Điều khiển máy khoan mạch in CNC dùng động cơ bước

CHƯƠNG MỞ

I _ KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ

ĐẦU

Hệ thống điều khiển máy khoan bằng máy tính điện tử là một tập

hợp các thiết bị

và phụ

kiện liên quan. Để

nắm được hết các nguyên lý

hoạt động và cấu tạo của chúng rõ ràng là một vệc không đơn giản. Thậm chí ngay cả tên gọi của một số bộ phận trong hệ thống cũng gây phiền hà

cho người sử

dụng. Trước những tiến bộ

như

vũ bảo của ngành công

nghiệp ngày nay và nhu cầu ứng dụng máy tính vào mọi lĩnh vực, hệ thống điều khiển tự động ngày càng được phát triển một cách hồn hảo và có độ chính xác cao.

Hoạt động cơ

bản của hệ

thống điều khiển máy khoan bằng máy

tính được thực hiện cũng giống như các loại giao tiếp khác. Dữ liệu được chứa trong bộ nhớ của máy tính, sau đó được xuất ra qua cổng giao tiếp nối

tiếp đưa đến máy khoan để

điều khiển động cơ

định vị

đúng vị

trí cần

khoan, và cứ thế hết vị trí này đến vị trí khác đến khi nào mà máy tính gởi lệnh dừng thì động cơ không hoạt động nữa. Khi ấy hệ thống khoan mạch in hồn thành.

II_ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Do thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài chỉ giới hạn trong vòng 6 tuần, với vốn kiến thức và việc tìm hiểu về hệ thống điều khiển và cơ cấu cấu tạo, cũng như các bộ phận chi tiết trong hệ thống điều khiển còn hạn chế, luận văn này chỉ thực hiện trong phạm vi ứng dụng phần mềm PalEl để khoan mạch in bao gồm các phần sau:

Phần I

: Cơ sở lý thuyết về giao tiếp

Giao tiếp với máy tính

Giới thiệu về chuẩn RS232

Phần II : Các khái niệm về máy điều khiển

theo chương trình số

ại cương về điều khiển theo chương trình số Truyền động bằng động cơ bước

Phần III : Phần mềm

Ứng dụng phần mềm PALEl để khoan mạch in

III _ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Dựa trên tài liệu và thiết bị điều khiển, đặt biệt máy khoan có sẵn, cũng như phần mền điều khiển được dịch từ tài liệu PAL_EP ….. để viết

một chương trình ứng dụng thực tế đơn giản nhằm góp phần phong phú

thêm cho việc hiểu biết về lĩnh vực này đồng thời có thể mở hướng cho những đề tài sau

rộng và định

CHƯƠNG I‌

GIAO TIẾP MÁY TÍNH

I _ CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ MÁY TÍNH

Trải qua một thời gian dài từ phát minh đầu tiên ra máy tính cho đến nay, máy tính đã không ngừng nâng cao và phát triển qua nhiều thế hệ. Tuy

nhiên hầu hết máy tính đang phổ biến hiện nay đều có nguồn gốc xuất

phát từ họ PC (Personal Computer). Đầu tiên là kiểu máy PCXT do hãng

IBM chế tạo với bộ xử lý (CPU) 8088 của hãng Intel. Đây là hệ thống xử lý dữ liệu 16 bit nhưng dùng bus dữ liệu 8 bit.

Tiếp theo đó là máy AT ra đời với bộ xử lý 80286 có tính năng hơn hẳn chip 8088 của máy PC XT. Nó có khả năng tạo ra bộ nhớ ảo, đa nhiệm

vụ, tốc độ

nhanh, độ

tin cậy cao và dùng bus dữ

liệu 16 bit. Đa nhiệm

(Multitasking) là khả năng thực hiện một lúc nhiều nhiệm vụ:

- Vừa in một tài liệu

- Vừa tính tốn một phép tính

Công việc này thực hiện được nhờ hốn chuyển nhanh theo sự theo dõi của CPU đến các chương trình mà nó đang nắm quyền điều khiển

.Việc này được thực hiện ngay bên trong CPU cộng với một vài giúp đỡ của hệ điều hành.Bộ nhớ ảo (Virtull Memory) cho phép máy tính làm việc

với một bộ nhớ dường như lớn hơn nhiều so với bộ nhớ vật lý hiện có:

Công việc này thực hiện được nhờ cứng cực kỳ tinh xảo.

một phần mềm và sự

thiết kế

phần

Ngày nay các máy AT 386, 486, Pentium dùng chip CPU lần lượt là 80386, 80486, P5 là kết quả của trình độ kỹ thuật và công nghệ hiện đại.

Chương trình một bộ

nhớ

lớn hơn tổ

tiên là : 8088 hay 80286 cùng với

nhiều chức năng mới, thêm nữa là tốc độ vi xử lý không ngừng được nâng cao độ rộng của data bus cũng mở rộng lên 32bit rồi 64 bit với Pentium.

II _ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀO RA:

1. Vào ra điều khiển bằng chương trình:

Thiết bị ngoai vi điều ghép với Bus hệ thống vi xử lý thông qua các

phần thích

ứng về

công nghệ

chế

tạo và logic. Thích

ứng về

công nghệ

chế

tạo là điều chỉnh mức công nghệ

sản xuất thiết bị

ngoại vi và công

nghệ sản xuất của mạch trong hệ vi xử lý. Thích ứng về Logic là nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển ngoại vi tín hiệu trên bus hệ thống.

Trong hệ vi xử lý một vùng nhớ dùng làm nơi chứa địa chỉ cổng vào ra và CPU xuất hoặc nhập dữ liệu từ các cổng vào ra này các lệnh xuất

nhập In/Out Lúc này cổng vào ra được xem như thanh ghi ngồi, chúng được viết vào hoặc đọc ra như ô nhớ Ram qua hai lệnh trên. Để phân biệt hướng xuất hoặc nhập dữ liệu từ cổng vào ra CPU phát ra tín hiệu điều khiển đọc hoặc viết. Để phân biệt vùng nhớ với thiết bị vào ra CPU phát ra tín hiệu điều khiển IO/M. Khi có các lệnh này thì các lệnh In/Out mới có tác dụng.

Ngồi các lệnh qui chiếu bộ nhớ, cũng như khả năng trao đổi dữ liệu giữa thiết bị ngoại vi và hệ vi xử lý. Lúc đó vào ra được gán như một địa chỉ ô nhớ của bộ nhớ. Các thanh ghi liên quan tới cổng vào ra được xem như ngăn nhớ. Khi bộ vi xử lý gọi địa chỉ và xung điều khiển đọc hay viết bộ nhớ không cần xác định nơi gởi là bộ nhớ hay thiết bị vào ra. Nó chỉ hỏi nơi gởi dữ liệu vào trong khoảng thời gian cho phép. Bộ logic bên ngồi sẽ giải mã địa chỉ kết hợp với xung MR, MW, để chọn thiết bị mà không phân biệt ngăn nhớ hay thiết bị vào ra.

2. Vào ra điều khiển bằng ngắt:

Với phương pháp điều khiển vào ra bằng chương trình, CPU phải liên tục kiểm tra trạng thái của thiết bị ngoại vi đến khi sẵn sàng, đó là sự lãng phí thời gian của CPU và chương trình dài và phức tạp. Khi bộ vi xử lý có nhiều thiết bị ngoại vi CPU không đáp ứng yêu cầu của chúng. Có thể

đáp

ứng yêu cầu ngoại vi nhanh chóng và không theo trình tự

như

định

trước nhờ cơ cấu ngắt CPU.

Nhờ tính chất đáp ứng tức thời của vi xử lý khi có yêu cầu ngắt từ thiết bị ngoại vi do đó các ngắt thường được dùng ở những trường hợp yêu

cầu đap ứng nhanh, thời gian trả lời ngắn, thực hiện ở bất kỳ thời điểm

nào. Khi đó CPU phải chuyển đến chương trình con, yêu cầu ngắt ở cuối bất kỳ lệnh nào trong chương trình chính. Các chương trình con phục vụ ngắt có thể lưu trữ nội dung các thanh ghi và khôi phục lại khi thực hiện xong chương trình phục vụ ngắt và trước khi trở lại chương trình chính.

Giao tiếp với maý tính là trao đổi dữ kiện giữa một máy tính với một hay nhiều thiết bị ngoại vi.

Theo tiêu chuẩn sản xuất, máy tính giao tiếp với người sử bằng hai thiết bị:

- Bàn phím để nhập dữ liệu

- Màn hình để hiển thị

dụng

Ngồi ra nhà sản xuất cho ta nhiều cách giao tiếp khác thông qua các

port như là các ngõ giao tiếp:

- Giao tiếp qua port com (nối tiếp)

- Giao tiếp qua port Parallel(song song)

Tùy theo trường hợp ứng dụng cụ thể mà chọn cách giao tiếp thích hợp.

III _ PHƯƠNG PHÁP GIAO TIẾP

1. Giao tiếp với máy tính thông qua slot card:

Bên trong máy tính, ngồi những khe cắm dùng cho card vào ra, card màn hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống. Để giao tiếp với máy tính, ta có thể thiết kế card mở rộng để gắn vào khe cắm mở rộng này. Ở máy tính PC/XT rãnh cắm chỉ có 1 loại với độ rộng 8 bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA (Industry Standard Architecture). Rãnh cắm theo tiêu chuẩn IS có 62 đường tín hiệu, qua các đường tín hiệu này máy tính có thể giao tiếp dễ dàng với thiết bị bên ngồi thông qua card mở rộng.

Trên rãnh cắm mở rộng, ngồi 20 đường địa chỉ, 8 đường dữ liệu, còn

có một số đường điều khiển như: RESET , IOR , IOW, AEN, CLK, ... Do đó

card giao tiếp với máy tính qua slot card đơn giản, số

bit có thể

tăng dễ

dàng, giảm được nhiều linh kiện, tốc độ truyền dữ liệu nhanh (truyền song song). Tuy nhiên, do khe cắm nằm bên trong máy tính nên khi muốn gắn card giao tiếp vào thì phải mở nắp ra, điều này gây bất tiện cho người sử dụng.

2. Giao tiếp qua Serial Port (Port COM) :

IBM PC cung cấp 2 cổng nối tiếp: COM1 và COM2. Các cổng này giao tiếp theo tiêu chuẩn RS232. Chúng có thể được nối với một Modem để dùng cho mạng điện thoại, hay nối trực tiếp với một máy tính khác. Dữ

liệu được truyền qua cổng này theo cách nối tiếp, nghĩa là dữ liệu được

gởi đi nối tiếp nhau trên 1 đường dây. Do các dữ liệu được truyền đi từng bit một nên tốc độ truyền chậm, các tốc độ truyền có thể là 300, 600, 1200, 2400, 4800bps, 9600bps, chiều dài dữ liệu có thể là 5, 6, 7 hoặc 8 bit và kết hợp với các bit Start, Stop, Parity tạo thành một khung (frame). Ngồi ra cổng này còn có các điều khiển thu (Receive), phát (Trans), kiểm tra. Cách

giao tiếp này cho phép khoảng cách truyền dữ truyền rất chậm tốc độ tối đa là 20kbps.

3. Giao tiếp qua cổng PRINT (Cổng máy in):

liệu xa, tuy nhiên tốc độ

IBM PC cho phép sử dụng đến 3 cổng song song có tên là LP1, LP2 và LP3. Kiểu giao tiếp song song được dùng để truyền dữ liệu giữa máy tính và máy in. Khác với cách giao tiếp qua Port Com, ở cách giao tiếp này dữ liệu được truyền song song cùng một lúc 8 bit. Vì thế nó có thể đạt tốc độ

cao. Connector của Port này có 25 chân bao gồm 8 chân dữ liệu và các

đường tín hiệu bắt tay (Handshaking ). Tất cả các đường Data và tín hiệu điều khiển đều ở mức logic hồn tồn tương thích với mức TTL. Hơn nữa,

người lập trình có thể điều khiển cho phép hoặc không cho phép các tín

hiệu tạo Interrupt từ ngõ vào nên việc giao tiếp đơn giản và dễ dàng. Tuy nhiên, giao tiếp với mức logic TTL nên khoảng cách truyền bị hạn chế so với cách truyền qua Port Com, đồng thời cáp truyền cũng phức tạp hơn. Đó là nhược điểm của cách giao tiếp này.

CHƯƠNG II‌

GIỚI THIỆU CHUẨN RS232C

Vào năm 1960, cùng với sự phát triển mạnh của các thiết bị đầu cuối

máy tính chia sẻ thời gian, các Modem đã được tung ra ngày càng nhiều

nhằm đảm bảo cho các thiết bị đầu cuối có thể dùng các đường điện thoại để thông tin giữa các máy tính với nhau ở những khoảng cách xa. Modem và các thiêt bị được dùng để gửi số liệu nối tiếp thường được gọi là thiết

bị thông tin số

liệu DCE (Datommunication Equipment). Các thiết bị

đầu

cuối hoặc máy tính đang gửi hay nhận số liệu được gọi là các thiết bị đầu số liệu DTE (Data Terminal Equipment). Nhằm đáp ứng với nhu cầu về tín hiệu và các chuẩn bắt tay (handshake standards) giữa DTE và DCE, hiệp hội kỹ thuật điện tử EIA đã đưa ra chuẩn RS232C. Chuẩn này mô tả chức năng 25 chân tín hiệu và bắt tay cho việc chuyển dữ liệu nối tiếp. Nó cũng mô tả các mức điện áp, trở kháng, tốc độ truyền cực đại và điện dung cực đại cho các đường tín hiệu này.

RS232 ấn định 25 chân tín hiệu, và quy định các đầu nối DTE phải là male (đực) và các đầu nối DCE phải là female (cái). Một loại đầu nối đặc biệt không được cho, nhưng thường dùng nhiều nhất là đầu nối mele DB25P (hình 21). Ngồi ra, đối với nhiều hệ thống còn dùng loại 9 chân như loại DE9P mele (hình 22).

Hình 21 Hình 22

Được EIA đưa vào năm 1969 để truyền dữ liệu nối tiếp và tín hiệu

điều khiển giữa Modem và thiết bị đầu cuối (hoặc máy tính) với tốc độ

truyền tối đa là 20kbps ở cự ly khoảng 15m. đây là một dạng giao tiếp loại TTL + bộ kích đường dây không cân bằng.

Việc mô tả chuẩn này được chia làm ba phần: Các đặc điểm kỹ

thuật về điện, mô tả các đường dữ liệu điều khiển và sử dụng bộ kết nối chân ra.

I _ ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT VỀ ĐIỆN CỦA RS232C

IN NUMBERS FOR 9

PINS

PIN NUMBERS FOR 25 PINS	COMMON NAME	RS232C NAME	SIGNAL DIRECTION ON DCE
	1		AA
3 2 7 8	2 3 4 5	TxD RxD RTS CTS	BA BB CA CB	IN OUT IN OUT
6	6	DSR	CC	OUT
5	7	GND	AB
1	8	CD	CF	OUT
	9
	10
	11
	12		SCF	OUT
	13		SCB	OUT
	14		SBA	IN
	15		ĐB	OUT
	16		SBB	OUT
	17			OUT
	18
	19		SCA	IN
4	20	DTR	CD	IN
	21		CG	OUT
9	22		CE	OUT
	23		CH/CI	IN/OUT
	24		DA	IN
	25