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1 前言 電火花加工與切削加工不同，屬于“非接觸加工”。電火花加工中，隨著(zhù)放電間隙大小的變化影響電極與工件蝕除量的現象稱(chēng)為問(wèn)隙效應。電火花加工中放電間隙的大小和狀態(tài)，對加工工藝指標有著(zhù)極其重要的作用。在加工過(guò)程中，直接測量?jì)蓸O間隙的距離是復雜和無(wú)必要的；又因為目前，我國的數控機床仍然以工控機為主，工控機中提供了大量的ISA插槽；同時(shí)，ISA總線(xiàn)具有結構簡(jiǎn)單、控制靈活、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)�；谝陨峡紤]，本文對線(xiàn)切割機間隙控制板進(jìn)行了研制。 2 硬件總體設計 設計的線(xiàn)切割機放電間隙控制板的硬件結構如圖1所示。此結構由采樣保持電路模塊、電壓信號比較模塊、A/D轉換模塊、時(shí)序控制模塊、信號處理模塊等部分組成。 
圖1 控制板結構圖 2．1 采樣保持電路 線(xiàn)切割加工中，直接測量電極間隙及其變化是很困難的，都是采用測量與放電間隙成比例關(guān)系的電參數來(lái)間接反映放電間隙的大小。設計采用間隙平均電壓電路和AD582采樣保持電路來(lái)進(jìn)行電壓信號采集，電路原理圖如圖2所示。
圖2 采樣保持電路原理圖 上圖中采用了AD582進(jìn)行采樣保持，AD582是由一個(gè)高性能的運算放大器、低漏電阻的模擬開(kāi)關(guān)和一個(gè)結型場(chǎng)效應管集成的放大器共同組成。其中8腳為信號輸出端，12腳接信號觸發(fā)端，l腳和9腳為信號輸入端口。根據其引腳分布可知，當12引腳接入高電平時(shí)，AD582工作于取樣工作狀態(tài)，這時(shí)開(kāi)關(guān)閉合。取樣結束時(shí)，12腳引入的邏輯電平回到低電平，電路進(jìn)入保持狀態(tài)．這時(shí)候開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。設計時(shí)12腳的觸發(fā)信號由時(shí)序控制模塊電路產(chǎn)生。 2．2 A/D轉換電路 A/D轉換器的選擇對設計是至關(guān)重要的。選擇合適的A/D轉換器才能有效的對間隙進(jìn)行控制。而且A/D轉換器接在比較器后，所以此轉換器必須為雙極性，而且用一個(gè)8位的ADC就足夠了，如果用一個(gè)12位的ADC來(lái)對它進(jìn)行采樣．增加的分辨率將是多余的。因此，設計中選用集成逐次逼近式A/D轉換器AD673。AD673轉換器的部分應用電路如圖3所示。
圖3 AD673轉換器的部分應用電路 圖中AD673的引腳AN-IN為模擬信號輸入端，引腳START，DATAENABLE則外接觸發(fā)器74LS123，由觸發(fā)器來(lái)控制A/D轉換器的工作狀態(tài)。引腳DATAREADY與采樣保持器AD582的引腳IN+連接。保持采樣與轉換的一致性。 DATAREADY在A(yíng)D673轉換器開(kāi)始轉換到轉換結束期間是高電平，如圖3中的連接方式，使得AD673轉換器在開(kāi)始轉換后AD582能夠維持在保持狀態(tài)；在A(yíng)D673轉換器轉換完成后，DATAREADY變?yōu)榈碗娖�，此時(shí)AD582則進(jìn)入采樣狀態(tài)。A/D轉換器的觸發(fā)也是依靠555和74L5123組合電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號，這里由12、18、20引腳共同輸入邏輯控制信號。 2．3 D/A轉換器的選擇 DAC0832是采用倒T型電阻網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數/模轉換的一種芯片．這種是D/A轉換芯片屬于電流輸出型，如果需要輸出電壓，可以在DAC0832輸出端外接一個(gè)運算放大器，即可轉換為電壓輸出。 DAC0832是雙列直插式8位D/A轉換器，能完成數字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉換。其主要參數如下：分辨率為8位，轉換時(shí)間為1s，滿(mǎn)量程誤差為1LSB，參考電壓為(+lO - -10)V，供電電源為(+5 - +15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱(chēng)為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱(chēng)為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱(chēng)為通道控制信號XFER。 DAC0832可處于三種不同的工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式。本控制板讓其工作于直通方式。其部分程序如下： MOVE R0，#DATA ；建立數據存放地址指針 MOVE DPTR,**** ；建立D/A地址指針、 MOVE A，@R0 ； MOVE @DPTR A ；向D/A傳送轉換數據 2．4 基于ISA總線(xiàn)電路板的ISA總線(xiàn)分析 基準電壓信號可以由工控機輸入經(jīng)過(guò)ISA總線(xiàn)再通過(guò)D/A轉換等電路產(chǎn)生。所以，這里有必要對ISA總線(xiàn)進(jìn)行分析。 間隙控制板是基于ISA總線(xiàn)的，將其接入PC以后就要占據一些I/O空間，為了不使計算機系統發(fā)生地址沖突而導致死機等現象，因此，必須了解PC內部相關(guān)的I/O空間信息．例如哪些端口是計算機制造廠(chǎng)商為今后開(kāi)發(fā)而保留的，哪些地址已分配給其他設備，哪些端口地址是空閑的。這些信息對于開(kāi)發(fā)接口程序是十分必要的。 PC系列微機中，ISA總線(xiàn)支持的端口數目是1024個(gè)，其有效地址譯碼是A0-A9這10根地址線(xiàn)來(lái)表示I/O空間，其范圍是從000H-3FFH，其中前512個(gè)地址(000H-1FFH)被主板上的I/0接口使用，其余的512個(gè)地址(200H-3FFH)被插在計算機擴展槽中的I/0通道使用，其中還有部分被通用外部設備使用。 在設計控制板時(shí)，凡是被PC系統占用了的端口地址都不能使用；對于計算機廠(chǎng)商聲明的保留地址，為了避免發(fā)生I/O端口地址重疊或沖突，也盡量不使用。因此，端口選擇只能選用沒(méi)有使用過(guò)的地址，通�？梢允褂�300H-31FH這段地址，這是PC系列微機留作實(shí)驗卡用的地址。因此，我們選用300H作為控制卡的基地址。在控制板設計中，根據實(shí)際需要，用到的部分信號線(xiàn)有： * DO-D7 系統雙向總線(xiàn)信號； * A0-A19 系統地址總線(xiàn)信號； * AEN 地址允許信號； * XFER I/O讀命令信號； * IOW I/O寫(xiě)命令信號。 設計中，ISA總線(xiàn)接D/A轉換器提供基準信號電壓，同時(shí)為控制系統產(chǎn)生各種控制信號等，不過(guò)電路中采用的雙向三態(tài)數據緩沖器74LS245等的片選信號均由可編程邏輯器件GALl6V8產(chǎn)生。 3 間隙狀態(tài)控制程序 3．1 主程序結構 主程序中程序初始化后等待中斷，中斷響應后即可初始化各個(gè)參數和電壓給定值，初始化啟動(dòng)采樣，然后在原地等待定時(shí)器中斷響應，執行相應的中斷服務(wù)程序。這部分程序主要用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，匯編語(yǔ)言與C語(yǔ)言相比，被編譯后代碼很小，編程簡(jiǎn)潔，運行速度比C語(yǔ)言快得多。 3．2 程序的初始化 在軟件初始化的過(guò)程中，首先要關(guān)中斷，斷絕外部因素的影響： SETB P3.2 SETB P3.3 設置各種標志位，如： MOV 42H，#00H ；O表示停止，1表示進(jìn)給分配存儲空間，并對存儲空間清零，如： MOV 61H，#00H ；存儲本次轉換的數據 MOV 62H，#00H ；存儲前一次轉換的數據 ...... MOV 65H，#00H ；存儲平均值 然后對定時(shí)和中斷方式的初始化，如本系統中： MOV TMOD．#1lH MOV 1E． #8AH 針對數據處理的其它一些設定： MOV 50H．#80H MOV 5lH. #00H 讀入各種設定基礎數據，如間隙加工過(guò)程中電壓數值的大小，進(jìn)給速度高低，啟動(dòng)間隙信號采樣與MD轉換。 4 結束語(yǔ) 本文介紹的基于ISA總線(xiàn)線(xiàn)切割間隙控制板，數據采集通過(guò)ISA總線(xiàn)插入工控機，即插即用，通過(guò)硬件電路設計采取相應措施．使得抗干擾能力強。在對本控制板所做的初步實(shí)驗中，加工過(guò)程穩定，其結構合理，性能可靠，且系統控制精度達到了實(shí)際加工的要求。 本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：線(xiàn)切割技術(shù)在特種加工領(lǐng)域占有重要的地位。我國自主研發(fā)的高速線(xiàn)切割技術(shù)已經(jīng)成熟，但是由于其加工精度不高應用受到限制；低速線(xiàn)切割由于其加工精度高而在各領(lǐng)域得到廣泛的應用。但是國內在低速線(xiàn)切割技術(shù)方面還不成熟，控制精度不高，尤其放電加工間隙狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制始終是一大難題。本課題對基于ISA的線(xiàn)切割間隙控制板的設計，能夠實(shí)現實(shí)時(shí)控制，同時(shí)控制精度得到了提高，降低成本，面向工業(yè)現場(chǎng)，在應用領(lǐng)域有所創(chuàng )新。 作者：羅麗萍，周慶龍 來(lái)源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第1-2期 |
