一种基于数控控制的串口操作系统的制作方法

本实用新型涉及自动化控制领域，尤其涉及一种基于数控控制的串口操作系统。

背景技术：

目前，基于PC(Personal Computer个人计算机)的数控系统需要通过I/O(Input/Output输入/输出)端口来连接到操作面板，操作面板上的每一个按键就需要使用一个I/O端口，每一个LED(Light Emitting Diode发光二极管)指示灯也需要使用一个I/O端口；普遍的PC数控系统的操作面板需要的按键数量在30个以上，需要LED指示灯的数量也在30个以上；目前的这种控制使用方法需要占用的资源较多，连接使用也非常复杂，且多个I/O端口同时传输容易互相产生影响，降低了传输效率。

因此，如何使PC数控系统与操作面板连接更简单，减少连接线的使用，并提升数据传输效率，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种基于数控控制的串口操作系统，解决了在传输数据信息的情况下，数据连接线多、成本高以及数据传输效率低的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于数控控制的串口操作系统，包括：电性连接的数控模块和串 口操作模块；所述串口操作模块包括电平转换单元、单片机控制单元、按键扫描单元、并-串转换单元、并行输入单元、串-并转换单元和指示灯单元；

所述电平转换单元、按键扫描单元、并-串转换单元以及串-并转换单元分别与所述单片机控制单元电性连接；所述并行输入单元与所述并-串转换单元电性连接；所述串-并转换单元与所述指示灯单元电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述电平转换单元包括电平转换芯片以及连接器；

所述电平转换芯片的引脚13与所述连接器的引脚3连接，所述电平转换芯片的引脚14与所述连接器的引脚2连接；所述电平转换芯片的引脚11为发送电平数据的发送端；所述的电平转换芯片的引脚12为接收电平数据的接收端。

作为本实用新型的进一步改进，所述单片机控制单元包括单片机控制芯片以及按键组件；

所述按键组件包括按键KEY1-KEY8以及按键L1-L4，所述按键KEY1-KEY8分别与所述单片机控制芯片的P0.0-P0.7端口一一对应连接；所述按键L1-L4分别与所述单片机控制芯片的P1.0-P1.3端口一一对应连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述单片机控制芯片的引脚5为数据接收端，所述数据接收端接收8字节的数据输入；所述单片机控制芯片的引脚7为数据发送端，所述数据发送端发送6字节的数据输出；所述单片机控制芯片采用9600通信波特率，向所述电平转换单元定时传输数据。

作为本实用新型的进一步改进，所述按键扫描单元包括检测回路中电平变化，获取对应按键的指令信息的按键回路。

作为本实用新型的进一步改进，所述指令信息传输到所述单片机控制单元，所述单片机控制单元将所述指令信息传输到所述数控模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述并-串转换单元包括74HC165芯片，所述并行输入单元250包括拨码开关；

所述74HC165芯片的D0-D2端口分别与所述拨码开关的1-3号引脚一一对应连接，所述74HC165芯片的D3-D5端口分别与所述拨码开关的5-7号引脚一一对应连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述拨码开关输入并行控制信息，所述并行控制信息传输到所述74HC165芯片，所述74HC165芯片将所述并行控制信息转换为串行控制信息，并传输到所述单片机控制单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述串-并转换单元包括74HC595D芯片，所述指示灯单元包括LED指示灯以及负载电阻；

所述LED指示灯的一端分别与所述74HC595D芯片的QA-QH端口一一对应连接，所述LED指示灯的另一端均通过所述负载电阻与外接电源连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述74HC595D芯片接收所述单片机控制单元的指令信息以及串行控制信息，并转换成并行指示灯信息，并将所述并行指示灯信息传输到所述指示灯单元。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型实施例将串口操作模块接收的并行控制信息转换为串行控制信息，并通过RS232串行通讯接口传输到所述数控模块，在传输多种数据信息的过程中只需使用较少的I/O端口，使所述串口操作模块与所述数控模块的连接更简单；本实施例通过使用本实用新型实施例所述的基于数 控控制的串口操作系统，大大减少了连接线的使用，降低了成本，加快了传输效率，提升了产品的性价比。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述基于数控控制的串口操作系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述电平转换单元的电路参考示意图；

图3为本实用新型实施例所述单片机控制单元的电路参考示意图；

图4为本实用新型实施例所述按键扫描单元的电路参考示意图；

图5为本实用新型实施例所述并-串转换单元和并行输入单元的局部电路参考示意图；

图6为本实用新型实施例所述并-串转换单元和并行输入单元的整体电路示意图；

图7为本实用新型实施例所述串-并转换单元和指示灯单元的局部电路参考示意图；

图8为本实用新型实施例所述串-并转换单元和指示灯单元的整体电路示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全 面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

参阅图1所示，为本实用新型实施例所述一种基于数控控制的串口操作系统的结构示意图，所述串口操作系统包括电性连接的数控模块100和串口操作模块200，所述数控模块100为所述系统的控制中枢，用于控制所述系统的轴运动以及相关电气的操作；所述串口操作模块200为所述系统的操作中心，用于实时地输入或输出数据信息，并将所述数据信息通过串行接口实时传输到所述数控模块100；在本实用新型的实施例中，所述串行接口为RS232接口，所述串行接口为采用串行通信方式的扩展接口；在本实用新型的其他实施例中，所述串行接口可为RS485接口、RS422接口等。

本实用新型实施例所述的串口操作模块200包括电平转换单元210、单片机控制单元220、按键扫描单元230、并-串转换单元240、并行输入单元250、串-并转换单元260和指示灯单元270；所述电平转换单元210、按键扫描单元230、并-串转换单元240以及串-并转换单元260分别与所述单片机控制单元220电性连接；所述并行输入单元250与所述并-串转换单元240电性连接；所述串-并转换单元260与所述指示灯单元270电性连接。

在本实用新型的实施例中，所述电平转换单元210用于实现所述数控模块100与所述串口操作模块200间数据信息的传输；所述按键扫描单元 230用于将扫描按键后获取的指令信息传输到所述单片机控制单元220；所述并行输入单元250用于输入功能开关(图未示)的并行控制信息，并将所述并行控制信息传输到所述并-串转换单元240中，本实施例所述的功能开关包括设于所述串口操作模块200上的拨码开关、急停按钮、NC(常闭触点)启动开关以及NC停止开关等；所述并-串转换单元240用于将接收的所述并行控制信息转换成串行控制信息，并将所述串行控制信息传输到所述单片机控制单元220；所述单片机控制单元220用于接收所述按键扫描单元230的指令信息以及接收所述并-串转换单元240串行控制信息，并将所述指令信息和所述串行控制信息分别通过所述电平转换单元210转换后传输到所述数控模块100进行数据交互；此外，所述指令信息和所述串行控制信息还将传输到所述串-并转换单元260；所述串-并转换单元260将接收的指令信息以及串行控制信息转换成并行指示灯信息，并将所述并行指示灯信息传输到所述指示灯单元270，所述指示灯单元270用于在接收到所述并行指示灯信息后点亮相对应的指示灯。

参照图2所示，为本实用新型实施例所述的电平转换单元210的参考电路示意图，所述电平转换单元210包括电平转换芯片U202以及连接器J201，所述的电平转换芯片U202用于转换电平数据，所述连接器J201用于传输电平数据；所述电平转换芯片U202的引脚13与所述连接器J201的引脚3连接，所述电平转换芯片U202的引脚14与所述连接器J201的引脚2连接；本实施例所述的电平转换芯片U202的引脚11为发送端，所述电平转换芯片U202通过所述发送端发送电平数据；所述的电平转换芯片U202的引脚12为接收端，所述电平转换芯片U202通过所述接收端接收电平数据。

由于所述电平转换芯片U202从所述数据接收端接收的数据为TTL电平数据，而所述数控模块100上接收的数据为EIA双向电平数据，即在所述电平转换芯片U202内需进行TTL-EIA双向电平转换后，并从所述数据发送端发送出去，通过所述连接器J201将所述EIA双向电平数据传输至所述数控模块100，所述数控模块100根据所述EIA双向电平数据对所述系统进行相对应的控制。

在本实用新型的实施例中，所述电平转换单元210还包括用于保证外接电源电压的稳定的滤波电容，本实施中所述滤波电容为5个，即为图示的滤波电容包括C204、C206、C207、C209以及C210；所述电平转换单元210还包括上拉电阻R210、R211，所述上拉电阻R210的一端与所述电平转换芯片U202的引脚12连接，所述上拉电阻R211的一端与所述电平转换芯片U202的引脚11连接，所述上拉电阻R210和所述第一上拉电阻R211的另一端均与外接电源连接；所述外接电源用于提供数据传输过程中所需的电源，且本实施例所述的外接电源均由+5V电源提供；所述上拉电阻R210以及上拉电阻R211用于提高所述电平转换芯片U202接发数据时的驱动能力。

参照图3所示，为本实用新型实施例所述单片机控制单元220的电路参考示意图，所述单片机控制单元220包括单片机控制芯片U7以及按键组件。

所述按键组件包括按键KEY1-KEY8以及按键L1-L4，所述按键KEY1-KEY8分别与所述单片机控制芯片U7的P0.0-P0.7端口一一对应连接，且所述按键KEY1-KEY8上分别对应连接着上拉电阻R45-R38，所述上拉电阻R45-R38用于加强所述按键KEY1-KEY8传送按键指令信息时的 驱动能力；所述按键L1-L4分别与所述单片机控制芯片U7的P1.0-P1.3端口一一对应连接。

本实施例中所述的单片机控制芯片U7的引脚5为数据接收端，所述单片机控制芯片U7的引脚7为数据发送端；所述数据接收端可用于接收8字节的数据输入，所述数据发送端可用于发送6字节的数据输出，且所述单片机控制芯片U7采用9600通信波特率，向所述电平转换单元210定时传输数据；

本实施例中所述单片机控制芯片U7引脚24、23与所述串-并转换单元260对应连接，通过编写程序控制LOCK595、DATA595信号，从而控制与所述串-并转换单元260连接的所述指示灯单元270的指示灯开关；所述单片机控制芯片U7引脚22、21与所述并-串转换单元240对应连接，通过编写程序控制LOCK165、DATA165信号，从而控制所述并行输入单元250的启动或断开，本实施例所述并行输入单元250包括功能开关，例如：拨码开关、急停按钮、NC(常闭触点)启动开关以及NC停止开关等；在本实施中，所述单片机控制单元220还包括上拉电阻R50-R54，所述DATA165、LOCK165、DATA595、LOCK595、CLK信号分别与所述上拉电阻R50-R54的一端一一对应连接，且所述上拉电阻R50-R54的另一端均与外接电源连接，所述上拉电阻R50-R54用于加强所述DATA165、LOCK165、DATA595、LOCK595、CLK信号的驱动能力。

在本实用新型的实施例中，所述单片机控制单元220还包括滤波电容，所述滤波电容用于保证外接电源电压的稳定，本实施中所述滤波电容为5个，即图示中的C7、C8、C9、C11以及C17；还包括晶振Y1，所述晶振Y1用于为所述单片机控制芯片U7提供时钟信号；还包括负载电容R46、 R49，所述负载电容R46、R49分别连接在所述滤波电容C9和晶振Y1上，所述负载电容R46用于保护所述滤波电容C9的电路，所述负载电容R49用于保护所述晶振Y1的电路。

参照图4所示，为本实用新型实施例所述按键扫描单元230的电路参考示意图，所述按键扫描单元230包括按键回路，所述按键回路分为4行8列排布，即所述按键回路为矩阵式按键回路。

所述按键回路用于检测回路中电平变化，获取对应按键的指令信息；所述矩阵式按键回路用于在按键数量较多的情况下快速锁定被按下的按键，并减少I/O端口的占用；在本实施例中，结合图3，所述单片机控制单元220的按键KEY1-KEY8在所述矩阵式按键回路中为横向分布，其按键L1-L4在所述矩阵式按键回路中为纵向分布，且设置按键KEY1-KEY8与按键L1-L4的交点为所述矩阵式按键回路的按键，本实施例中所述矩阵式按键回路的按键为30个，例如，按键S1为纵向分布的按键L1与横向分布的按键KEY1的交点，按键S2为纵向分布的按键L1与横向分布的按键KEY2的交点，按键S29为纵向分布的按键L4与横向分布的按键KEY5的交点，按键S30为纵向分布的按键L4与横向分布的按键KEY6的交点；以此类推，按键S3-S28的连接方式与按键S1、S2、S29、S30的连接方式相同。

在本实用新型的实施例中，当按下一个按键后会生成对应的指令信息，所述按键扫描单元230通过扫描每一行或每一列产生电平变化的位置从而确定所按下的按键，并获取被按下的按键对应的指令信息，并将所述指令信息传输到所述单片机控制单元220，由所述单片机控制单元220传输到所述数控模块100，所述数控模块100根据所述指令信息作出对应的操作。

参照图5所示，为本实用新型实施例所述并-串转换单元240和并行输入单元250的局部电路参考示意图，如图中虚线所示(所述虚线不在本实用新型的保护范围内)，所述并行输入单元250包括拨码开关J7，所述拨码开关J7用于输入并行控制信息，并将所述并行控制信息传输到所述74HC165芯片U14；所述并-串转换单元240包括74HC165芯片U14，所述74HC165芯片U14的引脚1、9分别与所述单片机控制芯片U7的引脚22、21一一对应连接，所述74HC165芯片U14用于将所述拨码开关J7输入并行控制信息转换成串行控制信息，并通过设于所述74HC165芯片U14的LOCK、Q7和CLK端口传输到所述单片机控制单元220；其中，所述74HC165芯片U14的Q7端口为串行控制信息输出端口，LOCK端口为数据锁存端口，CLK端口为时钟信息端口。

在本实施例中，所述74HC165芯片U14的D0-D7端口为并行控制信息输入端口，所述74HC165芯片U14的D0-D2端口分别与所述拨码开关J7的引脚1-3一一对应连接，所述74HC165芯片U14的D3-D5端口分别与所述拨码开关J7的引脚5-7一一对应连接；所述并行输入单元250还包括上拉电阻R70-R75，所述上拉电阻R70-R75的一端与外接电源连接，另一端分别对应连接在所述74HC165芯片U14的D0-D5端口，本实施例中所述上拉电阻R70-R75型号和阻值均相同，所述上拉电阻R70-R75用于加强所述拨码开关J7输入的并行控制信息的驱动能力。

参照图6所示，为本实用新型实施例所述并-串转换单元240和并行输入单元250的整体电路示意图，所述74HC165芯片U14的SDI端口为移位控制端口，且与下一个74HC165芯片的Q7端口连接，用于接收所述下一个74HC165芯片的串行控制信息；而所述下一个74HC165芯片的连接 原理与所述74HC165芯片U14相同，本实施例中不在赘述；本实用新型实施例使用多个74HC165芯片，使单片机的I/O端口增加。

在本实施例中，增加单片机的I/O端口，具体为：将所述74HC165芯片U10的D0-D7端口与外接的I/O输入端口IN7-IN14一一对应连接，74HC165芯片U11的D0-D1端口与外接的I/O输入端口IN15-IN16一一对应连接，而74HC165芯片U11、U12、U13的D6-D7分别与外接的I/O输入端口IN5-IN6、IN3-IN4、IN1-IN2一一对应连接；本实施例中所述并行输入单元250不限于包括拨码开关J7，还可为设于所述串口操作模块200的其他功能开关，如图示中的J3、J4为可为急停按钮、NC(常闭触点)启动开关以及NC停止开关等。

参照图7所示，为本实用新型实施例所述串-并转换单元260和指示灯单元270的局部电路参考示意图，如图中虚线所示(所述虚线不在本实用新型的保护范围内)，所述串-并转换单元260包括74HC595D芯片U1，所述74HC595D芯片U1的引脚12、14分别与所述单片机控制芯片U7的引脚24、23一一对应连接，所述74HC595D芯片U1用于接收所述单片机控制单元220的指令信息以及串行控制信息，并转换成并行指示灯信息，并将所述并行指示灯信息传输到所述指示灯单元270；所述指示灯单元270包括LED指示灯，所述LED指示灯在接收到所述并行指示灯信息后，点亮对应的LED指示灯。

在本实施例中，所述LED指示灯为8个，其包括D1、D3、D5、D7、D9、D11、D13、D15，且所述LED指示灯的型号和功率均相同；所述指示灯单元270还包括负载电阻R1、R3、R5、R7、R、R11、R13、R15，所述LED指示灯的一端分别与所述负载电阻的一端一一对应连接，所述负 载电阻的另一端均与外接电源连接，所述负载电阻组件用于保护电路中的LED指示灯；所述LED指示灯的另一端分别与所述74HC595D芯片U1的QA-QH端口一一对应连接。

参照图8所示，为本实用新型实施例所述串-并转换单元和指示灯单元的整体电路示意图，所述74HC595D芯片U1的SDI端口与下一个74HC595D芯片的SDO端口连接,且所述下一个74HC595D芯片的连接原理与所述74HC595D芯片U1相同，本实施例中不在赘述。

在本实施例中，所述LED指示灯设为37个，且分别连接在U1、U2、U3、U5的QA-QH端口以及U4的QA-QE端口,其中U4的QF、QG端口分别与另一型号的指示灯LEDM1、LEDM2相连；而U6的QA-QH端口分别与外接的I/O输出端口OUT1-OUT8一一对应连接。

本实用新型实施例将串口操作模块200接收的并行控制信息转换为串行控制信息，并通过RS232串行通讯接口传输到所述数控模块100，在传输多种数据信息的过程中只需使用较少的I/O端口，使所述串口操作模块200与所述数控模块100的连接更简单；本实施例通过使用本实用新型实施例所述的基于数控控制的串口操作系统，大大减少了连接线的使用，降低了成本，加快了传输效率，提升了产品的性价比。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。