数控技术第三章精.ppt

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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级1第1页，本讲稿共49页 3.1 数控数控系统硬件组成及功能系统硬件组成及功能一、一、CNC系统硬件组成系统硬件组成一、一、CNC系统硬件组成系统硬件组成 CNC系统硬件系统硬件CNC装置：装置：微机基本系统微机基本系统+位置控制器位置控制器+内装型内装型PLC等等CNC装置接口：装置接口：人机交互接口、上位接口、下位接口人机交互接口、上位接口、下位接口输入输入/输出装置：输出装置：数控面板（数控面板（MDI/CRT）、操作面板、）、操作面板、手摇脉冲发生器、纸带阅读机等手摇脉冲发生器、纸带阅读机等驱动装置：驱动装置：速度

2、控制单元速度控制单元+伺服电机伺服电机位置检测装置：位置检测装置：感应同步器、光栅、编码器等感应同步器、光栅、编码器等逻辑控制装置：逻辑控制装置：独立型独立型PLC程序程序输入输入设备设备输出输出设备设备CNC装置装置PLC 位置位置检测器检测器进给进给电机电机主轴主轴电机电机主轴主轴控制控制单元单元进给进给控制控制单元单元机床机床电器电器第2页，本讲稿共49页 3.1 数控数控系统硬件组成及功能系统硬件组成及功能 二、二、CNC系统硬件总体结构及各部分功能系统硬件总体结构及各部分功能第第三三章章数数控控系系统统硬硬件件技技术术二、二、CNC系统硬件总体结构及各部分功能系统硬件总体结构及各部分

3、功能计算机计算机基本系统基本系统人机人机交互接口交互接口下位接口下位接口上位接口上位接口输入输出输入输出装置装置进给进给驱动驱动装置装置主轴主轴驱动驱动装置装置位置位置检测检测装置装置位置位置检测检测装置装置机床机床电器电器装置装置第3页，本讲稿共49页三、三、CNC系统部分硬件外形结构系统部分硬件外形结构 手摇脉冲发生器手摇脉冲发生器 编码器编码器 驱动装置驱动装置PLC 多多轴运动控制卡轴运动控制卡3.1 数控数控系统硬件组成及功能系统硬件组成及功能三三、CNC系统部分硬件外形结构系统部分硬件外形结构 CNC装置及数控装置及数控操作操作面板面板 第4页，本讲稿共49页一、一、CNC装置硬件

4、基本构成装置硬件基本构成 微机基本系统微机基本系统+各种接口各种接口+位置控制器位置控制器+内装型内装型PLC+电源电源 3.2 数控数控装置的硬件体系结构装置的硬件体系结构一、一、CNC装置硬件基本构成装置硬件基本构成第5页，本讲稿共49页二、二、CNC装置的分类装置的分类 按硬件按硬件 制造方式制造方式专机数控：专机数控：数控系统厂家（如西门子、发那科、数控系统厂家（如西门子、发那科、AB）生产，布局合理，结构紧凑，专用性强，硬）生产，布局合理，结构紧凑，专用性强，硬件无通用性件无通用性PC数控：数控：以工业以工业PC机或一般机或一般PC机为硬件平台，机为硬件平台，由由CNC机床厂插入控制

5、卡和软件，不设计专门硬机床厂插入控制卡和软件，不设计专门硬件，件，PC机批量生产，机批量生产，CNC系统成本低，通用系统成本低，通用 按电路板按电路板 插接方式插接方式(专机数控专机数控)大板式结构：大板式结构：主板（微机基本系统主板（微机基本系统+位置控制电位置控制电路等）路等）+子板（扩展存储器板子板（扩展存储器板+PLC板板+图形控图形控 制制板板+电源单元等）电源单元等）模块化结构：模块化结构：控制单元母板控制单元母板(713槽槽)+功能模板功能模板(CNC控制板控制板+位置控制板位置控制板+PLC板板+图形板图形板+通讯板通讯板+位置检测板等位置检测板等)，硬件与软件都按功能模块化，

6、硬件与软件都按功能模块化3.2 数控数控装置的硬件体系结构装置的硬件体系结构二、二、CNC装置的分类装置的分类第6页，本讲稿共49页 按按CPU 数量数量单单CPU结构：结构：CPU+总线总线存储器存储器+各种接口各种接口+位置位置控制器，控制器，CPU集中控制、分时处理完成所有数控功集中控制、分时处理完成所有数控功能和管理功能。能和管理功能。投资小投资小,结构简单结构简单,易于实现。系统易于实现。系统功能受到功能受到CPU字长、数据宽度、寻址能力和运算速字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制，现在已被多机系统的主从结构所度等因素的限制，现在已被多机系统的主从结构所取代。取代。多多CP

7、U结构：结构：每个每个CPU子系统分别完成不同的子子系统分别完成不同的子任务，各子系统间通过通信（共享总线或共享存储任务，各子系统间通过通信（共享总线或共享存储器）协调动作，完成数控任务。常见结构有主从结器）协调动作，完成数控任务。常见结构有主从结构、多主结构、分布结构。构、多主结构、分布结构。3.2 数控数控装置的硬件体系结构装置的硬件体系结构二、二、CNC装置的分类装置的分类第7页，本讲稿共49页CPUCMOSROMRS-232I/O接接口口CRT接接口口PLC控控制制位置位置控控制制控制控制媒介媒介机床机床控制控制面板面板速度控速度控制单元制单元EPROMCRT总总 线线3.2 数控数控

8、装置的硬件体系结构装置的硬件体系结构三、三、CNC装置的体系结构框图装置的体系结构框图三、三、CNC装置的体系结构框图装置的体系结构框图单机系统单机系统第8页，本讲稿共49页大板式结构大板式结构第9页，本讲稿共49页模块化结构模块化结构第10页，本讲稿共49页其其 他他 外外 围围 设设 备备I/O接口接口辅助功能辅助功能CPU|输入端输入端|输出端输出端可编程控制器可编程控制器 CNC插补插补|位置控制位置控制 模块模块|几何处理模块几何处理模块 其其 他他功功 能能管理模块管理模块存储器存储器多机系统多机系统CNC系统并联数据总线系统并联数据总线多机系统多机系统 分布结构系统：分布结构系统

9、：整个系统有两个或两个以上的带整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能模块，每个模块有独立的运行环境，模的功能模块，每个模块有独立的运行环境，模块间采用松耦合。块间采用松耦合。多主结构系统：多主结构系统：整个系统有两个或两个以上的带整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能部件对系统资源有控制和使用权，模块间采的功能部件对系统资源有控制和使用权，模块间采用紧耦合。用紧耦合。主从结构系统：主从结构系统：系统只有一个系统只有一个CPU(主主CPU)处于主处于主导地位，对系统资源有控制和使用权，其他导地位，对系统资源有控制和使用权，其他CPU处于处于从属地位，只能接受主从属地位，只能接受主CPU的控制

10、命令或数据，或向的控制命令或数据，或向主主CPU发出请求信息以获得所需数据。模块间采用紧发出请求信息以获得所需数据。模块间采用紧耦合。耦合。第11页，本讲稿共49页共享总线结构共享总线结构优点：结构简单、系统配置灵活、实现容易、造价低等。优点：结构简单、系统配置灵活、实现容易、造价低等。缺点：总线故障，影响整个系统，信息传输效率低。缺点：总线故障，影响整个系统，信息传输效率低。第12页，本讲稿共49页共享存储器结构共享存储器结构缺点：同一时刻只能有一个缺点：同一时刻只能有一个CPU对存储器进行读或写，功能复杂，对存储器进行读或写，功能复杂，效率低。效率低。第13页，本讲稿共49页四、开放式数控

11、体系结构四、开放式数控体系结构 开放式数控系统的结构类型开放式数控系统的结构类型专用专用CNC+PC型（型（PC嵌入嵌入NC式结构）：式结构）：在传统专机在传统专机CNC系统中简系统中简单嵌入单嵌入PC技术，使整个系统可以共享一些计算机软硬件资源；技术，使整个系统可以共享一些计算机软硬件资源；PC机主要起到辅助编程、分析、监控、指挥生产、编排工艺等非实时机主要起到辅助编程、分析、监控、指挥生产、编排工艺等非实时性工作；其开放性只在性工作；其开放性只在PC部分，用户无法进入数控系统的核心部分，用户无法进入数控系统的核心（CNC部分）部分）运动控制器运动控制器+PC型（型（NC嵌入嵌入PC式结构）

12、式结构）：目前最流行的目前最流行的以标以标准准PC机为硬件平台的机为硬件平台的开放式数控系统开放式数控系统，其运动控制器（如，其运动控制器（如PMAC多轴运动控制卡）本身具有多轴运动控制卡）本身具有CPU（高速（高速DSP）实际就是数控系统，）实际就是数控系统，具有很强的运动控制和具有很强的运动控制和PLC 控制能力，可单独使用；控制能力，可单独使用；PC机处理非实机处理非实时部分，时部分，PMAC承担实时控制；开放包括通信端口在内的大部分地承担实时控制；开放包括通信端口在内的大部分地址空间，辅以通用的址空间，辅以通用的DLL同同PC机结合得最为紧密；其开放的函数库机结合得最为紧密；其开放的函

13、数库可供用户在可供用户在Windows平台上自行开发构造所需的数控系统平台上自行开发构造所需的数控系统3.2 数控数控装置的硬件体系结构装置的硬件体系结构四、开放式数控体系结构四、开放式数控体系结构第14页，本讲稿共49页3.2 数控数控装置的硬件体系结构装置的硬件体系结构四、开放式数控体系结构四、开放式数控体系结构纯纯PC型（全软件式）：型（全软件式）：最新的开放式体系结构的数控系统，提最新的开放式体系结构的数控系统，提供给用户最大的选择性和灵活性。供给用户最大的选择性和灵活性。其其CNC软件全部装在软件全部装在PC机内，机内，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部而硬件部分仅是计算机与伺服驱

14、动和外部I/O之间的标准化通用接之间的标准化通用接口，就像计算机中可以安装各种品牌的声卡、口，就像计算机中可以安装各种品牌的声卡、CD-ROM和相应的驱和相应的驱动程序一样，用户可以在动程序一样，用户可以在Windows NT平台上利用开放的平台上利用开放的CNC内核内核开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统；具有最高的开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统；具有最高的性能价格比，最有前途和生命力性能价格比，最有前途和生命力n 开放式数控体系结构的特点开放式数控体系结构的特点 基于基于PC机（机（PC数控系统）数控系统），通用操作系统平台，通用操作系统平台 各模块相互独立，

15、易于开发各模块相互独立，易于开发系统开发费用低，而性能和可靠性容易不断改善系统开发费用低，而性能和可靠性容易不断改善标准化人机界面和编程语言，方便使用标准化人机界面和编程语言，方便使用 便于批量生产便于批量生产便于扩展、集成、更新便于扩展、集成、更新第15页，本讲稿共49页一、一、CNC装置装置I/O接口的作用接口的作用 电平转换与功率放大电平转换与功率放大 由于由于CNC装置内是装置内是TTL（Transistor-Transistor Logic）脉冲或）脉冲或电平信号（电平信号（0.2-3.5V），而要监控的设备或电路信号不一定是），而要监控的设备或电路信号不一定是TTL信号，而且有的负

16、载比较大；信号，而且有的负载比较大；电气隔离电气隔离 为防止干扰信号的串入引起误动作以及强电对为防止干扰信号的串入引起误动作以及强电对CNC装置装置的破坏，需的破坏，需将将CNC装置与机床之间的信号在电气上加以隔离；装置与机床之间的信号在电气上加以隔离；信号变换信号变换 CNC装置内部只能处理数字信号，采用模拟量传送时，需在装置内部只能处理数字信号，采用模拟量传送时，需在CNC装装置置与机床电气设备之间进行信号变换与机床电气设备之间进行信号变换 信号整形或复原信号整形或复原 减少信号传输过程中由于衰减、噪声和反射等引起的畸变减少信号传输过程中由于衰减、噪声和反射等引起的畸变 3.3 CNC装置

17、的装置的I/O设备及其设备及其接口接口一、一、CNC装置装置I/O接口的作用接口的作用第16页，本讲稿共49页 按按CNC装置装置I/O接口的功能接口的功能与上位系统的接口：与上位系统的接口：与与DNC、FMS或或CIMS 或上位机的接口或上位机的接口与用户之间的交互设备的接口：与用户之间的交互设备的接口：与键盘、显示器、操作面板、与键盘、显示器、操作面板、磁盘驱动器、手摇脉冲发生器、纸带阅读机等的接口磁盘驱动器、手摇脉冲发生器、纸带阅读机等的接口与下位系统的接口：与下位系统的接口：与与驱动装置、传感器和驱动装置、传感器和机床电器控制器的接口机床电器控制器的接口 按按CNC装置装置I/O信号的

18、类型信号的类型直流数字直流数字I/O接口接口（机床（机床I/O接口、开关量接口、开关量I/O接口）：操作面板、接口）：操作面板、限位开关、强电柜等的接口限位开关、强电柜等的接口直流模拟直流模拟I/O接口：接口：进给坐标轴和主轴伺服控制的接口进给坐标轴和主轴伺服控制的接口交流交流I/O接口：接口：直接控制功率执行器件直接控制功率执行器件(电磁阀、离合器等电磁阀、离合器等)3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口二、二、CNC装置装置I/O接口的分类接口的分类 按按CNC装置所装置所 连接的连接的I/O设备设备人机界面接口：人机界面接口：键盘、显示器、操作面板、手摇脉冲发生键盘、显

19、示器、操作面板、手摇脉冲发生器、纸带阅读机等的接口器、纸带阅读机等的接口驱动接口：驱动接口：与进给轴和主轴驱动装置及传感器的接口与进给轴和主轴驱动装置及传感器的接口辅助功能接口：辅助功能接口：与与PLC的接口的接口通讯及网络接口：通讯及网络接口：与外设及上位系统的接口与外设及上位系统的接口二、二、CNC装置装置I/O接口的分类接口的分类第17页，本讲稿共49页三、数控三、数控键盘及其键盘及其接口电路接口电路矩阵式键盘结构矩阵式键盘结构3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 三、数控三、数控键盘及其键盘及其接口电路接口电路行行线线扫扫描描码码列列线线返返回回码码锁存器锁存器三态

20、门三态门00001111110101111111100100反相器反相器第18页，本讲稿共49页 矩阵式键盘工作原理（按键识别方法矩阵式键盘工作原理（按键识别方法:两个识别）两个识别）扫描法扫描法(列扫描法、列扫描法、行扫描法行扫描法、行列扫描法、行列扫描法)1)将各行线全置为将各行线全置为0读入各列线电平读入各列线电平1:无键按下无键按下0:第第j列键按下列键按下2)逐行置逐行置0,其余各行置其余各行置1读入各列线电平读入各列线电平1:无键按下无键按下0:第第i行行j列键按下列键按下行列反转法行列反转法 1)将各列线全置低电平将各列线全置低电平读入各行线电平：读入各行线电平：若某行电平若某行

21、电平=0，则为按键所在行；，则为按键所在行；2)将各行线全置低电平将各行线全置低电平读入各列线电平：读入各列线电平：若某列电平若某列电平=0，则为按键所在列；，则为按键所在列；3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 三、数控三、数控键盘及其键盘及其接口电路接口电路注意：注意：有无反相器；有无反相器；扫描码和返回码的书写方式（按下标大小依次从左至右，如扫描码和返回码的书写方式（按下标大小依次从左至右，如DB3,DB2,DB1,DB0）回放上一页第19页，本讲稿共49页 键盘工作方式键盘工作方式(保证保证CPU及时响应键盘操作，且不过多占用及时响应键盘操作，且不过多占用CPU工工

22、作时间作时间)程控扫描：程控扫描：CPU空闲时，调用键盘扫描子程序空闲时，调用键盘扫描子程序定时扫描：定时扫描：CPU响应单片机内部定时器中断，定时扫描键盘响应单片机内部定时器中断，定时扫描键盘中断扫描：有键按下时，中断扫描：有键按下时，CPU响应键盘的中断请求进行扫描响应键盘的中断请求进行扫描3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 三、数控三、数控键盘及其键盘及其接口电路接口电路10110第20页，本讲稿共49页 按键消抖处理按键消抖处理3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 三、数控三、数控键盘及其键盘及其接口电路接口电路 硬件消抖：硬件消抖：RC滤波电

23、路，用于键少时；滤波电路，用于键少时；软件消抖：延时（软件消抖：延时（5-20ms）读键值，用于键多时）读键值，用于键多时第21页，本讲稿共49页四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路 显示器种类显示器种类显示器显示器CRT显示器（阴极射线管）显示器（阴极射线管）:显示字符、图形；显示信显示字符、图形；显示信息量大；便于人机对话；亮度高；单显彩显息量大；便于人机对话；亮度高；单显彩显LCD显示器（液晶显示器）显示器（液晶显示器）:本身不发光，功耗小，外本身不发光，功耗小，外加电压低加电压低LED显示器显示器（发光二极管）（发光二极管）:功耗小，亮度高，价格低，功耗小，亮度高，价格低，控制

24、简单控制简单 LED显示器结构原理显示器结构原理LED半导体器件半导体器件(发光二极管发光二极管):电电光转换光转换;单向导电性单向导电性 单个单个LED：故障报警，电源指示等：故障报警，电源指示等组合组合LED：8字形、米字形等，显示字符、字形、米字形等，显示字符、图形图形LED型式型式3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路第22页，本讲稿共49页 LED数码管结构：数码管结构：N个发光二极管显示字段个发光二极管显示字段 LED数码管数码管字形码字形码(段代码段代码)共阴极：各阴极连在一起，公共阴极接地；某管阳极为高电平共阴极：

25、各阴极连在一起，公共阴极接地；某管阳极为高电平 时，时，相应的发光二极管点亮，该段被显示相应的发光二极管点亮，该段被显示共阳极：各阳极连在一起，公共阳极接正电压；某管阴极为低共阳极：各阳极连在一起，公共阳极接正电压；某管阴极为低 电平时，相应的发光二极管点亮，该段被显示电平时，相应的发光二极管点亮，该段被显示3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路000001111011111000第23页，本讲稿共49页 段选线与位选线、段代码与位代码段选线与位选线、段代码与位代码3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示

26、器及其接口电路四、显示器及其接口电路段段选选线线位位选选线线1111100000000111000100011111第24页，本讲稿共49页 静态显示与动态显示静态显示与动态显示 静态显示：选定位上的静态显示：选定位上的LED显示块恒定导通或截止；每位可独立显示显示块恒定导通或截止；每位可独立显示不同字符；较小电流，较高亮度；每位占一个不同字符；较小电流，较高亮度；每位占一个8位位I/O口，适于位数较少口，适于位数较少动态显示：每位对应段选线并联在一起，共用一个动态显示：每位对应段选线并联在一起，共用一个8位位I/O口，口，适于位数较多；每位轮流短暂接通，周期性循环适于位数较多；每位轮流短暂接

27、通，周期性循环3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路静态显示静态显示动态显示动态显示第25页，本讲稿共49页 键盘、键盘、LED显示器与单片机的连接显示器与单片机的连接3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路 键盘扫描码与显示器位代码分时共用锁存器，键盘扫描前键盘扫描码与显示器位代码分时共用锁存器，键盘扫描前关显示（字形码即段代码为全关显示（字形码即段代码为全“暗码暗码”），防止扫描干扰显），防止扫描干扰显示示 采用动态显示，利用调用显示子程序的时间来产生避开按键抖动所

28、采用动态显示，利用调用显示子程序的时间来产生避开按键抖动所需的延时需的延时 第26页，本讲稿共49页 奥运会开幕式奥运会开幕式LED应用应用 这次奥运会吸引了全球观众的目光，其中除了人海的各项表演这次奥运会吸引了全球观众的目光，其中除了人海的各项表演外，最引人注目的是其大量使用了外，最引人注目的是其大量使用了LED科技，主要包括鸟巢会场中科技，主要包括鸟巢会场中央地板的央地板的LED屏幕、表演者身上的屏幕、表演者身上的LED装饰灯、空中升起的奥运五装饰灯、空中升起的奥运五环用环用LED光源、鸟巢会场看台上转播与提供现场观众用的光源、鸟巢会场看台上转播与提供现场观众用的LED屏幕屏幕等等，成了举

29、世关注的焦点之一。等等，成了举世关注的焦点之一。开幕倒数计时用的开幕倒数计时用的2008个缶，个缶，它虽然是中国古老的打击乐器，它虽然是中国古老的打击乐器，用来击缶而歌的，但在开幕式用来击缶而歌的，但在开幕式中，缶采用了中，缶采用了LED光源来点缀，光源来点缀，使用的触碰感应使用的触碰感应LED发光体，发光体，每个约有十余颗每个约有十余颗LED，估计用，估计用上上3万多颗万多颗LED。3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路第27页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显

30、示器及其接口电路 在奥运开幕式中，画卷的主体在奥运开幕式中，画卷的主体LED显示屏长显示屏长147米，宽米，宽22米，米，面积面积3234平方米，像素点间距平方米，像素点间距600毫米，共约毫米，共约44000组像素点，组像素点，6万个万个LED，是世界上最大的地面全彩，是世界上最大的地面全彩LED显示屏，每平方米显示屏，每平方米的承重能力达两吨，完全经得住演员踩踏、水浸。的承重能力达两吨，完全经得住演员踩踏、水浸。第28页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具

31、有的之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极的发展前景极为广阔。为广阔。第29页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路 CRT显示原理显示原理CRT系统系统CNC计计 算算 机机接接 口口缓冲缓冲存储器存储器显示显示控制器控制器CRT显示控制器的主要作用显示控制器的主要作用:接收来自接收来自CPU

32、的控制命令和显示用的数据的控制命令和显示用的数据;经与经与CRT扫描信号调制后，产生扫描信号调制后，产生CRT显示器所需要的视频信号显示器所需要的视频信号;由由CRT的电子枪对屏幕进行扫描，从而产生所需的画面。的电子枪对屏幕进行扫描，从而产生所需的画面。第30页，本讲稿共49页2.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路CRT工作原理工作原理屏幕上的图象显示，是利用阴极射线管屏幕上的图象显示，是利用阴极射线管中高速电子束的不断扫描来实现的。中高速电子束的不断扫描来实现的。高速电子束撞击荧光屏表面的磷高速电子束撞击荧光屏表面的磷光物，对应

33、位置就出现光点，光光物，对应位置就出现光点，光点的亮度决定于点的亮度决定于电子束的强度电子束的强度。为了使电子束能够有规律的从左到右、为了使电子束能够有规律的从左到右、自上而下地移动，以构成一帧完整幕自上而下地移动，以构成一帧完整幕面，必须加上偏转电路，电子束这种面，必须加上偏转电路，电子束这种移动称为移动称为扫描扫描。在电子束扫描过程中，利用图象信在电子束扫描过程中，利用图象信号不断控制电子束的强度，荧光屏号不断控制电子束的强度，荧光屏上就出现黑白图象。上就出现黑白图象。图像信号必须与扫描过程密切图像信号必须与扫描过程密切配合，否则，屏幕上就会杂乱配合，否则，屏幕上就会杂乱无章，不会显示清晰

34、的图像。无章，不会显示清晰的图像。第31页，本讲稿共49页逐行扫描形成帧面的示意图逐行扫描形成帧面的示意图第第1线线第第2线线第第3线线0 0水平逆程水平逆程(消隐消隐)水平正程水平正程(显示显示)开始垂直逆程开始垂直逆程3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路第32页，本讲稿共49页 CRT控制器控制器刷新存储器刷新存储器 “ASCII”刷新存储器刷新存储器 “状态状态”字字符符发发生生器器锁锁存存器器移移位位寄寄存存器器同步同步点时钟点时钟&线线地地址址视视频频信信号号字符字符CRT显示器接口框图显示器接口框图3.3 CNC装置

35、的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 四、显示器及其接口电路四、显示器及其接口电路 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1第33页，本讲稿共49页五、操作面板及五、操作面板及开关量开关量I/O接口（机床接口（机床I/O接口、直流数字接口、直流数字I/O接口）接口）电电路路 数控系统控制面板：数控系统控制面板：MDI面板（键盘面板（键盘+显示器，主要用于手工

36、显示器，主要用于手工程序输入、编辑等）程序输入、编辑等）+机床操作面板（主要用于手动方式下对机机床操作面板（主要用于手动方式下对机床的操作以及自动方式下对机床的操作或干预）床的操作以及自动方式下对机床的操作或干预）3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 五、操作面板及五、操作面板及开关量开关量I/O接口接口电路电路第34页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 五、操作面板及五、操作面板及开关量开关量I/O接口接口电路电路 机床操作面板结构与功能（华中机床操作面板结构与功能（华中p188）第35页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/

37、O设备及其设备及其接口接口 五、操作面板及五、操作面板及开关量开关量I/O接口接口电路电路开关量型式与开关量开关量型式与开关量I/O接口用途接口用途开关量型式开关量型式开关状态的闭合开关状态的闭合/断开断开指示灯亮指示灯亮/灭灭继电器或接触器吸合继电器或接触器吸合/释放释放电动机启动电动机启动/停止停止阀门打开阀门打开/关闭关闭脉冲信号、计数和定时信号脉冲信号、计数和定时信号开关量开关量I/O接口用途接口用途CNC开关量开关量I/O接口接口机床及操作面板机床及操作面板机床工作状态指示机床工作状态指示面板；控制机床动作信号面板；控制机床动作信号强电柜强电柜CNC面板开关及按钮信号、机床限位开关信

38、号面板开关及按钮信号、机床限位开关信号第36页，本讲稿共49页 开关量输入接口电路开关量输入接口电路功能：机床侧功能：机床侧+24V开关信号开关信号CNC（PLC）侧）侧TTL电平信号；电平信号；信号电隔离（光传递）；滤波防扰动信号电隔离（光传递）；滤波防扰动光电隔离器（光电隔离器（I/O接口器件，书接口器件，书p110,114）：输入端发光二极管；）：输入端发光二极管；输出端光敏三极管；隔离与电平转换输出端光敏三极管；隔离与电平转换3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 五、操作面板及五、操作面板及开关量开关量I/O接口接口电路电路第37页，本讲稿共49页 开关量输出接口电

39、路开关量输出接口电路功能：把控制机床动作的功能：把控制机床动作的信号送到强电柜，将机床各信号送到强电柜，将机床各种状态送到操作面板上并用种状态送到操作面板上并用指示灯显示。对指示灯显示。对TTL等逻辑等逻辑电路输出电流或电压放大电路输出电流或电压放大簧式继电器（簧式继电器（I/O接口器件，接口器件，书书p111,114）：簧片在磁场作：簧片在磁场作用下接触导通，有隔离、电用下接触导通，有隔离、电平转换和驱动作用平转换和驱动作用3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 五、操作面板及五、操作面板及开关量开关量I/O接口接口电路电路第38页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的

40、I/O设备及其设备及其接口接口 五、操作面板及五、操作面板及开关量开关量I/O接口接口电路电路大负载驱动输出电路（大负载驱动输出电路（新北理工图新北理工图4-32）第39页，本讲稿共49页六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路 数据通信基本概念数据通信基本概念数据通信系统：数据终端设备数据通信系统：数据终端设备+通信设备（如调制解调器）通信设备（如调制解调器）+传输媒体（如同轴电缆、光缆、电话线、微波、激光等）（严传输媒体（如同轴电缆、光缆、电话线、微波、激光等）（严图图7-10）3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通

41、信接口电路数据终端设备数据终端设备(DTE)：发送和接：发送和接受信息的设备受信息的设备（信源与信宿）（信源与信宿）数据通信设备数据通信设备(DCE)：信号变换：信号变换装置装置本地连接：通信本地连接：通信接口接口(RS-232C)第40页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路调制解调器（新北理工图调制解调器（新北理工图4-57，冯图，冯图7-16）第41页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路通信方式通信方式串行通信：

42、数据一位位地顺序传递，通信线路串行通信：数据一位位地顺序传递，通信线路 简单（可利用电话线），适用于远简单（可利用电话线），适用于远 距离，传输速度（波特率距离，传输速度（波特率-位位/s)慢慢并行通信：数据各位同时传递，传输速度（字并行通信：数据各位同时传递，传输速度（字 节节/s)快，但远距离、多位数时通信快，但远距离、多位数时通信 线路复杂，适用于近距离传送线路复杂，适用于近距离传送通信线路的通信方式通信线路的通信方式串行通信的数串行通信的数据传送方向据传送方向全双工通信全双工通信半双工通信半双工通信 （新北理工图（新北理工图4-56）单工通信单工通信串行通信的数串行通信的数据传输方式据

43、传输方式（冯图（冯图7-13）异步通信：适于异步通信：适于CNC系统串行通信系统串行通信 同步通信：效率高，速度快，适于信息量同步通信：效率高，速度快，适于信息量 大的远程通信大的远程通信第42页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路全双工传送全双工传送方式：通信方式：通信双方都能在双方都能在同一时刻进同一时刻进行数据发送行数据发送和接收操作和接收操作半双工传送半双工传送方式：数据方式：数据可双向传送，可双向传送，但通信双方但通信双方不能在同一不能在同一时刻进行发时刻进行发送和接收操送和接收操作作第43页，

44、本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路第44页，本讲稿共49页 串行通信标准接口（串行通信标准接口（EIA RS-232C,RS-422,RS-499等）等）EIA RS-232C电气特性：电气特性：EIA电平电平 在在TXD和和RXD数据上：逻辑数据上：逻辑“1”=-5-15V；逻辑；逻辑“0”=+5+15V在在RTS,CTS,DSR,DTR,和和 DCD等控制线上：等控制线上：信号有效（接通，信号有效（接通，ON状态，正电压）状态，正电压）=+5+15V；信号无效（断开，信号无效（断开，OFF状态，负电压

45、）状态，负电压）=-5-15V3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路（严图（严图7-33，新北理工，新北理工4-60）MC1488芯片：芯片：TTL电平电平EIA电平电平MC1489芯片：芯片：EIA电平电平TTL电平电平第45页，本讲稿共49页机械特性：机械特性：25个引脚（异步通信个引脚（异步通信9个）（新北理工表个）（新北理工表4-4）3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路第46页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接

46、口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路连接方式（新北理工图连接方式（新北理工图4-64）9个引脚个引脚联络控制信号线：联络控制信号线：DSR,DTR,RTS,CTS,RI,DCD数据发送数据发送/接收线：接收线：TXD,RXD信号地线：信号地线：SG第47页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路 网络通信标准与协议网络通信标准与协议开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSI/RM（严图（严图7-14）第48页，本讲稿共49页3.3 CNC装置的装置的I/O设备及其设备及其接口接口 六、六、数据通信及通信接口电路数据通信及通信接口电路TCP/IP协议（严图协议（严图7-15）MAP/TOP协议（严图协议（严图7-19）第49页，本讲稿共49页