专利名称：数控机床程序输入器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于单片机控制的数据机床加工控制技术领域。
数控机床是由数控系统控制自动加工机械零件的，而数控系统的运行又依赖于人工借助计算机编制的加工程序。因此数控机床能否加工出符合要求的零件，其关键之一是数控系统能否正确地适时地接收加工程序。
传统的数控机床系统包括编程计算机、凿孔机、光电阅读机、数控系统及数控机床，其工作流程如
图1所示。编程计算机根据加工零件图纸和加工工艺自动编制出加工程序，并通过凿孔机将程序穿制在专用的纸带上，然后由光电阅读机读出纸带上的程序，一条一条适时地送入数控系统，最后由数控系统去控制数控机床的刀具运动，从而加工出所需零件。
由图1可看出，从编程计算机到数控系统，程序需经三个环节即凿孔机，纸带及光电阅读机，因此错误率较高。尤其是光电阅读机是一种机械运动结构，可靠性差，一直是该系统中的一个薄弱环节。
本实用新型的目的在于，为克服已有技术的不足之处，设计出一种程序输入器，直接接收编程计算机送出的指令，并直接输送给数控系统，省去了原有的三个环节(见图1的虚线部分)，不仅节省了设备，而且大大提高了系统的可靠性，同时还便于连网控制。而且可用于不同型号的机床。
本实用新型设计的这种数控机床程序输入器，其特征在于由单片机及其外围电路组成的中央处理单元CPU，分别与CPU的数据总线、地址总线及控制总线相连的程序存储器、数据存储器、键盘信号输入控制电路、显示器控制电路、数控机床输入/输出信号控制电路，通过光电隔离电路与CPU相连与编程计算机相连的串行通讯接口，与数控系统相连的专用接口，通过接线端子与显示器驱动电路相连的显示器，通过接线端子与操作键盘信号驱动电路相连的键盘，以及固化在所说的程序存储器中的控制程序。最后还有相应的外围电路(包括单片机主频率发生电路、复位电路和掉电保护电路)。
本实用新型的工作原理如下本控制器以MCS8051系列单片机为主，与主频率(11.0952MHZ)发生电路和复位电路等外围电路组成了基本单片机中央处理单元CPU。而CPU的P0口作为地址/数据复用口使用，当P0口作为8位数据总线时，分别连接到程序存储器、数据存储器、键盘信号输入控制电路、液晶显示器控制电路、数控机床信号输出信号控制电路等的数据线上；当P0口作为地址总线时，经由锁存器产生地址总线的低8位，和由P2口(8位)和P1口的低四位经译码器译码后共同产生地址总线的高12位，一起组成了20位的地址总线，分别连接到程序存储器、数据存储器、键盘信号输入控制电路、液晶显示器控制电路、数控机床信号输出信号控制电路等的地址线上作为地址选通信号；CPU的控制信号ALE、PSEN、RD、WR和P1口高四位等作为控制总线信号分别连接到程序存储器、数据存储器、键盘信号输入控制电路、液晶显示器控制电路、数控机床信号输出信号控制电路、控制信号缓冲驱动电路等作为控制信号以控制各部分电路的运行；CPU的串行口端子RXD和TXD通过光电隔离电路后经一RS232/RS422信号转换电路后连接到串行接口端子上。
本机的控制程序已固化在程序存储器中。系统工作过程大致如下首先，编程计算机(微机)通过串行通讯接口将机床加工程序传送给本机CPU，CPU将这些程序存放在本机数据存储器中。然后，由机床输入的控制信号通过连接端子(CN1)输入到控制信号缓冲驱动电路，并传送到CPU，控制CPU将数据存储器中的加工程序逐条的传送到输出锁存器，CPU控制其通过端子(CN1)输出到数控机床。CPU通过键盘信号输入控制电路和显示器控制电路分别控制键盘输入操作和显示器的工作。复位电路可随时使系统复位。系统掉电保护电路可以在系统掉电后保护数据存储器中的加工程序不被破坏，以便上电后继续使用。电池监测电路可监测电池当前的电压值。如果低于某一下限值，则电路报警，且发光二极管点亮，并由充电电路自动给电池充电。如果充电无效，液晶显示器显示报警信息，提示用户更换电池。
本实用新型长期运行可靠，传输速度高，存储容量大，有效地解决了长期困扰工厂的阅读机故障问题；同时不再需要从日本进口纸带坯带，节约外汇，有利于降低成本；且操作简单，由于直接与计算机联机，为日后工厂联网在技术和设备上都打下了良好的基础。
附图简要说明图1为已有技术系统示意框图。
图2为本实用新型实施例电路原理图。
图3为本实用新型实施例外型图。
本实用新型设计并研制出一种数控机床程序输入器实施例，如图2、3所示，结合附图详细说明如下本控制器由单片机基本控制电路和外围输入/输出控制接口电路两部分组成，如图2所示。由MCS8051系列单片机作为主CPU(U1)，由8KEPPROM-2764(U4)作为控制软件(程序)存储器；由4片628128组成512K的DRAM(U5-U8)组成加工程序的(数据)存储器，由地址译码器74LS138或同类产品(U3)和锁存器8282或同类产品(U2)及三态接收/发送器(LS245)组成的地址总线控制驱动电路，由三态接收/发送器(LS245)组成的数据总线控制驱动电路，由三态接收/发送器(LS244)组成的控制总线控制驱动电路。以及单片机主频率(11.0952MHZ)发生电路和复位电路等组成了基本单片机控制单元。DRAM的掉电保护电路和电池电平的监测及其充电电路(U19)，由一片393和74HC00及其外围电路构成。
由液晶显示器LCD组成的液晶显示电路(U10)及其并行接口(CN4)采用标准2.54cm间距单排14芯端子，由三态接收/发送器组成的键盘信号接收控制电路(U9)及其并行接口(CN3)采用标准2.54cm间距单排10芯端子。本实施例共设一个方式转换键、一个复位键、三个操作键和一个四位琴键转换开关。由三态接收/发送器组成的纸带机/本机控制信号切换控制电路74LS244(U13和U14)及其并行口(CN1)，由三态接收/发送器和锁存器组成的数控机床信号输入/输出控制信号电路(U12)及其并行接口(CN2)。本实施例CN1，CN2中设计了两种型号的联接端子，一种是两个‘ELA/TLA 5/4型25针连接器’，另外一种是两个‘IDC50P型50针连接器’，以配合不同机床的安装。由光电转换器和隔离电源构成的CPU的串行口信号光电隔离电路(U15)，及用于短程串行通讯的RS232信号转换电路(U17)及接口(CN6)，和用于远程串行通讯的RS422信号转换电路(75174和75175芯片等组成的U18)及接口(CN5)，短程/远程通讯方式切换开关(U16)，方式选择开关和多位选择开关构成的功能选择电路，按键开关构成的操作电路等组成了外围输入/输出的控制电路。其中串口信号转换电路是将CPU串口输出的TTL信号经光电隔离(U15)后转换为RS232标准的信号(见图中‘U17’)及RS422标准的信号(见图中‘U18’)，从而实现短程通讯和远程通讯两种通讯方式，并可用DIP开关(见图中‘U16’)进行设置；相应地串口输出端(近程通讯接口RS422，‘CN5’端子)采用了两种连接器，以适用于不同的安装方式，一种是5芯航空接头(非标)，另外一种是‘EIA/TLA 574型9针连接器’(标准)。
CPU执行固化于EPROM中的软件过程如下。首先，先查询‘方式开关’的信号，当不是本机方式时，则本机为等待状态，即由原机床的纸带机控制机床运行；否则，进入本机控制运行。本机通过选择按键和操作按键的操作控制，进行四种不同方式的操作。本机首先进入‘传输方式’，即由编程计算机通过串行通讯方式按本机的通讯协议将机床加工程序传送给本机，由本机按顺序存放在数据存储器中(最多可存放15个程序)；然后，本机可进入‘搜索方式’，按序号查找所需要程序，并可显示或检查其是否正确，如果出现了错误，可立即修改更正；然后，本机可进入‘运行方式’，由机床接口输入的控制信号控制CPU启动，逐条地调出存储器中的加工程序，并将其输出到本机的输出信号锁存器，并由CPU产生控制信号，控制将加工程序输出到机床输出接口，对机床运行进行控制，运行结束可显示结束状态；当需要删除程序时，可进入‘删除方式’，删除全部或单个加工程序，从而腾出存储器空间存放其他的加工程序。当系统掉电时(正常关机或非正常掉电)，存储的加工程序均可由掉电保护电路予以保护，以便重新开机后继续使用。电池监测电路可监测电池当前的电平，如果低于某一下限值，则电路报警二极管点亮，并由充电电路自动给电池充电，如果充电无效，液晶显示器显示报警信息，以便更换电池。
本机的电路板等全部安装在一个板式机箱中，操作面板布置见图3。其中，左上方为的液晶显示器31，在下方为四位琴键开关按键32，中间竖向排列两个两位选择开关；上面的为方式(纸带和本机)选择开关33，下面的为电源开关34，右面两排四个按键，分别为累加键35、复位键36、选择键37、确认键38。后面板设置有电源插座，两个航空插座为串口接头和数控机床连接的25针连接器。
权利要求1.一种数控机床程序输入器，其特征在于主要包括由单片机及其外围电路组成的中央处理单元CPU，分别与CPU的数据总线、地址总线及控制总线相连的程序存储器、数据存储器、键盘信号控入控制电路、显示器控制电路、数据机床输入/输出信号控制电路，与编程计算机相连的串行接口端子通过光电隔离电路与CPU相连，与数控系统相连的专用接口，通过接线端子与所说的显示器驱动电路相连的显示器，通过接线端子与所说的操作键盘信号驱动电路相连的键盘，以及固化在所说的程序存储器中的控制程序。
2.如权利要求2所述的数控机床程序输入器，其特征在于所说的外围电路包括单片机主频率发生电路、复位电路和掉电保护电路。
专利摘要本实用新型属于单片机控制的数据机床加工控制技术领域。数控机床程序输入器，由单片机及其外围电路组成的中央处理单元CPU，分别与CPU相连的程序存储器、数据存储器、键盘信号输入控制电路、显示器控制电路、数控机床输入/输出信号控制电路，光电隔离电路与编程计算机相连的串行通讯接口，与数控系统相连的专用接口，以及固化在所说的程序存储器中的控制程序。本实用新型长期运行可靠，传输速度高，存储容量大，且操作简单，能直接与计算机联机。
文档编号G05B19/409GK2258290SQ9620528
公开日1997年7月23日 申请日期1996年3月8日 优先权日1996年3月8日
发明者杨士元, 周越 申请人:清华大学