基于U盘技术的经济型数控雕刻机的软硬件设计

论文摘要

雕刻机的数控系统是数控雕刻机的控制核心,其控制功能的强弱、控制性能的优劣直接关系着数控雕刻机的加工质量与加工效率,对整个雕刻机的性价比和市场竞争力都至关重要。本文针对国产数控雕刻机现状和市场需求,研制开发基于单片机读取U盘信息的应用系统。本文围绕市场调研提出的雕刻机数控系统功能和性能要求,拟定了控制系统的总体方案,完成了控制系统的软硬件设计开发。硬件上,主芯片采用ATMEL公司生产的AT89S52作为控制核心,通过74LS138译码器扩展存储器和外围I/O,在通讯接口上采用由南京沁恒有限公司推出的基于CH375为内核的U盘读取模块,与单片机系统相结合以实现USB主机功能的方法,较好地兼顾了系统的控制性能与制造成本,也提高了系统设计灵活性和工作可靠性。软件上,采用C语言编程,C语言编程构造整个软件的主体框架、实现非实时性任务,既提高了系统软件的编程效率和可维护性,又保证了系统良好的实时性。此外,在步进电机的升降速控制中采用指数升降速的方式进行脉冲频率的计算,利用比较积分法来进行曲线的插补,较好地满足了雕刻加工对快速性和加工平稳性的要求。样机系统的软硬件联调表明,本系统的功能和性能达到了预期设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 经济型数控系统的简介
• 1.1.1 经济型数控系统在我国的生产及应用
• 1.1.2 经济型数控系统的基本特点、开发重点和发展趋势
• 1.2 数控雕刻机的发展现状
• 1.2.1 雕刻机的起源与发展历程
• 1.2.2 雕刻机的发展现状
• 1.2.3 雕刻机的发展趋势
• 1.3 本文的研究意义及研究内容
• 1.3.1 本文的研究意义
• 1.3.2 本文的研究内容
• 第二章 数控雕刻机系统总体方案的设计
• 2.1 数控雕刻机的设计要求
• 2.2 控制系统的设计原则
• 2.3 数控雕刻机系统的总体方案设计
• 2.3.1 U 盘控制芯片的选择
• 2.3.2 提高数控系统速度的方式选择
• 2.4 本章小节
• 第三章 控制系统的硬件电路试验及设计开发
• 3.1 主芯片的选取
• 3.2 地址译码器设计
• 3.3 存储器的扩展
• 3.4 并行口的扩展
• 3.4.1 8255A 简介
• 3.4.2 8255A 的工作方式
• 3.4.3 8255A 的控制字计算
• 3.5 电机驱动控制模块
• 3.5.1 伺服系统的选择
• 3.5.2 电机驱动模块的介绍及电路设计
• 3.6 系统数据通讯的研究与设计
• 3.6.1 基于CH375 的U 盘读写并口模块的应用简介
• 3.6.2 U 盘控制芯片的硬件连接
• 3.7 人机界面的设计
• 3.7.1 LCD 显示的设计
• 3.7.1.1 TS12232D 内部的结构
• 3.7.1.2 汉字显示原理
• 3.7.1.3 电路设计
• 3.7.2 键盘设计
• 3.7.2.1 键盘界面设计
• 3.7.2.2 按键电路设计
• 3.8 本章小节
• 第四章 系统软件设计及调试
• 4.1 系统软件的功能分析和结构规划
• 4.2 系统软件设计的总体框图
• 4.3 系统各功能模块的具体实现
• 4.3.1 系统的初始化
• 4.3.2 人机交互界面设计
• 4.3.2.1 功能分析
• 4.3.2.2 键盘接口程序设计
• 4.3.2.3 LCD 液晶显示程序
• 4.3.3 电机控制设计
• 4.3.3.1 步进电机程序设计
• 4.3.3.2 伺服电机的脉冲频率的设置
• 4.3.4 U 盘并口模块的程序设计
• 4.3.4.1 单片机从U 盘中读取数据
• 4.3.4.2 根据U 盘中读取的数据执行动作
• 4.4 本章小结
• 第五章 雕刻机加工程序
• 5.1 雕刻机加工坐标系统
• 5.2 雕刻机加工程序
• 5.3 插补算法实现与相关程序
• 5.3.1 插补概念
• 5.3.2 插补算法的分类
• 5.3.3 比较积分法原理
• 5.3.3.1 普通平面曲线的插补公式的推导
• 5.3.3.2 比较积分直线插补原理
• 5.3.3.3 比较积分法圆弧插补原理
• 5.3.3.4 比较积分法圆弧插补原理
• 5.4 本章小结
• 第六章 抗干扰系统的设计
• 6.1 硬件抗干扰设计
• 6.1.1 干扰源的分析
• 6.1.2 抗干扰措施
• 6.2 软件抗干扰设计
• 6.3 本章小结
• 第七章 课题总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2：电路原理图与实物图