專利名稱：全功能型計算機數(shù)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種計算機控制裝置，特別是能實現(xiàn)對各種機械和電子設(shè)備進行數(shù)字控制的一種全功能型計算機數(shù)控裝置。
目前一般的數(shù)字控制裝置(以下簡稱“數(shù)控裝置”)，都是將CPU，RAM，ROM以及其它集成塊固定的連在一起，進行專用電路的邏輯設(shè)計，如果CPU要更新?lián)Q代，則整個裝置要重新設(shè)計，成本高，可變化能力小，不能實現(xiàn)對微細分步進電機的高速高精度控制。
本實用新型的目的是提供一種計算機數(shù)控裝置，它是直接利用通用微型計算機的基本硬件與數(shù)控型的位置控制電路和輸入輸出控制電路的有機結(jié)合，不僅可以實現(xiàn)對微細分步進電機的高速控制，還可以實現(xiàn)對交流伺服電機的控制和多軸控制。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的在AT總線插座上(見圖2)，由單板計算機，CRT顯示器，MDI手動數(shù)據(jù)輸入鍵，伺服放大器、伺服電機、編碼器、穩(wěn)壓電源、軟驅(qū)和硬驅(qū)電子盤構(gòu)成基本部件，其特征在于單板計算機與伺服放大器之間連接有中心控制的核心部件、位置控制板和輸入／輸出控制板。
位置控制板由集成電路總線緩沖驅(qū)動器CP1、CP2、CP3和地址譯碼器CP4、CP5、CP6組成地址譯碼電路，三態(tài)輸出總線傳送接收器CP7、總線數(shù)據(jù)緩沖驅(qū)動器CP8、六／四D型觸發(fā)器CP9、光電隔離器CP12與鎖存器CP13組成數(shù)據(jù)譯碼電路，可編程定時計數(shù)器CP10、六／四D型觸發(fā)器CP11和正與非門電路組成中斷定時電路，LSI插補位控電路CP15、CP16，正與非門電路CP17、CP19，JK觸發(fā)器CP18、CP20和鎖存驅(qū)動器CP21、CP22組成插補與位控電路。
輸入／輸出控制板由集成電路光電隔離器CP31、CP32和總線數(shù)據(jù)緩沖器CP33組成輸入控制電路，總線緩沖驅(qū)動器CP34、CP35，二輸入端正或門CP36，正與非門CP42，二輸負或門CP43，門陣列譯碼器CP44組成數(shù)據(jù)和地址控制電路，八D型觸發(fā)器CP37、CP38和達林頓管CP39、CP40、CP41構(gòu)成輸入輸出控制電路。
由于在微型計算機的基礎(chǔ)上，采用了上述組合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對一臺機床進行數(shù)字控制的目的。
采用本實用新型的優(yōu)點和效果在于①可以實現(xiàn)對微細分步進電機的高精度高速控制，在脈沖當(dāng)量為0.001mm時，高速可達8M／min以上；②可以實現(xiàn)對交流位置型的伺服電機進行控制；③可以實現(xiàn)1軸到18軸的多軸控制；④可以將CPU任意升級換代，可用80286加80287，也可升級為80386加80387，及使用80486以至80586。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明

圖1是本實用新型的機械安裝結(jié)構(gòu)圖；圖2是邏輯原理框圖；圖3是位置控制板電路圖；圖4是輸入／輸出控制板電路圖實施例圖1是本方案的機械安裝結(jié)構(gòu)圖，在工業(yè)微型計算機的AT總線上，可安插幾塊印刷電路板，從左至右為CH1、CH2……CH7，其中CH1為單板計算機，是已有技術(shù)，通用插件均可應(yīng)用，CPU可以選用Intel80286，協(xié)處理器為80287，也可以選用Intel80386與80387或80486、80586等，在單板計算機中具有存貯運算和控制的基本功能。
CH2、CH3、CH4為位置控制板。
CH5、CH6為輸入／輸出控制板。
CH7為穩(wěn)壓電源和軟驅(qū)電子盤、硬驅(qū)均為已有技術(shù)。
圖2為本實施方案的原理框圖，其中C－－單板計算機、軟驅(qū)、硬驅(qū)、電子盤P－－位置控制板D－－輸入／輸出控制板CRT／MDI－－顯示器和手動數(shù)據(jù)輸入部件、伺服放大器是已有技術(shù)M電機和編碼器PC是已有技術(shù)繼電器和開關(guān)、按鈕是已有技術(shù)。
本方案利用通用微型計算機的已有的基礎(chǔ)技術(shù)，將單板計算機C，位置控制板P1～P3，輸入／輸出控制板D1～D2均插入，從AT總線BUS來的地址信號和數(shù)據(jù)信號以及有關(guān)控制信號，是通過總線BUS相互交換信息的。CRT／MDI是執(zhí)行人機對話功能，采用菜單方式指示操作者輸入數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在單板計算機C的控制下，通過總線BUS，將地址A00～A19，數(shù)據(jù)D00～D07以及寫信號WT，讀信號RD送到P位置控制板上，位置控制板接收這些信號后要進行插補運算和位置比較，將結(jié)果分別送到每軸插頭CX、CY、CZ上，這些插頭又與伺服放大器對應(yīng)的插座相連，伺服放大器每軸一個，將接收的信號進行速度控制，脈寬調(diào)制，功率放大輸出到M電機上去，控制電機的啟動，旋轉(zhuǎn)和停止，PC為編碼器，它與電機是直接連軸連接的，它為光電編碼器，每一轉(zhuǎn)可發(fā)出2000脈沖，因此它發(fā)出脈沖的多少就對應(yīng)電機的轉(zhuǎn)數(shù)，編碼器的脈沖反饋送回，通過伺服送到位置控制板上。輸入／輸出控制板D將總線接收來的控制信息進行轉(zhuǎn)換和輸出，送到繼電器和開關(guān)板上，對機床進行驅(qū)動，同時，將機床上的開關(guān)和觸點信號，通過該板作電平轉(zhuǎn)換再送回總線上去，通過以上動作，從而實現(xiàn)對機床的數(shù)字控制。
通過圖3對P位置控制板的技術(shù)方案作詳細描述，其中CP1為74LS244是總線緩沖驅(qū)動器CP2為74LS244是總線緩沖驅(qū)動器CP3為74LS244是總線緩沖驅(qū)動器CP4為GAL20V8是地址門譯碼器CP5為GAL20V8是地址門譯碼器CP6為GAL20V8是地址門譯碼器CP7為74LS245是三態(tài)輸出的八總線傳送接收器CP8為74LS240是總線數(shù)據(jù)緩沖驅(qū)動器PC9為74LS175是六／四D型觸發(fā)器CP10為8253是可編程定時計數(shù)器CP11為74LS175是六／四D型觸發(fā)器CP12為TLP512－4是光電隔離器件CP13為74LS367是鎖存器CP14為74S00是正與非門電路CP15為B91011是大規(guī)模集成電路LSI插補電路位控電路CP16為B91011是大規(guī)模集成電路LSI插補電路位控電路CP17為74S00是正與非門電踐CP19為74S00是正與非門電路CP18為74S112是JK觸發(fā)器
CP20為74S112是JK觸發(fā)器CP21為75113是鎖存驅(qū)動器CP22為75113是鎖存驅(qū)動器在圖3中，CP1～CP3三片總線緩沖驅(qū)動器與CP4～CP6三片GAL譯碼器，組成地址譯碼電路，從總線BUS來的地址信號A19～A12對應(yīng)與CP1的輸入端(8、6、4、2、11、13、15、17)相連，地址信號A03～A00對應(yīng)接到CP3的輸入端(8、6、4、2)，CP1的輸出端(12、14、16、18、9、7、5、3)與CP2的輸出端(12、14、16、18)要連到CP4的對應(yīng)輸入端上(1、2、3、4、5、6、7、8、9、11、12、13)形成地址信號AB19～AB08；CP2的輸出端(9、7、5、3)與CP3的輸出端(12、14、16)要對應(yīng)接到CP6的輸入端上(4、5、6、7、8、9、11)，形成地址信號AB07～AB01，總線BUS來的寫信號WT接到CP3的輸入端13上，CP3的輸出端7將“寫信號”緩沖后，分別與CP5及CP6相應(yīng)的輸入端2相連，總線BUS來的讀信號RD接到CP3的輸入端15上，CP3的輸出端5與CP5，CP6相應(yīng)的輸入端1相連，CP2輸出端9、7與CP5的輸入端4、5相連，這是地址信號A07－A06，CP4輸出端18與CP5輸入端3相連，CP4輸出端19與CP6輸入端3相連，這六片器件組成的地址譯碼電路將產(chǎn)生讀寫信號，片選大規(guī)模集成電路LSI信號，軸選擇信號和讀寫使能信號，分別送至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路和CP7、CP8、CP9、CP10、CP13插補控制電路CP15、CP16，從總線BUS來的數(shù)據(jù)信號D00～D07送到CP7的對應(yīng)輸入端(2、3、4、5、6、7、8、9)，CP7的輸出端(18、17、16、15、14、13、12、11)與CP16的輸入端(44、45、46、47、48、1、2、3)及CP15的輸入端(44、45、46、47、48、1、2、3)和CP9的輸入端(4、5、12、13)相連，接到CP15、CP16的為數(shù)據(jù)D00～D07，接到CP9的僅為數(shù)據(jù)D0～D3，CP6的輸出端14與CP8的輸入端1、19相連，CP13的輸出端(3、5、7、9)與CP8的輸入端(2、4、6、8)對應(yīng)相連接，CP8的輸出端(18、16、14、12、9、7、5、3)及CP7的輸出端(18、16、14、12、9、7、5、3)均與CP10的輸入端(8、7、6、5、4、3、2、1)相連，CP5的輸出端14與CP10的輸入端21相連，CP3的輸出端(14、16)與CP10的輸入端19、20)相連，CP5的輸出端18與CP10的輸入端23相連，同時與CP16及CP15的輸入端36相連，CP5的輸出端19與CP10的輸入端22與CP16和CP15的輸入端35相連，形成讀寫控制信號。CP3的輸出端(16、14、12)及CP2的輸出端(3、5)與CP15，CP16的輸入端(39、40、41、42、43)對應(yīng)相接，形成5位地址線；CP10的輸出端10連到CP11的輸入端4上，并與512K時鐘脈沖相與，經(jīng)CP14相與，產(chǎn)生中斷信號在CP14的輸出端與CP15、CP16的輸入端6相連，CP15及CP16的17端接16MHZ的時鐘信號，CP16的輸入端(32、28、34、15、14、8)接地，CP15的輸入端(32、28、34)接地，而輸入端(15、14、8)可以外接編碼器，CP15的輸出端(5)接CP19的“9”端，而CP15的輸出端4接SH21開關(guān)中點，開關(guān)SH21的觸點a接CP19的輸入端10，觸點b接到CP20的13端上，CP20的輸入端(2、3、4、10、11、12、14、15)，通過R1接到電壓V1上，CP18的輸入端(2、3、4、10、11、12、14、15)及CP21的輸入端(6、7、10、9)，CP22的輸入端(6、7、10、9)均接到R1上，CP20的輸出端5連到CP22輸入端5上，CP20的輸出端9接到SH22開關(guān)a點，SH22開關(guān)的b點接到CP9的輸出端15上，SH22開關(guān)中點接到CP22的輸入端11，CP22的輸出端4，3端串連電阻R4接到插座CZ上，輸出端12、13串連電阻R5接到插座CZ上，輸出端1、2與，14、15直接連到插座CZ上，CP16的輸出端5與CP17輸入端1相連，輸出端4與SH11開關(guān)中點相連，SH11的a點與CP17輸入端2相連，b點與CP18的輸入端13相連，CP17的輸出端3連到CP18的輸入端1上，CP18的輸出端5與CP21的輸入端5相連，輸出端9與SH12開關(guān)a點相連，SH12中點與CP21的輸入端11相連，而b點與CP9的輸出端7相連，CP21的輸出端3、4串連電阻R2至CX插座上，12、13串連電阻R3至CX插座上，而1、2與14、15直接連到插座上，CP21與CP22的輸入端9均接到CP9的輸出端2上。CP7和CP8是數(shù)據(jù)線的接收與發(fā)送緩沖電路，CP9將接收到的數(shù)據(jù)在CP6(18)送出信號的選通下產(chǎn)生使能脈沖，從CP9(2)送到CP15，CP16上，使其處于使能狀態(tài)，同時，從CP9(7)、(10)、(15)分別送出X、Y、Z座標軸的方向控制命令至SH12和SH22，以控制運動方向。CP10是可編程定時計數(shù)器，根據(jù)數(shù)據(jù)總線的輸入端1、2……7、8的狀態(tài)和輸入端19、20地址碼AB01和AB02的狀態(tài)在22、23讀寫指令和512K時鐘的作用下，產(chǎn)生定時輸出脈沖經(jīng)CP11和CP14緩沖變?yōu)槎〞r中斷脈沖分別送到CP15、CP16上，CP15與CP16均為大規(guī)模電路的插補器，CP4、CP5、CP6為門陣列譯碼器，他們輸入端均為地址總線信號AB19～AB01，在CP3(7)、(5)輸出的讀寫RD，WT的作用下，產(chǎn)生讀寫命令，從CP5(19、18)端送到CP15、CP16和CP10，并產(chǎn)生片選信號從(17、16、15)輸出，分別送到CP15、CP16，從14端送出口片選信號送到CP10，插補器CP15、CP16在片選信號，中斷定時信號以及讀寫信號的作用下，定時產(chǎn)生一串插補脈沖經(jīng)5、4端輸出。SH11、SH12及SH21、SH22為軸方向控制信號和脈沖控制信號，當(dāng)SH11、SH21開關(guān)合上b點時且SH12與SH22合上a點每軸輸出為兩路脈沖，當(dāng)SH11、SH21開關(guān)合上a點且SH12、SH22開關(guān)合向b點時輸出脈沖或方向電平均經(jīng)插座CX、CY、CZ送出至圖2的伺服放大器上。CP12與CP13是作為報警檢測電路，在CP6(17)的控制下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由CP13送回至CP8，當(dāng)圖2電機連接的編碼器產(chǎn)生的脈沖有輸入時，經(jīng)CP15輸入端(15、14、8)送至插補器，以上是P位置控制板電路工作的過程。
通過圖4對D輸入／輸出控制板的電路原理詳細說明，在圖4中CP31與CP32為TLP521－4，是光電隔離器件，本圖中只畫出2組，隨著輸入端的增加，可以擴展為多組組合；CP33為74LS240，是總線數(shù)據(jù)緩沖器；CP34與CP35為74LS244，是總線緩沖驅(qū)動器；CP36為74LS32，是二輸入端正或門；CP37與CP38為74LS273，是八D型觸發(fā)器；CP39、CP40、CP41為MC1413，是達林頓管；CP42為74LS00，是正與非門；CP43為74S08，是二輸負或門；CP44為GAL20V8，是門陣列譯碼器。
在本電路中CP34接收總線BUS來的數(shù)據(jù)信號D00～D07送到CP34的輸入端(2、3、4、5、6、7、8、9)，經(jīng)緩沖后CP34的輸出端(11、12、13、14、15、16、17、18)接到CP37與CP38的輸入端(3、4、7、8、13、14、17、18)上，CP35接收總線BUS來的地址信號A1～A8送到CP35的輸入端(2、4、6、8、11、13、15、17)，經(jīng)緩沖后由CP35的輸出端(3、5、7、9、12、14、16、18)接到CP44的輸入端對應(yīng)點(1、2、3、4、5、6、7、8)上。CP43接收總線BUS送來的讀寫使能信號*IORC、IOWC、AEN及A9接到CP43的輸入端(5、10、2、12)上，CP43的輸入端(4、9、1、13)通過電阻接V5，CP43的輸出端(6、8、3、11)接到CP44的輸入端(11、10、9、13)總線信號RESDRV通過CP42的輸出端8送到CP37及CP38的11端，作為清除信號。
CP44為門陣列譯碼電路，它在輸入端(11、10、9、13)的讀寫使能信號的作用下，將地址碼對應(yīng)譯出*R220～*R226的多組使能電平，由輸出端(16、17、18、19)去控制CP33信號的輸入選通。
CP31、CP32和CP33組成了輸入控制回路，在CP31和CP32的輸入回路中，每一路均要選用R11、R12、R13及D11～R81、R82、R83、D81分別構(gòu)成光隔離器件的輸入匹配回路，R11～R81的一端接電壓V6，另一端接光電隔離器件；CP31的輸出端15接地，而16通過R14與C11的公共點，接到CP33的輸入端2，CP32的輸出端10通過R84與C82的公共點接到CP33的輸入端11，CP33的其它輸入端(17、4、15、6、13、8)均按照上述原理對應(yīng)連接，CP33在*R220的選通下，將讀入的信息變成數(shù)據(jù)信號D00～D07連到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上，CP39、CP40、CP41為達林頓管，由CP37D觸發(fā)器的輸出端(2、5、6、9、12、15、16)對應(yīng)連接到CP39的輸入端(1、2、3、4、5、6、7)，CP37的19端與CP38的2端對應(yīng)連到CP40的(1、2)端，CP38的輸出端(5、6、9、12、15、16、19)對應(yīng)連到CP41的輸入端(1、2、3、4、5、6、7)，CP39、CP40、CP41的8端均接地。
CP39的輸出(16、15、14、13、12、11、10)端，CP40的輸出端(16、15)與CP41的輸出端(16、15、14、13、12、11、10)均連接到插座M1上，對應(yīng)點為(13、14、15、16、17、18、19、11、12、4、5、6、7、8、9、10)插座M1的(1、2、3)接地。
在圖2中機床的開關(guān)信號，將通過圖4的N1～N4插頭送到D輸入／輸出控制板，接收進來送至數(shù)據(jù)總線，而圖4中M1、M2插座的輸出端，將把本控制器的輸出信號經(jīng)達林頓管去控制繼電器功率器件，由于輸入采用光電隔離器件，輸出采用達林頓管，從而達到較好的抗干擾能力。
權(quán)利要求1.一種全功能型計算機數(shù)控裝置，它是在AT總線的插座上，接入單板計算機，CRT顯示器，MDI手動數(shù)據(jù)輸入鍵，伺服放大器，伺服電機，編碼器，穩(wěn)壓電源，軟驅(qū)和硬驅(qū)電子盤，構(gòu)成基本部件，其特征在于單板計算機與伺服放大器之間連接有中心控制核心部件，位置控制板和輸入/輸出控制板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機數(shù)控裝置，其特征在于位置控制板由集成電路總線緩沖驅(qū)動器CP1、CP2、CP3和地址譯碼器CP4、CP5、CP6組成地址譯碼電路，三態(tài)輸出總線傳送接收器CP7、總線數(shù)據(jù)緩沖驅(qū)動器CP8、六／四D型觸發(fā)器CP9、光電隔離器CP12與鎖存器CP13組成數(shù)據(jù)譯碼電路，可編程定時計數(shù)器CP10、六／四D型觸發(fā)器CP11和正與非門電路組成中斷定時電路，LSI插補位控電路CP15、CP16，正與非門電路CP17、CP19，JK觸發(fā)器CP18、CP20和鎖存驅(qū)動器CP21、CP22組成插補與位控電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機數(shù)控裝置，其特征在于輸入／輸出控制板由集成電路光電隔離器CP31、CP32和總線數(shù)據(jù)緩沖器CP33組成輸入控制電路，總線緩沖驅(qū)動器CP34、CP35，二輸入端正或門CP36，正與非門CP42，二輸負或門CP43，門陣列譯碼器CP44組成數(shù)據(jù)和地址控制電路，八D型觸發(fā)器CP37、CP38和達林頓管CP39、CP40、CP41構(gòu)成輸入輸出控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計算機數(shù)控裝置，其特征在于光電隔離器可擴展為多組。
專利摘要一種用于工業(yè)自動化控制的全功能型計算機數(shù)控裝置，它是在工業(yè)微型計算機的技術(shù)基礎(chǔ)上，加入位置控制和輸入/輸出控制電路，采用CRT顯示和MDI手動數(shù)據(jù)輸入控制，用來實現(xiàn)微細分步進電機的高速度精度控制和交流伺服電機的多軸控制。
文檔編號G05B19/18GK2200833SQ9424450
公開日1995年6月14日 申請日期1994年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月9日
發(fā)明者畢承恩, 郇極, 張岳 申請人:北京三愛福數(shù)控公司