數控工具機課程設計說明書

1、前言2

2、控制系統硬體的基本組成2

2.1系統擴充套件2

2.1.1 8031晶元引腳3

2.1.2 資料儲存器的擴充套件6

2.1.3 資料儲存器的擴充套件7

3、控制系統軟體的組成及結構9

3.1 監控程式10

3.1.1 系統初始化10

3.1.2 命令處理迴圈10

3.1.3 零件加工程式（或作業程式）的輸入和編輯10

3.1.4 指令分析執行10

3.1.5 系統自檢11

3.2 數控工具機控制系統軟體的結構11

3.2.1 子程式結構12

3.2.2 主程式加中斷程式結構12

3.2.3 中斷程式結構12

4 、心會得體13

5 、參考文獻14

1 、前言

數控車床又稱數字控制（numbercal control，簡稱nc）工具機。它是基於數字控制的，採用了數控技術，是乙個裝有程式控制系統的工具機。它是由主機，cnc，驅動裝置，數控工具機的輔助裝置，程式設計機及其他一些附屬裝置所組成。

數控工具機控制系統的作用是使數控工具機機械系統在程式的控制下自動完成預定的工作，是數控工具機的主要組成部分。

2、控制系統硬體的基本組成

數控工具機控制系統由硬體系統和軟體系統兩大部分組成。控制系統在使用中的控制物件各不相同，但其硬體的基本組成是一致的。控制系統的硬體基本組成框圖如圖1所示。

圖1 控制系統硬體基本組成框圖

在圖1中，如果控制系統是開環控制系統，則沒有反饋迴路，不帶檢測裝置。

以微控制器為核心的控制系統大多採用mcs-51系列微控制器中的8031晶元微控制器，經過擴充套件儲存器、介面和面板操作開關等，組成功能較完善、抗干擾性能較強的控制系統。

2.1系統擴充套件

以8031微控制器為核心的控制系統必須擴充套件程式儲存器，用以存放程式。同時，微控制器內部的資料儲存器容量較小，不能滿足實際需要，還要擴充套件資料儲存

器。這種擴充套件就是配置外部儲存器（包括程式儲存器和資料儲存器）。另外，在微控制器內部雖然設定了若干並行i/o介面電路，用來與外圍裝置連線，但當外圍裝置較多時，僅有幾個內部i/o介面是不夠的，因此，微控制器還需要擴充套件i/o介面晶元。

圖2為8031的引腳圖。

圖 2 8031管腳圖

2.1.1 8031晶元引腳

（1）主電源引腳vss和vcc

① vss接地；

② vcc正常操作時為+5伏電源；

（2）外接晶振引腳xtal1和xtal2

① xtal1內部振盪電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的乙個引腳。當採用外部振盪器時，此引腳接地。

② xtal2內部振盪電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當採用外部振盪器時，此引腳接外部振盪源。

（3）控制或與其它電源復用引腳rst/vpd，ale ，和 vpp

① rst/vpd 當振盪器執行時，在此引腳上出現兩個機器週期的高電平（由低到高跳變），將使微控制器復位，在vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由vpd向內部提供備用電源，以保持內部ram中的資料。

② ale 正常操作時為ale功能（允許位址鎖存）提供把位址的低位元組鎖存到外部鎖存器，ale 引腳以不變的頻率（振盪器頻率的）周期性地發出正脈衝訊號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用於定時目的。但要注意，每當訪問外部資料儲存器時，將跳過乙個ale脈衝，ale 端可以驅動（吸收或輸出電流）八個lsttl電路。

對於eprom型微控制器，在eprom程式設計期間，此引腳接收程式設計脈衝（功能）；

③ 外部程式儲存器讀選通訊號輸出端，在從外部程式儲存取指令（或資料）期間，在每個機器週期內兩次有效。同樣可以驅動八lsttl輸入。

④ vpp 、 vpp為內部程式儲存器和外部程式儲存器選擇端。當 vpp為高電平時，訪問內部程式儲存器，當 vpp 為低電平時，則訪問外部程式儲存器。

2.1.2 程式儲存器的擴充套件

mcs-51系列微控制器的程式儲存器空間和資料儲存器空間是相互重疊的，儲存器定址空間為64kb（0000h～0ffffh），其中8051、8071片內有rom、eprom，8031片內不帶rom。當片內rom不夠或採用8031晶元時，用做程式儲存器的器件是eprom和eeprom（電擦除可程式設計儲存器）。mcs-51微控制器擴充套件外部程式儲存器的硬體電路如圖3所示。

圖3 mcs-51 微控制器程式儲存器的擴充套件原理圖

由於mcs-51微控制器的p0口是分時復用的位址/資料匯流排，因此，在進行程式儲存器擴充套件時，必須用位址鎖存器鎖存位址訊號。通常位址鎖存器可使用帶三

態緩衝輸出的8位鎖存器74ls373或8282，也可以用帶清除端的8位鎖存器74ls273。當用74ls373作為位址鎖存器時，鎖存端g可直接與微控制器的所存控制訊號端ale相連，在ale下降沿進行位址鎖存。

根據應用系統對程式儲存器容量的不同要求，常用的擴充套件晶元包括eprom2716（2kb*8）、2732a(4kb*8)、2764a(8kb*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，讀出時間最大為250ms，均有雙列直插式封裝形式。a0～a15是位址線，不同的晶元可擴充套件的儲存器容量的大小不同，因而提供高8位位址的p埠線的數量各不相同，故2716為a0～a10,27512為a0～a15；d0～d7是資料線；ce是片選線，低電平有效；oe是資料輸出選通線；vpp是程式設計電源；vcc是工作電源；pgm是程式設計脈衝輸出端。

根據圖2所示程式儲存器擴充套件的原理，以eprom2764a和鎖存器74ls373為例對8031微控制器進行程式儲存器擴充套件，其連線圖如圖4所示。

圖4 8031擴充套件eprom2764a的連線圖

因為2764a是8kb容量的eprom，故用到了13根位址線（a0～a12）。由於系統中只擴充套件一片程式儲存器eprom，故可將片選端ce直接接地。同時，8031執行所需的程式指令來自2764a，要把其ea端接地；否則，8031將不會執行。

2764晶元引腳的介紹如下：

p0～p7：資料線，輸出。程式設計時**輸入；

a0～a7：位址線，輸入；

：片選訊號，低電平有效，輸入；

：讀訊號，低電平有效，輸入；

：程式設計脈衝輸入端，輸入；

vpp：程式設計電壓(典型值為12.5v)；

vcc：電源(+5v)；

gnd：接地(0v) ；

圖5 2764引腳圖

eeprom的主要特點是能在計算機系統中進行**修改，並在斷電的情況下保持修改結果。因此，自從eeprom問世以來，在智慧型化儀器儀表、控制裝置、開發系統中得到了廣泛的應用。常用的eeprom有2817a(2kb)、2864a（8kb）,其與微控制器的連線和程式程式設計請參考相關資料。

2.1.3 資料儲存器的擴充套件

8031微控制器內部有128b的ram儲存器。cpu對內部的ram具有豐富的操作指令。但在用於實時資料採集和處理時，僅靠片內提供的128b的資料儲存器是

遠遠不夠的，在這種情況下，可利用mcs-51的擴充套件功能擴充套件外部資料儲存器。圖6所示為微控制器擴充套件外部ram的電路原理圖。

圖6 微控制器擴充套件外部ram的電路原理圖

資料儲存器只使用wr、rd控制線而不用psen。正因為如此，資料儲存器與程式儲存器位址可完全重疊，均為0000h～ffffh，但資料儲存器與i/o口及外圍裝置是統一編制的，即任何擴充套件的i/o口及外圍裝置均占用資料儲存器位址。圖6中，p0口為ram的復用位址/資料線，p2口用於對ram進行頁面定址（根據其容量不同，所占用的p2埠不同），在對外部ram讀/寫期間，cpu產生rd/wr訊號。

在8031微控制器應用系統中，靜態ram是最常用的，由於這種儲存器的設計無需考慮重新整理問題，因而它與微處理器的介面很簡單。最常用的靜態ram晶元有6116（2kb*8）和6264（8kb*8）。

圖7所示為6264與8031的硬體連線圖。從圖中可知：6264的片選cs1接8031的p2.

7,第二片選cs2接高電平，保持一直有效狀態。因6264是8kb容量的ram，故用到了13根位址線。

對於圖7所示的線路，6264的位址範圍為6000h～7fffh，共8kb。

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