基于雙MCU單片機的沖床數控
系統設計 陳紅梅 范巖 宋 健（濰坊學院機電工程學院）
^xi j{W`| `<\1[HJ\ 摘要：針對單微處理器的經濟型沖床數控系統存在控制性能單一、控制算法不科學、系統運行不穩(wěn)定、運行速度幔、可靠性差等問題，在單徽處理器數控系統的基礎上，設計了基于雙單片機的沖床數控系統。系統CPU采用雙MCU結構，設計成主從武分布
結構，二者之問通過RS485串口通信，協調工作。
軟件設計采用模塊化結構，各模塊的功能利用AT89C52單片機的中斷性能得以實現，滿足了實時多任務的要求。經濰坊晨光數控公司應用試驗，系統運行可靠，性能穩(wěn)定。
+YqZ (( \Dd-Xn_b 關鍵詞：雙單片機 雙徽處理器 沖床 數控系統
ds?v' | O 引 言
o[cV 1G 隨著數控技術的快速發(fā)展，沖床數控系統憑借其操作簡便、加工精度及效率高、能加工復雜圖案等優(yōu)點在國內沖壓行業(yè)的應用日益廣泛。由于
標準的PC機沖床數控系統價格昂貴，國內從事沖壓生產的中小型企業(yè)大多數采用的是單微處理器的經濟型沖床數控系統，該系統存在控制性能單一、控制算法不科學、系統運行不穩(wěn)定、運行速度慢、可靠性差等問題。
1#0{@35 為此，筆者在單微處理器數控系統的基礎上，設計了基于雙MCU（單片機）的沖床數控系統，較好地解決了單MCU系統存在的問題，滿足了實時多任務的加工要求。
\ aHVs 1 系統總體設計
q.2ykL 數控系統是數控機床的核心部件，是計算機控制系統，可使數控轉塔沖床執(zhí)行部件按照用戶的要求進行加工作業(yè)。無論是何種用途的機床，它的數控系統功能框圖都可以用圖l表示。
IF DZf x 筆者研究的沖床系統利用數控系統驅動2臺步進電動機，利用滾珠絲杠和精密直線滾動導軌帶動工作臺X、y向進給，從而完成工件直線或圓弧插補作業(yè)。
Y@b.sMg{ :&:JTa1cv 沖床作業(yè)件是沖頭．x、Y向送料機構驅動電動機選用2臺步進電動機，控制器是單片機。由高性能的單片機對步進電動機的位置和速度進行控制，以滿足加工精度要求。控制
原理如下：從梳棉機發(fā)出的高低電平通過
光電隔離裝置控制步進電動機正反轉，輸出的控制脈沖個數控制電動機的轉角，輸出脈沖頻率控制電動機的轉速。系統功能框圖如圖2所示，結構原理框圖如圖3所示。
8" fD`jtQ 't6V:X 2 系統硬件設計
d"6&AJ5a 根據沖床數控系統實現的功能，完成數控系統的硬件設計。硬件設計主要包括微處理器( CPU)以及外圍擴展接口的設計。系統CPU采用雙MCU結構，設計成主從式分布結構，即分為主CPU和從CPUtI，二者之間通過RS485串口通訊。主CPU系統主要負責完成用戶加工程序的輸入處理、文字圖形顯示、自診斷、系統監(jiān)控等管理工作。從CPU系統負責完成數據運算、插補計算以及位置控制、速度控制等實時作業(yè)。
F@<CsgKB- 外圍擴展接口設計包括鍵盤接口、顯示器接口、電動機驅動接口、程序存儲器、數據存儲器等。
) *,5"CO 由于ATMEL公司的AT89C系列單片機具有高的性價比，筆者的數控系統主從CPU都選擇了8位AT89C52單片機，I/O口的分配和擴展如下：
M
$Es% (1)鍵盤接口采用4x4矩陣鍵盤，采用拉高
電路，占用C52的P1口。
%oq[,h
<X (2)顯示接口采用液晶(LCD)顯示．I/O口采用C52的PO口為數據傳輸連接，C52的P2口的P2.0 - RS、P2.1=RST、P2.2=RW、P2.3=E、共12個I/O口。
0 0 M@ (3)電動機驅動接口采用8個I/O口，分別通過光電隔離控制2個電動機的正反轉和速度，接口為P2.4、P2.5、P2.6、P2.7、P3.0、P3.1、P3.2、P3,3。
2U; t(,dn' (4)擴展EPROM (93C46)程序存儲器便于用戶修改程序，記錄輸入相關生產信息，EPROM接口采用4線連接形式，使用4個I/O口，采用P3.4、P3.5、P3.6、P3.7。
Zxbo^W[[ (5)選用3片RAM6264作為擴展數據存儲器，滿足實際加工需要。
R
+WP0&d' (6)選用l片245芯片、2片373芯片作為系統外擴的I/O口。對一些現場的信號，如限位開關、復位開關、報警等輸入／輸出信號，通過光電隔離
器件經鎖存器74HC373送到數據總線上從CPU系統可直接、快速地進行處理，提高了系統的抗干擾能力。數控系統硬件結構如圖4所示。
wyQzM6:,yX gMaN)ESqd4 3 系統軟侔設計
p\JfFfC 系統的軟件設計必須以硬件為載體，根據數控沖床硬件電路實現的功能編寫相應的程序集。根據硬件電路的主從式CPU結構，數控系統的軟件也包括主CPU軟件和從CPU軟件，各包括多個功能模塊。主從CPU系統的主程序流程網如圖5所示。
T)Y=zIQ1]7 2EfF=Fm> 主CPU軟件用來實現人機對話、系統監(jiān)控、指揮整個數控系統軟件協調工作等，包括主CPU系統的初始化、沖床運動狀態(tài)和
參數監(jiān)控、用戶加工程序的編輯修改等功能模塊。從CPU軟件包括從CPU系統的初始化、鍵盤輸入輸出口狀態(tài)的定時掃描、插補計算、工作臺X向和y向的位控輸出、電動機速度控制、數據處理等功能模塊。
x}Aw)QCh+r 各功能模塊的設計采用匯編語言，充分利用
T`Mf]s)* AT89C52單片機優(yōu)良的中斷性能，按嵌入式編程方式實現中斷的嵌套，易于不同優(yōu)先級功能的實現；編程能充分合理地利用片內的內存空間，實現數據快速傳送。
hrhb!0 4 結束語
^9 ePfF)5 筆者設計的數控系統采用2個AT89C52單片機構成主從CPU系統，使功能分布更合理，同時實現了高效、高精度，通用性強，可根據不同沖床的數控功能需要，選擇不同功能的模塊進行組合；采用了光電隔離電路，抗干擾性能好；匯編語言編程、嵌入式系統的搶先軟件設計，使系統的魯棒性更好；采用LCD可視化多級菜單設計，人機界面更友好，實現了所見即所得；485通訊實現上、下位機的通訊，可實現擴充的自動化加工群；以步進電動機作為驅動元件，控制簡單，價格低廉；采用基于行列掃描法的點位控制數控語言，操作簡單，易于掌握。
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