基于单片机的PCB钻床控制系统设计 第10页

图 3-10 20针的JTAG接口电路图若图片无法显示请联系QQ3249114

3.6 串口通信的硬件设计

为了使减少操作人员的工作强度，我们设计了串口通讯来接收PCB数控钻床加工所需要的数控文件(即该文件包含了PCB数控钻床待加工孔的位置坐标)。我们知道既然是串口通讯，就必须是两台以上的处理器之间的通讯，这里我们指的是上位机与ARM处理器之间的通讯。本节重要讲PC机上的程序，串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。

在Windows环境(Windows NT, Win98, Windows2000)下，串口是系统资源的一部分。

应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求(打开串口)，通信完成后必须释放资源(关闭串口)。

串行通信是计算机系统中常用的通信机制之一，串行通信的数据是按位进行传输的，与按字节传输的并行通信相比，串行通信所使用的传输线少，适用于长距离的信息传送。使用串行通信的计算机或外设，都需要配备串行通信接口。通过串行接口，数据发送方将并行数据转换成具有一定格式的、按照二进制数据位排列的数据，并顺序地按位将它们送到传输线上。数据接受方的串行接口按位串行接受数据，再将它们转换成并行数据传送给计算机或外设使用。

目前，在国际上最通用的串行通信接口标准是由电子工业协会（Electronic Industry Association EIA）制定的RS-232C（recommended standard）标准。RS-232C是一种很常见的串行数据传输总线标准。早期它被应用于计算机和终端之间的通信，它们通过电话和MODEM 进行远距离的数据传输。随着微型计算机和微控制器的发展，不仅远距离通信，近距离通信也采用该方式。在近距离通信系统中，不再使用电话线和MODEM，而直接进行端的连接。

RS-232C标准采用的接口是9芯或25芯的D型插头，以常用的9芯D型插头为例，各引脚定义如表3-6所示。

表3-6　9芯型插头引脚信号描述

要完成最基本的串行通信功能，实际上只需要RXD、TXD和GND即可，但由于RS-232标准所定义的高、低电平信号与S3C2410X系统的LVTTL电路所定义的高、低电平信号完全不同，LVTTL的标准逻辑“1”对应2~3.3V电平，标准逻辑“0”对应0~0.4电平，而RS-232C标准采用负逻辑方式，标准逻辑“1”对应-5~-15V电平，标准逻辑“0”对应+5~+15V电平。显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换，在该设计中采用MAX3232做为其转化电路，其引脚分布如图3-11所示。

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图 3-11 MAX3232引脚图

3.7 按键电路及LCD

3.7.1 按键电路

在本系统的设计中，为了使系统有很好的人机交互性，用户可以通过发送简单的指令来控制整个系统，我们设立8个按键，构成2*4的行列式键盘，其采用中断的方式。其电路原理图如图3-12所示，平时列线被置成低电平，没有按键被按下时，行线保持高电平，此时EINT0管脚也为高电平。当有按键按下时，行线被拉成低电平，EINT0管脚变为低电平，即产生中断，通知CPU有中断产生。在中断程序中调用按键识别程序就可获得键码，执行相应的操作。

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图3-12按键电路图

3.7.2 LCD

数控机床的使用愈来愈普遍。和其它技术系统一样，数控系统的设计也必须处理好系统与操作者之间的联系。而如何在保证数控系统性能良好的前提下，努力降低它的操作难度，使之成为性能完善、操作简便、易于掌握的“易人”性较好的系统，是在系统设计的最初阶段就应考虑的一个重要问题，也是研制数控系统的一个重要策略。降低数控系统的操作难度，其实质乃是一个人机协调的问题。当今，设计师们利

用人机工程学的原理，设计丰富的且容易为操作者接受的人机界面，给数控系统提高可操作性，解决人机协调问题提供了一个有效途径。人机工程学就是依据人的心理、生理特征，利用科技成果、数据，去设计“机”(即技术系统)，使之符合人的使用要求，改进环境，优化人机系统，使之达到最佳配合，以最小的劳动代价换取最大的经济成果。因此，可以这样说，人机界面是数控系统和操作者之间进行联系的桥梁。操作者通过人机界面将零件程序、各种参数和操作命令等输入数控系统，使数控系统按要求进行零件加工。数控系统通过人机界面将系统当前状态、位置等信息反映给操作者，以便于操作者对零件加工过程的监视。故系统人机界面是否友好，直接关系着系统操作性能的好坏，是衡量数控系统性能的重要指标。

本系统采用HD61202及其兼容液晶显示控制驱动器是一种带有驱动输出的图形液晶显示控制器它可直接与8位微处理器相联它可与HD61203配合对液晶屏进行行列驱动。表3-7是与LCD接口引脚功能；表3-8是HD61202及其兼容控制驱动器的引脚功能。

LCD接口电路图如图3-13。

表3-7 与LCD接口引脚功能

表3-8 HD61202及其兼容控制驱动器的引脚功能

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图3-13 LCD接口电路图

3.8 交流伺服电机控制电路

在本设计中，我们电机是采用I/0口来控制，S3C2410X的通用并行I/0口由GPIO寄存器进行控制；管脚可以动态配置为输入或输出；寄存器可以同时对任意个输出口进行置位或清零；输出寄存器的值以及管脚的当前状态都可以读出。这样我们就可以

很方便设置和读取I/0口的状态。下面我们就来具体的介绍其实现原理。

首先，我们来介绍S3C2410微控制器是怎样通过I/O口来实现对电机控制的。

在电机的工作模式上，我们采用位置模式。说的简单一点，我们只要给电机一个脉冲信号和一个方向信号，电机就可以转动起来了。但为了性能可靠准确，我们再加三个控制信号伺服-ON(SRV-ON)、报警清除(A-CLR)和计数清零(CL)。一部电机需要5根控制线，而在我们的设计中共用了四部电机(4轴，X,Y,Z1,Z2)，就需要20根控制线来控制这四部电机。考虑到整体设计对I/O口需要，我们采用I/O直接来控制电机的脉冲信号和方向信号，而另外伺服-ON(SRV-ON)、报警清除(A-CLR)和计数清零(CL)这三路控制信号采用经74LS138译码器译码后来控制，这样在对电机的控制上只需要14路I/O口即可。在设计中，采用了S3C2410的通用I/O口GPD1——GPD14这14路I/O。其中一个电机的控制电路图如图2212341所示，GPD1——GPD3分别接74LS138的A、B、C，74LS138的输出端经过反相器后作为伺服-ON(SRV-ON)，报警清除(A-CLR)和计数清零(CL)这三路控制信号，GPD4接电机驱动器的脉冲输入端，GPD5接电机驱动器的方向输入端。

交流伺服电机控制电路图如图3-14所示。

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