1　引言

　　在數(shù)控機床中，手動操作面板總是必不可少的，其特點是1.有些輸入量是互斥的，不允許誤操作，由機械的互鎖關系來保證要求；2.鍵的通/斷用電平觸發(fā)不同狀態(tài)，而不是用沿觸發(fā)不同狀態(tài)；3.允許多個狀態(tài)同時輸入并可靠地做出相應的反應；4.能對設備當前狀態(tài)進行必要的提示，如使用信號燈、發(fā)光二級管或液晶顯示屏。現(xiàn)有的設計大多將手動操作面板的輸入/輸出作為開關量I/O的一部分，統(tǒng)一由一臺內(nèi)置的或外置的可編程控制器(PLC)進行控制。數(shù)控機床生產(chǎn)廠家根據(jù)自己機床的工藝特點，購買數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過二次開發(fā)，形成工藝性能和操作互不相同的數(shù)控機床產(chǎn)品。二次開發(fā)的工作量絕大部分在于開關量I/O的設計，而其中又有60%以上的工作是根據(jù)工藝性能與操作設計手動操作面板［1］。事實上，手動操作面板的輸入/輸出僅僅是控制信號開關量I/O，對其驅(qū)動能力的要求很低，是一類特殊的數(shù)控機床開關量I/O。如果將手動操作面板的輸入/輸出與數(shù)控機床其它開關量I/O不加以區(qū)別，會大大增加數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)的工作量，數(shù)控機床手動操作面板無法標準化和模塊化，其經(jīng)濟性也會受到很大影響。
　　本文提出了一種基于89C51/52單片機的數(shù)控機床面板智能處理單元，該處理單元通過標準串口與數(shù)控系統(tǒng)交換信息，可以顯示數(shù)控機床的基本狀態(tài)和對其進行手動操作。該工作是國家863計劃“PC外設型完備數(shù)字機床及其關鍵技術研究”的一部分研究內(nèi)容，已經(jīng)用于三坐標數(shù)控銑床。

2　工作原理

　　89C51/52單片機具有片內(nèi)ROM、16位計數(shù)和標準串口［2］。在89C51/52單片機構成數(shù)控機床面板智能處理單元中，一般不需要外部擴展ROM和RAM，單片機I/O口的一位對應一個輸入/輸出量，若單片機I/O口不夠，可以進行擴展。單片機以定時中斷檢測輸入，一旦發(fā)現(xiàn)輸入電平變化，就將其對應的新狀態(tài)由串口發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)。另一方面，數(shù)控系統(tǒng)通過串口將需要顯示的信息發(fā)送給單片機。由于采用了串行通信，數(shù)控系統(tǒng)與面板智能處理單元的接口是標準的，操作面板的信息處理基本上不占用數(shù)控系統(tǒng)CPU的時間，而且面板智能處理單元本身成為一個標準化模塊。圖1為數(shù)控銑床面板智能處理單元的原理圖。圖中，數(shù)控銑床手動操作面板的輸入/輸出信息大致有以下幾類：

                                                                                  圖1　數(shù)控銑床面板智能處理單元原理圖

　　1)工作方式選擇：手動/自動/回原點
　　2)單步進給量選擇
　　3)連續(xù)進給速度選擇
　　4)進給速度倍率選擇
　　5)進給坐標選擇
　　6)主軸電機、泵、電磁離合制動器等的通/斷控制
　　7)急停
　　8)暫停及顯示
　　9)進給坐標超行程顯示
　　10)故障顯示
　　其中，工作方式、單步進給量和連續(xù)進給速度等的選擇與進給速度倍率選擇分別用轉(zhuǎn)換開關1和轉(zhuǎn)換開關2在不同狀態(tài)間切換。同一個轉(zhuǎn)換開關控制的狀態(tài)具有機械互鎖，可以避免由于誤操作同時接通兩個或兩個以上具有互鎖關系的狀態(tài)。圖1中其余的輸入/輸出量均由單片機的I/O口直接控制，可保證多個狀態(tài)同時可靠地輸入/輸出。

3　系統(tǒng)軟件

　　89C51/52單片機數(shù)控機床面板智能處理單元上電復位初始化后，進入中斷工作狀態(tài)，允許定時中斷和串行中斷。在定時中斷中，將檢測輸入狀態(tài)有無變化，并將變化了的輸入狀態(tài)由串口發(fā)送到數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控系統(tǒng)需要由手動操作面板顯示的信息從串口發(fā)送給單片機，并由單片機串行中斷服務程序作出相應的處理，其程序框圖如圖2所示，其中圖2(a)為主程序框圖，圖2(b)為定時中斷服務程序框圖，圖2(c)為串行中斷服務程序框圖。

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