CN203232630U

CN203232630U - 数控实验系统

Info

Publication number: CN203232630U
Application number: CN 201320210160
Authority: CN
Inventors: 徐寅林; 陈杰; 秦荪榛
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2023-04-23

Abstract

本实用新型提供了一种数控实验系统。该系统采用STC89C516RD+单片机为控制核心；使用者通过128*64LCD菜单编辑控制程序或参数，并通过总线将其传递给单片机；单片机处理后通过并行接口控制数控机床的电机驱动箱，进而控制数控机床的工作；数控机床工作时的当前参量也会显示在LCD上。本实用新型具有成本低、功能全、简单实用等优点，适用于数控实验课堂教学等场合。

Description

数控实验系统

技术领域

本实用新型涉及一种教学实验系统，具体涉及一种数控实验系统，是用于教学实践环节(即实验教学)等场合的设备。

背景技术

利用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，是制造业实现自动化、柔性化和集成化生产的基础。在数控实验室建设方面，经过多年的努力，部分工科高校实验室已经拥有了数控系统、机床动力滑台、多坐标数控机床等数控设备，并配备有DSP、PLC、单片机等控制器，基本具备了数控技术课程教学实验环境。

发明内容

本实用新型采用“实验箱+小型雕刻机”的实验模式，希望通过研究配置于小型雕刻机的数控实验系统，创造出一种简单易行、适合学生进行分组实验的数控实验模式，以满足非机电专业类学生机电一体化数控实验操作的训练要求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

数控实验系统，包括面板、8位STC89C516RD+单片机、32K RAM存储器62256、I/O接口扩展电路、串行接口电路、开关控制信号显示电路、矩阵键盘扩展电路和刀具选择指示电路，所述单片机STC89C516RD+有64 KB片内FLASH和1KB RAM，并内置ISP监控程序；所述系统通过RS-232连接UART口向PC机上传或下载数控加工程序，省去了昂贵的编程器；所述单片机的时钟频率为22.1184 MHz，采用6时钟/机器周期，相当于普通51系列单片机工作在44.2368MHz时钟频率，便于系统实现实时控制；所述单片机通过并行总线外扩32 KB SRAM和8255A，并通过并行接口与数控机床的电机驱动箱相连，电机驱动箱用于实现信号的隔离、硬件环形分配以及功率驱动；所述单片机通过总线与128*64 LCD显示器连接；所述系统采用LED显示开关量状态的模式，便于学生了解数控系统的工作状态、基本原理等。

选用51内核的单片机STC89C516RD+作为控制核心，单片机内置1280字节的数据存储器，64 KB的Flash，同时具有ISP功能，51单片机简单易学，能使学生迅速掌握插补控制的核心理论。此外，该系统通过串口连接PC机。一方面，可以下载单片机程序；另一方面，可以实现加工程序的上传和下载。

由于单片机容量较小，不能满足大量加工程序的存放，因此，单片机通过并行总线外扩32 KB SRAM，可以存放多达1600行的加工程序、加工所需的参量以及程序运行的外部变量空间；由于单片机口线数量有限，为了实现键盘矩阵的输入读取、刀具的模拟控制输出显示以及机床行程限位开关的输入模拟等，单片机通过并行总线外扩了一片8255A。

单片机通过并行接口与数控机床的电机驱动箱相连，通过并口输出方向信号和脉冲信号驱动工作台按照X、Y、Z三个坐标方向进行运动。另外输出的信号还包括：主轴正转控制、主轴反转控制、冷却液开关控制等；并口输入信号则包含了X、Y、Z三个坐标的限位开关信号。

用于显示文本、数据表格的液晶采用128*64规格的LCD12864。液晶与单片机之间采用总线方式连接，可实现人机对话、菜单、全屏幕编辑显示等，也可显示当前参量(比如坐标值、进给速度、主轴转速等重要状态信息)。

LCD的全屏编辑功能及辅助按键全部参照日本FANUC机型进行设计，非常贴近实际的工业应用需求，用户可以通过上下箭头键选择自动、手动、编辑、设参、MDI、回零等工作方式。

系统的面板包括128*64LCD显示器、键盘和开关，键盘由16个操作按键和26个编辑按键构成，开关包括电源开关和急停开关；系统采用敞开式结构，所有元器件安装在实验板的正面。

本实用新型所述的数控实验系统有以下优点：1)、采用“实验箱+小型雕刻机”的实验模式，体积小巧、操作安全。2)、采用敞开式结构，所有元器件安装在实验板正面，增加了学生的感性认识。3)、采用51内核单片机为控制核心，简单易学，能使学生迅速掌握插补控制的核心理论。4)、LCD的全屏编辑功能及辅助按键设计非常贴近实际的工业应用需求，界面友好，人性化。

附图说明

图1是本实用新型的系统构成。

图2是本实用新型数控实验系统的硬件原理图。

图3是本实用新型数控实验系统的控制面板。

具体实施方式

以下结合附图进一步描述本实用新型的技术方案。

如图1，一种数控实验系统，其核心为STC89C516RD+。使用者可以通过128*64 LCD的菜单编辑控制程序或参数，并通过总线将其传递给单片机；单片机处理后通过并行接口控制数控机床的电机驱动箱，进而控制数控机床的工作；数控机床工作时的当前参量也会显示在LCD上。

如图2，数控实验系统由以下部分组成：1、STC89C516RD+单片机；2、32K RAM存储器(62256)；3、I/O接口扩展电路；4、串行接口电路；5、开关控制信号显示电路；6、矩阵键盘扩展电路；7、刀具选择指示电路等。

STC89C516RD+单片机是该系统的控制核心，该芯片的时钟频率为22.1184 MHz，采用6时钟/机器周期，相当于普通51系列单片机工作在40 MHz时钟频率，有利于实现实时控制；32K RAM存储器用来扩展单片机的外部存储空间，扩展之后，可存放多达1600行的加工程序以及加工所需的参量及程序运行的外部变量空间等；由于单片机口线需要处理键盘矩阵的输入读取、刀具的模拟控制输出显示以及机床行程限位开关的输入模拟等，而现有的单片机I/O口数量无法满足需求，故系统通过并行总线扩展一片8255A；串行接口电路既可以用来下载单片机程序也可以用来上传和下载加工程序；开关控制信号显示电路连接在并行接口上，数控机床的实时工作状态可以通过该电路给使用者以直观的视觉感受；矩阵键盘扩展电路连接在8255A的PA0—PA4和PB口；刀具选择指示电路借助于8255A的PA5—PA7，通过译码电路，产生刀具选择指示信号，来点亮相应的发光二极管。

如图3，数控实验系统的面板由显示器、键盘和开关三部分组成。显示器是一块规格为128*64的液晶LCD；按键共有42个，由16个操作按键和26个编辑按键构成；此外，还有电源开关和急停开关，一旦遇到紧急情况，按下急停开关，数控机床就会立即停止运动。系统采用LCD显示，给出的信息量大并可显示汉字，操作直观方便；LCD的全屏编辑功能及辅助按键全部参照日本FANUC机型进行设计，非常贴近实际工业应用需求。用户可以通过上下箭头键选择自动、手动、编辑、设参、MDI、回零等工作方式。

本实用新型采用“实验箱+小型雕刻机”的实验模式，以STC89C516RD+为核心，实现对小型数控机床的控制，可以完成自动控制、手动控制、加工程序编辑、参数设定、手动数据输入(MDI)、机床回零等操作。具有成本低、功能全、简单实用等优点。

Claims

1.数控实验系统，其特征在于，所述系统包括面板、8位STC89C516RD+单片机、32K RAM存储器62256、I/O接口扩展电路、串行接口电路、开关控制信号显示电路、矩阵键盘扩展电路和刀具选择指示电路，所述单片机STC89C516RD+有64 KB片内FLASH和1 KB RAM，并内置ISP监控程序；所述系统通过RS-232连接UART口向PC机上传或下载数控加工程序；所述单片机的时钟频率为22.1184 MHz，采用6时钟/机器周期；所述单片机通过并行总线外扩32 KB SRAM和8255A，并通过并行接口与数控机床的电机驱动箱相连，电机驱动箱用于实现信号的隔离、硬件环形分配以及功率驱动；所述单片机通过总线与128*64 LCD显示器连接；所述系统采用LED显示开关量状态的模式。

2.根据权利要求1所述的数控实验系统，其特征在于，所述系统的面板包括所述128*64 LCD显示器、键盘和开关，所述键盘由16个操作按键和26个编辑按键构成，所述开关包括电源开关和急停开关；所述系统采用敞开式结构，所有元器件安装在实验板的正面。