用AVR单片机设计与开发线切割数控系统

基于AVR单片机WEDM数控系统的设计与开发

作者: 郭钟宁,,蒋秋生,罗智恒

中文摘要:

采用PC +运动控制卡的开放式体系结构, 设计开发了基于AVR单片机Windows平台的WEDM数控系统。详细介绍了该系统的设计方案, 软件的构架, 硬件运动控制卡的开发, 并分析了该卡通过CPLD与PC的ISA总线进行通信等关键技术。

英文摘要：

A HS-WEDM numerical control system based onWindows with the latest AVR Microcontroller was developed1.The

design of control system, including the structure of software, the hardware of motion control card, and the communication of ISA-bus between control card and PC were analyzed and introduced1

目前国内使用最为广泛的线切割数控系统大多是建立在DOS平台上, 速度较慢, 而且由于DOS是单任务性的, 不能打开多个任务, 系统接口简单, 存储容量小, 运行于实时模式下, 控制卡每次能接收的指令数量不多, 程序长度受限于640K内存。使得PC资源得不到充分利用, 难以对功能作进一步的开发和升级。针对当前WEDM面临的以上缺点, 我们采用基于Windows平台和最新第三代AVR 单片机芯片,开发了一套具有自主产权、低成本、适用于国内广泛使用的高速走丝线切割机床的数控系统。

211　运动控制卡的开发

考虑到WEDM数控系统较简单、机床价位低等特点, 我们开发了基于AVR 单片机的运动控制卡。它通过ISA总线与PC进行数据通信和集成, 不需占用PC资源, 主要完成插补运算、加工状态检测、参数控制及电机进给控制等功能。运动控制卡的结构如图3所示, 它以AVR单片机为核心, 采用总线扩展法对I/O口进行扩展以实现加工状态采样和检测并进行数据统计, 采用软件法实现脉冲分配器功能对步进电机进行运动控制, 通过外部RAM 对数据存储容量进行扩展, 由CPLD 对地址译码及相关逻辑操作来完成AVR与ISA总线的并行通信和数据交换.

1　系统的设计方案

根据国内外走丝线切割相关的数控技术的发展现状, 通过分析市场需求及机床成本调研, 新一代的线切割数控系统的发展趋势是采用PC +运动控制卡的开放式结构。系统运行在Windows平台下, PC主要完成各种非实时性任务, 其中包括零件计算机辅助设计模块CAWEP, 能够完成非常复杂和特殊的图形设计, 可通过标准数据接口兼容其它CAD的图形文件(如DXF) , 并生成轨迹文件及ISO、3B 代码的输出[ 1 ] 。图1为该模块处理渐开曲线的应用实例。系统的主模块提供灵活、友好和易操作的多窗口图1　CAWEP系统处理渐开曲线时的截屏图加工界面, 负责进行对程序代码的编译、编码、线程调度、控制与CNC的数据通信和系统管理等。加工过程中的运动控制卡负责加工的插补计算、轨迹控制、任务协调和通信控制。其结构如图2所示。

214　单片机与PC的通信

ISA总线具有结构简单、控制灵活、造价低等特点, 在许多对传输速度要求不高的场合, 应用十分广泛。针对国内的高速走丝线切割机床大多仍以工控机的ISA插槽传输为主, 本数控系统采用MAX7000 系列中的EPM7128S CPLD来实现AVR单片机与ISA总线接口的并行通信及数据交换。采用这种通信方式,数据传递不仅高速而且准确。即PC通过ISA总线把数据写入控制卡的RAM中, 当数据传递完以后,单片机则开始读取外部RAM 的数据, 设置数据指针, 开始进行加工,CPLD主要完成地址译码操作以及相关的逻辑功能。

4　结束语

高速走丝线切割机床是我国特有的产品, 应用非常广泛, 且其数量以每年上万台的速度增长。并且高速走丝线切割机床与低速走丝机床在性能及价格上还存在着很大的差距, 因此, 提高数控系统的性能对于高速走丝机床有着重要的意义。尤其是如何将最新的计算机和电子技术用于WEDM数控系统, 构成一个高效、高自动化以及性能价格比优秀的数控系统是当前首要解决的问题。本文以AVR单片机为核心, 在Windows平台上开发出一套开放式WEDM数控系统,有着良好的开放性、可扩展性、可维护性及成本优势, 具有良好的市场前景。

您现在看到的只是电子技术论文非常小的一部分,其它部分请查阅相关杂志。本站只做分类索引，方便你查询，绝对不提供完整论文。尽管天下文章一大抄,但有些还是有参考价值的，希望能给你的开发带来方便。本文关键词:电火花线切割,数控系统,AVR单片机 。