數控機床狀態監控系統設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 AX232 芯片可完成 TTL←→EIA 雙向電平轉換。本數控機床狀態監控系統選用 RS232 通訊模塊，其引腳圖如圖 312 所示。圖 312RS232 引腳圖RS232 的功能特性定義了 25 芯標準連接器中的 20 根信號線，其中 2 條地線、4 條數據線、11 條控制線、3 條定時信號線，剩下的 5 根線作備用或未定義。常用的只有 10 根，它們是：1）聯絡控制信號線：數據發送準備好（Data set readyDSR)——有效時（ON）狀態，表明 MODEM 處于可以使用的狀態。數據終端準備好(Data terminal readyDTR)——有效時（ON）狀態，表明數據終端可以使用。請求發送(Request to sendRTS)——用來表示 DTE 請求 DCE 發送數據，即當終端要發送數據時，使該信號有效（ON 狀態），向 MODEM 請求發送。它用來控制 MODEM 是否要進入發送狀態。允許發送（Clear to sendCTS）——用來表示 DCE 準備好接收 DTE 發來的數據，是對請求發送信號 RTS 的響應信號。當 MODEM 已準備好接收終端傳來的數據，并向前發送時，使該信號有效，通知終端開始沿發送數據線 TxD 發送數據。這對 RTS/CTS 請求應答聯絡信號是用于半雙工 MODEM 系統中發送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中，因配置雙向通道，故不需要 RTS/CTS 聯絡信號，使其變高。接收線信號檢出(Received Line detectionRLSD)——用來表示 DCE 已接通通信鏈路，告知 DTE 準備接收數據。當本地的 MODEM 收到由通信鏈路另一端（遠地）的 MODEM 送來的載波信號時，使 RLSD 信號有效，通知終端準備接收，并且由 MODEM 將接收下來的載波信22華北電力大學科技學院本科畢業設計（論文）號解調成數字兩數據后，沿接收數據線 RxD 送到終端。此線也叫做數據載波檢出(DataCarrier dectectionDCD）線。振鈴指示(RingingRI)——當 MODEM 收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON 狀態），通知終端，已被呼叫。2）數據發送與接收線：發送數據(Transmitted dataTxD)——通過 TxD 終端將串行數據發送到 MODEM，(DTE→DCE)。接收數據(Received dataRxD)——通過 RxD 線終端接收從 MODEM 發來的串行數據，(DCE→DTE)。3）地線 ：GND——保護地和信號地，無方向。上述控制信號線何時有效，何時無效的順序表示了接口信號的傳送過程。例如，只有當 DSR 和 DTR 都處于有效（ON）狀態時，才能在 DTE 和 DCE 之間進行傳送操作。若 DTE 要發送數據，則預先將 DTR 線置成有效(ON)狀態，等 CTS 線上收到有效(ON)狀態的回答后，才能在 TxD 線上發送串行數據。這種順序的規定對半雙工的通信線路特別有用，因為半雙工的通信才能確定 DCE 已由接收方向改為發送方向，這時線路才能開始發送。2 個數據信號：發送 TXD；接收 RXD。1 個信號地線：SG。6 個控制信號：DSR 數據發送準備好，Data Set Ready。DTR 數據終端準備好，Data Terminal Ready。RTS DTE 請求 DCE 發送（Request To Send）。CTS DCE 允許 DTE 發送（Clear To Send），該信號是對 RTS 信號的回答。DCD 數據載波檢測（Data Carrier Detection），當本地 DCE 設備（Modem）收到對方的 DCE 設備送來的載波信號時，使 DCD 有效，通知 DTE 準備接收，并且由 DCE 將接收到的載波信號解調為數字信號，經 RXD 線送給 DTE。RI 振鈴信號（Ringing），當 DCE 收到對方的 DCE 設備送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知 DTE 已被呼叫。由于 RS232 接口標準出現較早，難免有不足之處，主要有以下四點：1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與 TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與 TTL 電路連接。2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率≤20Kbps。3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為 50 英尺（實際≤15 米）。23華北電力大學科技學院本科畢業設計（論文）數控機床狀態監控系統通訊模塊電路設計如圖 313 所示。圖 313統通訊模塊電路設計 放大器電路設計放大器的主要作用是將傳感器輸出的微弱電信號放大到 A/D 轉換器需要的信號范圍。主要采用以下幾類放大器： 測量放大器、隔離放大器、可編程放大器等。放大器是一種直流耦合﹐差模（差動模式）輸入、通常為單端輸出（Differentialin,singleended output）的高增益（gain）電壓放大器，因為剛開始主要用于加法，乘法等運算電路中，因而得名。一個理想的運算放大器必須具備下列特性：無限大的輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無限大的開回路增益、無限大的共模排斥比的部分、無限大的頻寬。一個運算放大器模組一般包括一個正輸入端、一個負輸入端和一個輸出端。通常使用運算放大器時，會將其輸出端與其反相輸入端（inverting input node）連接，形成一負反饋（negative feedback）組態。原因是運算放大器的電壓增益非常大，范圍從數百至數萬倍不等，使用負反饋方可保證電路的穩定運作。但是這并不代表運算放大器不能連接成正回饋（positive feedback），相反地，在很多需要產生震蕩訊號的系統中，正回饋組態的運算放大器是很常見的組成元件。電壓放大倍數達到 104～105 倍；輸入電阻達到 105Ω ；輸出電阻小于幾百歐姆；外電路中的電流遠大于偏置電流；失調電壓、失調電流及其溫漂很小，造成電路的漂移在允許24華北電力大學科技學院本科畢業設計（論文）范圍之內，電路的穩定性符合要求即可；輸入最小信號時，有一定信噪比，共模抑制比大于等于 60dB；帶寬符合電路帶寬要求即可。本數控機床狀態監控系統的放大器電路選用放大器電路圖如圖 314 所示。圖 314放大器電路設計 其他元器件的選型鎖存器的選型鎖存器(Latch)是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態。鎖存，就是把信號暫存以維持某種電平狀態。鎖存器的最主要作用是緩存，其次完成高速的控制其與慢速的外設的不同步問題，再其次是解決驅動的問題，最后是解決一個 I/O 口既能輸出也能輸入的問題。74LS138 為 3 線－8 線譯碼器，共有 54/74S138 和 54/74LS138 兩種線路結構型式。其工作原理如下：1)當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（E2)和/(E3)）為低電平時，可將地址端（A0、AA2）的二進制編碼在 Y0 至 Y7 對應的輸出端以低電平譯出。比如 A0A1A2=110時，則 Y6 輸出端輸出低電平信號。2）利用 EE2 和 E3 可級聯擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯擴展成 32 線譯碼器。3）若將選通端中的一個作為數據輸入端時，74LS138 還可作數據分配器。4）可用在 8086 的譯碼電路中，擴展內存。本課題的監控系統選用 74LS138 鎖存器，其引腳如圖 315 所示。25華北電力大學科技學院本科畢業設計（論文）多路開關的選型典型的多路開關有 CD4051(雙向 8 選 1)、CD4052(雙向 2 個 4 選 1)等。它們是早期產品，性能已不能滿足控制系統要求，其改進型為 AD 公司的 ADG658 /659(差分輸入)。本數控機床狀態監控系統選用 ADG659，其引腳如圖 316 所示。圖 31574LS138 鎖存器引腳圖圖 316ADG659 引腳圖驅動器選型8255A 引腳8255A 的內部有 3 個 8 位并行 I/O 口：A 口、B 口和 C 口。3 個 I/O 口都可以通過編程選擇為輸入口或輸出口，但在結構和功能上有所不同。A 口：含有一個 8 位數據輸出鎖存/緩沖器和一個 8 位輸入鎖存器。B 口：含有一個 8 位數據輸出鎖存/緩沖器和一個 8 位輸入鎖存器（不鎖存）。C 口：還有一個 8 位數據輸出鎖存/緩沖器和一個 8 位輸入鎖存器（不鎖存）。當數據傳送不需要聯絡信號時，這 3 個端口都可以用作輸入口或輸出口。當 A 口、B口需要有聯絡信號時，C 口可以作為 A 口和 B 口的聯絡信號線。工作方式控制電路8255A 的三個端口在使用時可分為 A、B 兩組。A 組包括 A 口 8 位和 C 口高 4 位：B 組26華北電力大學科技學院本科畢業設計（論文）包括 B 口 8 位和 C 口低 4 位。兩組的控制電路中分別有控制寄存器，根據寫入的控制字決定兩組的工作方式，也可以對 C 口每一位置“1”或清零。數據總線緩沖器數據總線緩沖器是三態雙向的 8 位緩沖器，是 8255A 與單片機數據總線的接口，8255A的 D0 到 D7 可以和 AT89C51 單片機的 到 直接相連。數據的輸入輸出、控制字和狀態信息的傳遞，均可通過數據總線緩沖器進行讀/寫控制邏輯8255A 讀/寫控制邏輯的作用是從 CPU 的地址和控制總線上接收有關信號，轉變成各種控制命令送到數據緩沖器及 A 組和 B 組的控制電路，控制 A、B 和 C3 個端口的操作。8255A 引腳功能：8255A 共有 40 個引腳，一般為雙列直插 DIP 封裝，40 個引腳可分為與 CPU 連接的數據線、地址和控制信號以及與外圍設備連接的三個端口線。D0~D7：雙向三態數據總線。RESET：復位信號，輸入端，高電平有效。復位后，控制寄存器清零，A 口、B 口和 C口被置為輸入方式。CS ：片選信號，輸入端，低電平有效。RD：讀信號，輸入端，低電平有效。RD 有效時，允許 CPU 通過 8255A 的 D0~D7 讀取數據或狀態信息。WR ：寫信號，輸入端，低電平有效。A0、A1：端口控制信號，輸入端。2 位可構成四種狀態，分別尋址 A 口、B 口和 C 口和控制寄存器。PA0～PA7:A 口數據線，雙向。PB0～PB7:B 口數據線，雙向。PC0～PC7:C 口數據/信號線，雙向。當 8255A 工作于方式 0 時，PC0~PC7:分為兩組（每組 4 位）并行 I/O 數據線；當 8255A 工作于方式 1 或方式 2 時，PC0~PC7 為 A 口、B 口提供聯絡信號。本數控機床選用 8255 驅動器，引腳如圖 317 所示。27華北電力大學科技學院本科畢業設計（論文）圖 3178255 引腳圖28華北電力大學科技學院本科畢業設計（論文）為了使本系統的整個監控過程清晰明白，便于監控和維修，程序設計時把系統的各種功能分為若干部分，對于每一部分編制相對獨立的程序塊，各程序在運行的時候各負其責。以便提前發現機床哪個部分出現故障，提高生產效率和產品質量。 系統的主流程圖設計系統軟件包括：動態顯示程序、A/D采樣程序、標度變換程序等。系統的主程序流程圖如圖41所示。1)A/D 轉換器把測力傳感器輸出的模擬電壓變成數字量，我們選用的是 AD574A 十二位