专利名称：数字化制造多功能辅助控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于计算机技术领域，涉及一种计算机网络和通讯在机械制造业的应用改进。
背景技术：
随着计算机网络和通讯技术的发展以及制造业自动化的需要，单台数控设备联网运行的要求越来越迫切，许多企业需要将现有的数控设备包括普通数控机床和加工中心进行联网管理，一方面可以缩短生产准备时间和产品的研制周期，提高数控设备的利用率；另一方面也可以实现生产信息共享，提高生产的管理水平。
目前，数控设备联网运行模式主要包括两种第一种是以工作站层+设备层2层控制结构为主，即为每台设备配置一个计算机工作站，由工作站负责接收上层计算机的信息及与设备的通讯功能，这种结构的缺点表现在1)系统投资大，资源浪费严重。2)操作复杂，这种结构的系统要求现场的操作人员不仅会操作机床，还要求懂得对计算机的操作。对操作人员的技术要求较高。
第二种是采用多串口卡+通讯服务器的结构形式，缺点是1)传输距离短；2)工作不稳定；3)通讯速率受到制约。随着计算机网络技术和通讯技术的发展，以及数字化生产的需求，目前这两种运行模式已不能适应现代企业信息化发展的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字化制造多功能辅助控制系统，它一方面可以实现生产现场的生产信息和主机间的传递；另一方面还可以实现加工程序的传输，缩短生产准备时间、提高了数控设备的利用率，第三，在集成方面，为企业从制造系统内部的信息集成和功能集成发展到实现产品整个开发制造过程的集成提供技术保障。
本发明的技术方案是控制系统的组成主要包括时钟电路、复位电路、中央处理单元、串行接口单元、液晶显示单元、输入接口单元、数据存储单元和保护电路。
时钟电路为整个系统工作系统时钟，利用晶体振荡器、电容通过引脚XTAL1、XTAL2引入中央处理单元U1系统，复位电路采用上电与按钮复位方式，串行接口单元U2采用D0-D7八位数据位与中央处理单元U1通讯，显示输出单元U3通过DB0-DB7与中央处理单元U1通讯，输入单元U4由键盘矩阵与输入芯片组成，键盘矩阵通过RL0-RL7与输入芯片通讯，输入芯片的D0-D7与中央处理单元U1通讯。
电容C01、C02串接后通过晶体振荡器接中央处理单元U1的XTAL1、XTAL2脚，电容CR、电阻R1、按钮开关KR串接后接中央处理单元U1的RESET脚，RESET脚同时通过嵌位电阻R2接地，中央处理单元U1引脚功能分为用户I/O、控制总线、数据总线和地址总线，其中16位地址总线由P0口经74LS373地址锁存器提供低8位地址A0-A7，P2口直接提供高8位地址A8-A15；在串行接口单元U2中，串行通讯芯片U2的CS与中央处理单元U1的P2.7相连，C/D与74LS373的A0相连，D0-D7与中央处理单元U1的P0.0-P0.7相连，WR、RD分别与中央处理单元U1的WR、RD相连，CLK与74LS373的输出相连，74LS373的输出与分频器相连，中央处理单元U1的WR、RD与74LS373的输入相连，74LS373的输出、中央处理单元U1的ALE与74LS373的输入相连，74LS373的输出与f/64的输入相连，TXD与电平转换芯片1488的2脚相连，RXD与电平转换芯片1489的3脚相连，RXDY、TXDY与74LS04的输入相连，74LS04的输出与中央处理单元U1的INT相连，GND、DRS、CTS接地，VCC接5V电源；在显示输出单元U3中，液晶显示模块U3的VDD接5V电源，Vss接地，DB0-DB7与中央处理单元U1的P1.0-P1.7相连，BUSY与中央处理单元U1的P2.0相连，REQ与中央处理单元U1的P2.1相连，RT1、RT2与外接可调电位器相连；在键盘输入单元U4中，CLK与中央处理单元U1的ALE相连，A0与74LS373的A0相连，RL0-RL7与键盘矩阵的行线相连，键盘矩阵的列线与74LS138译码器的输入Y0、Y1相连，SL0-SL2与74LSl38译码器的输出A、B、C相连，D0-D7与中央处理单元U1的P0.0-P0.7相连，WR、RD分别与中央处理单元U1的WR、RD相连，CS与中央处理单元U1的P2.7相连，IRQ与反向器的输入相连，反向器的输出与中央处理单元U1的INT相连，电容C03与电阻R6组成复位电路与键盘输入单元U4的RESET相连；在数据存储单元U5中，CS脚与中央处理单元U1的P1.3及掉电保护电路相连，CLK脚与中央处理单元U1的P1.2相连，DO脚与中央处理单元U1的P1.0相连，VMEN脚、VM脚、GND叫接地。
本发明的有益效果是1)缩短生产准备周期以往进行一个零件的工艺设计需要1-2个工作日，甚至更长时间，目前只需一两个小时或半天时间即可完成；对于NC程序的准备时间也从过去的平均一个程序需8-15分钟，缩短为2-3分钟；刀具管理由手工记帐改成计算机管理，平均刀具准备时间由4-6分钟，缩短为1-2分钟。综合统计缩短生产准备周期40％。
2)提高设备的运行效率以往NC程序需要在机床面板手工输入和调试，占用机床的工作时间，有的机床程序更换频繁，平均一天占用加工时间1.5-2个小时，甚至更长；机床联网后，程序编辑完全在计算机上进行，通过网络传输到机床，不占用机床加工时间，综合统计全面提高设备的运行效率30～50％。
图1是本发明控制器框图；图2是本发明控制器电路图；其中U1是CPU中央处理单元芯片、U2是串行通讯芯片、U3是液晶显示模块、U4是键盘、U5是存储芯片、Z是晶体振荡器、FX是反向器、R是电阻、C是电容、D是二极管、Q是三极管、K是开关。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步描述1)U1单元U1单元包括系统时钟电路、复位电路和CPU芯片，是系统的核心部分。
系统时钟电路利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接晶体振荡器，与电容C01、C02组成并联振荡回路，为了使振荡器有较高的频率稳定性，采用70pF的NPO电容。
复位电路采用上电与按钮复位电路，上电瞬间、RC电路充电，RESET引脚端出现正脉冲，只要RESET端保持10ms以上高电平，即可使系统有效地复位。
CPU引脚功能分为用户I/O、控制总线、数据总线和地址总线，其中16位地址总线由P0口经74LS373地址锁存器提供低8位地址(A0~A7)，P2口直接提供高8位地址(A8~A15)。
2)U2单元U2为串行接口电路，它采用标准的RS232C异步通讯方式，实现控制器与外部的串行通讯。
采用Intel8251可编程串行通讯接口，具有独立的接收器和发送器，它能以单工、半双工和全双工的方式进行通信，并提供一些基本控制信号，如图所示，单片机的时钟由ALE、、WR、、RD组合后产生1.2288MHz的脉冲信号作为8251的CLK时钟信号，同时经64分频后作为8251的接收发送时钟。与主机通讯采用RS232C异步通讯方式，由于8251输出输入为TTL电平，而主机接口为RS232C电平(+12V为0，-12V为1)，因此需要通过1488和1489电平转换器进行电平转换。
3)U3、U4单元所示系统的输入输出接口由U3液晶显示输出单元电路和U4为键盘输入电路组成。
显示芯片采用中文图形点阵液晶显示模块OCMJ4X8，与CPU的接口使用DB0～DB7等8根数据线，用REQ和BUSY两根控制线即可构成请求和应答(REQ/BUSY)握手方式。RT1和RT2为灰度调整引外接引脚，通过可调电阻调节显示屏对比度，RP1阻值为10K。VLED+、VLED-为背光电源的正负极。
U4为键盘输入单元电路，采用Intel8279可编程的键盘接口芯片，键盘矩阵为8X2共16键，扫描线由SL0～SL2通过74LSl38译码器提供，接入键盘列线，查询线由反馈输入线RL0～RL7提供，接入键盘行线。数据线、输入线直接与CPUP0口、WR、RD线相连，CS由地址线选择。时钟由ALE提供直接与8279的CLK相连，由8279设置适当的分频数，分频至100KHz，A0选择线由地址线选择。复位方式为上电复位。
4)U5单元U5为数据存储单元电路。
采用NCR59308可编程只读存储器，控制、地址、数据信息均以串行方式输入，DI为串行数据输入引脚，DO为串行数据输出引脚，在59308的CS引脚上接入一个电源监视电路，以避免上电时59308中的数据丢失，系统上电复位期间，P1.3引脚为高电平，Q1为截止状态，此时D1处于导通状态，从而使CS引脚保持低电平，59308处于未选通状态，故可以防止任何擦写或写入指令进入59308，当上电复位后，对系统进行初始化时，首先使P1.3为低电平，从而使CS处于未选通状态。容限电压VM及容限电压VMEN使能仅用于存储器的测试，工作时可将他们接地。因此，59308常规工作时，只需4根控制线，即串行数据时钟CLK、串行数据输入DI、串行数据输出DO和片选信号CS。
本发明利用高速以太网和现场通讯技术，实现数控设备联网通讯的信息采集和数据传输系统，一台主机最多可以控制128台数控设备的联网通讯，并且每台设备可以进行单独的传输操作和设置不同的通讯参数，它的主要功能有1)数控加工程序上传；2)数控加工程序下载；3)生产信息上报；4)生产任务接收；5)DNC加工；6)信息查询。
权利要求
1.一种数字化制造多功能辅助控制系统，其特征是时钟电路为整个系统工作系统时钟，利用晶体振荡器、电容通过引脚XTAL1、XTAL2引入中央处理单元U1系统，复位电路采用上电与按钮复位方式，串行接口单元U2采用D0-D7八位数据位与中央处理单元U1通讯，显示输出单元U3通过DB0-DB7与中央处理单元U1通讯，输入单元U4由键盘矩阵与输入芯片组成，键盘矩阵通过RL0-RL7与输入芯片通讯，输入芯片的D0-D7与中央处理单元U1通讯。
2.根据权利要求1所述的一种数字化制造多功能辅助控制系统，其特征是电容C01、C02串接后通过晶体振荡器接中央处理单元U1的XTAL1、XTAL2脚，电容CR、电阻R1、按钮开关KR串接后接中央处理单元U1的RESET脚，RESET脚同时通过嵌位电阻R2接地，中央处理单元U1引脚功能分为用户I/O、控制总线、数据总线和地址总线，其中16位地址总线由P0口经74LS373地址锁存器提供低8位地址A0-A7，P2口直接提供高8位地址A8-A15；在串行接口单元U2中，串行通讯芯片U2的CS与中央处理单元U1的P2.7相连，C/D与74LS373的A0相连，D0-D7与中央处理单元U1的P0.0-P0.7相连，WR、RD分别与中央处理单元U1的WR、RD相连，CLK与74LS373的输出相连，74LS373的输出与分频器相连，中央处理单元U1的WR、RD与74LS373的输入相连，74LS373的输出、中央处理单元U1的ALE与74LS373的输入相连，74LS373的输出与f/64的输入相连，TXD与电平转换芯片1488的2脚相连，RXD与电平转换芯片1489的3脚相连，RXDY、TXDY与74LS04的输入相连，74LS04的输出与中央处理单元U1的INT相连，GND、DRS、CTS接地，VCC接5V电源；在显示输出单元U3中，液晶显示模块U3的VDD接5V电源，Vss接地，DB0-DB7与中央处理单元U1的P1.0-P1.7相连，BUSY与中央处理单元U1的P2.0相连，REQ与中央处理单元U1的P2.1相连，RT1、RT2与外接可调电位器相连；在键盘输入单元U4中，CLK与中央处理单元U1的ALE相连，A0与74LS373的A0相连，RL0-RL7与键盘矩阵的行线相连，键盘矩阵的列线与74LS138译码器的输入Y0、Y1相连，SL0-SL2与74LS138译码器的输出A、B、C相连，D0-D7与中央处理单元U1的P0.0-P0.7相连，WR、RD分别与中央处理单元U1的WR、RD相连，CS与中央处理单元U1的P2.7相连，IRQ与反向器的输入相连，反向器的输出与中央处理单元U1的INT相连，电容C03与电阻R6组成复位电路与键盘输入单元U4的RESET相连；在数据存储单元U5中，CS脚与中央处理单元U1的P1.3及掉电保护电路相连，CLK脚与中央处理单元U1的P1.2相连，D0脚与中央处理单元U1的P1.0相连，VMEN脚、VM脚、GND叫接地。
全文摘要
一种数字化制造多功能辅助控制系统，涉及一种计算机网络和通讯在机械制造业的应用改进。其特征是时钟电路为整个系统工作系统时钟，利用晶体振荡器、电容通过引脚XTAL1.XTAL2引入中央处理单元U1系统，复位电路采用上电与按钮复位方式，串行接口单元U2采用D0－D7八位数据位与中央处理单元U1通讯，显示输出单元U3通过DB0－DB7与中央处理单元U1通讯，输入单元U4由键盘矩阵与输入芯片组成，键盘矩阵通过RL0－RL7与输入芯片通讯，输入芯片的D0－D7与中央处理单元U1通讯。其有益效果是缩短生产准备周期，提高设备的运行效率。
文档编号G05B19/02GK1722145SQ20041001132
公开日2006年1月18日 申请日期2004年12月10日 优先权日2004年12月10日
发明者陶俐言, 许兴华, 马铭辰, 乔欢, 王若平 申请人:中国兵器工业第五五研究所