場通訊技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)通訊的信息采集和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一臺主機最多可以控制128臺數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通訊，并且每臺設(shè)備可以進行單獨的傳輸操作和設(shè)置不同的通訊參數(shù)，它的主要功能有1)數(shù)控加工程序上傳；2)數(shù)控加工程序下載；3)生產(chǎn)信息上報；4)生產(chǎn)任務(wù)接收；5)DNC加工；6)信息查詢。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控加工多功能機床輔助控制器，其特征是時鐘電路為整個系統(tǒng)工作系統(tǒng)時鐘，利用晶體振蕩器、電容通過引腳XTAL1、XTAL2引入中央處理單元U1系統(tǒng)，復(fù)位電路采用上電與按鈕復(fù)位方式，串行接口單元U2采用D0——D7八位數(shù)據(jù)位與中央處理單元U1通訊，顯示輸出單元U3通過DB0——DB7與中央處理單元U1通訊，輸入單元U4由鍵盤矩陣與輸入芯片組成，鍵盤矩陣通過RL0——RL7與輸入芯片通訊，輸入芯片的D0——D7與中央處理單元U1通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控加工多功能機床輔助控制器，其特征是電容C01、C02串接后通過晶體振蕩器接中央處理單元U1的XTAL1、XTAL2腳，電容CR、電阻R1、按鈕開關(guān)KR串接后接中央處理單元U1的RESET腳，RESET腳同時通過嵌位電阻R2接地，中央處理單元U1引腳功能分為用戶I/O、控制總線、數(shù)據(jù)總線和地址總線，其中16位地址總線由P0口經(jīng)74LS373地址鎖存器提供低8位地址A0-A7，P2口直接提供高8位地址A8-A15；在串行接口單元U2中，串行通訊芯片U2的CS與中央處理單元U1的P2.7相連，C/D與74LS373的A0相連，D0-D7與中央處理單元U1的P0.0-P0.7相連，WR、RD分別與中央處理單元U1的WR、RD相連，CLK與74LS373的輸出相連，74LS373的輸出與分頻器相連，中央處理單元U1的WR、RD與74LS373的輸入相連，74LS373的輸出、中央處理單元U1的ALE與74LS373的輸入相連，74LS373的輸出與f/64的輸入相連，TXD與電平轉(zhuǎn)換芯片1488的2腳相連，RXD與電平轉(zhuǎn)換芯片1489的3腳相連，RXDY、TXDY與74LS04的輸入相連，74LS04的輸出與中央處理單元U1的INT相連，GND、DRS、CTS接地，VCC接5V電源；在顯示輸出單元U3中，液晶顯示模塊U3的VDD接5V電源，Vss接地，DB0-DB7與中央處理單元U1的P1.0-P1.7相連，BUSY與中央處理單元U1的P2.0相連，REQ與中央處理單元U1的P2.1相連，RT1、RT2與外接可調(diào)電位器相連；在鍵盤輸入單元U4中，CLK與中央處理單元U1的ALE相連，A0與74LS373的A0相連，RL0-RL7與鍵盤矩陣的行線相連，鍵盤矩陣的列線與74LS138譯碼器的輸入Y0、Y1相連，SL0-SL2與74LS138譯碼器的輸出A、B、C相連，D0-D7與中央處理單元U1的P0.0-P0.7相連，WR、RD分別與中央處理單元U1的WR、RD相連，CS與中央處理單元U1的P2.7相連，IRQ與反向器的輸入相連，反向器的輸出與中央處理單元U1的INT相連，電容C03與電阻R6組成復(fù)位電路與鍵盤輸入單元U4的RESET相連；在數(shù)據(jù)存儲單元U5中，CS腳與中央處理單元U1的P1.3及掉電保護電路相連，CLK腳與中央處理單元U1的P1.2相連，DO腳與中央處理單元U1的P1.0相連，VMEN腳、VM腳、GND叫接地。
專利摘要一種數(shù)控加工多功能機床輔助控制器，涉及一種計算機網(wǎng)絡(luò)和通訊在機械制造業(yè)的應(yīng)用改進。其特征是時鐘電路為整個系統(tǒng)工作系統(tǒng)時鐘，利用晶體振蕩器、電容通過引腳XTAL1、XTAL2引入中央處理單元U1系統(tǒng)，復(fù)位電路采用上電與按鈕復(fù)位方式，串行接口單元U2采用D0－D7八位數(shù)據(jù)位與中央處理單元U1通訊，顯示輸出單元U3通過DB0－DB7與中央處理單元U1通訊，輸入單元U4由鍵盤矩陣與輸入芯片組成，鍵盤矩陣通過RL0－RL7與輸入芯片通訊，輸入芯片的D0－D7與中央處理單元U1通訊。其有益效果是縮短生產(chǎn)準備周期，提高設(shè)備的運行效率。
文檔編號G06F3/023GK2754133SQ20042001285
公開日2006年1月25日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者陶俐言, 許興華, 馬銘辰, 喬歡 申請人:中國兵器工業(yè)第五五研究所