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ATmega128系统模块,设计一个数控雕刻机系统

2018年02月05日 10:07 次阅读

为了实现对迷你数控雕刻机的控制,提出了一种基于ATmega128的迷你数控雕刻机系统设计方案,并完成系统了的硬件电路设计和软件设计。该系统的硬件电路设计部分主要是电源电压转换电路以及以ATmega128单片机为主控芯片的控制主板与各模块相连电路;软件设计部分主要是利用AVR Studio开发环境编程,实现ATmega128单片机对步进电机、主轴电机、超声波传感器等部件的控制以及实现与PC机握手。重点设计了利用键盘操作板对雕刻头的初步定位系统。实际应用表明,该系统具有操作简便、安全可靠等特点,达到了设计要求。

随着艺术模型、机械加工、工装模具等产业的飞速发展,对加工设备提出的要求越来越高,雕刻机作为上述产业的重要组成部分也发生了快速的发展。

目前,传统雕刻机体积大、操作复杂、售价高。不仅需要专门的计算机搭载专门的软件,还需要专业操作人员进行控制,而且传统雕刻机主要用于批量生产,对于一些雕刻机爱好者和模具设计师想利用雕刻机雕刻单件自己设计的作品,传统雕刻机专业性强,费用高,不切实际。此外,一些传统的雕刻机使用之前需要人工通过转动三轴方向的手轮对雕刻头进行初步定位,精度、效率低。还有一些高端雕刻机采用软件对雕刻头初步定位,但是设备昂贵。

鉴于此,精心设计了一种迷你数控雕刻机系统。该系统不仅操作简单、方便,而且雕刻头初步定位精度精确、效率高。

1系统的总体设计

为满足该迷你数控雕刻机系统能够在非黑色金属材料上完成图案、文字的雕刻加工需求。设计了一款以ATmega128单片机为主控芯片的雕刻机系统,该系统包括步进电机驱动器模块、LCD12864液晶显示模块、键盘操作板模块、ATmega128单片机最小系统模块、超声波传感器、电源、串口通讯模块等几部分组成。

系统结构框图如图1所示。

基于ATmega128的迷你数控雕刻机系统设计


在本系统设计中,采用了ATMEL公司生产的ATmega128单片机作为主控芯片。该单片机属于AVR系列单片机中一种,拥有128 kB程序存储器,自带产生PWM波模块,方便对步进电机、主轴电机的控制。其中,PC机用于利用MACH3软件实现待加工物G代码的解释,实现相关数据格式的转换,然后通过串口通讯模块下载到以ATmega128单片机为主控芯片的控制主板里。由于在雕刻机工作之前需要对雕刻头的初步定位,系统中设计了按键操作板,通过对按键操作板上的上下、左右、前后等六个按键的操作即可完成对雕刻头的初步定位,提高了加工效率以及节省材料。系统还设计了LCD12864液晶显示屏,便于对雕刻机在加工时雕刻头位置坐标以及加工用时等参数的观察。对三轴上的步进电机的控制,本系统中利用ATmega128单片机自带PWM模块产生的PWM波对步进电机驱动器的控制,从而实现对三轴的步进电机的精确控制。

2功能模块选择

2.1 ATmega128单片机最小系统模块

ATmega128是由ATMEL公司设计的一款8位微处理器,具有128K字节的系统内可编程Flash,53个可编程的I/O口线,满足本设计中众多I/O口的需求,无需再扩展。此外,该单片机还拥有六路分辨率可编程的PWM,便于产生标准的脉冲信号。另外还拥有六个外部中断端口,可用于防碰撞设计。最小系统原理图如图2所示。

基于ATmega128的迷你数控雕刻机系统设计


2.2 LCD12864液晶显示模块

为了观察雕刻机在加工时雕刻头位置坐标以及加工用时等参数,本系统设计了LCD12864液晶显示模块。LCD12864液晶显示屏可以显示汉字、大小写字母、其他各种符号等,满足设计要求。本设计中,利用ATmega128单片机来控制LCD12864,其中PC口作为并行数据口使用,向LCD12864并行串口传送数据。PF口作为控制片选、读写、复位、串并数据传送方式选择使用。LCD12864液晶显示模块如图3所示。

基于ATmega128的迷你数控雕刻机系统设计


2.3步进电机驱动模块

步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移的电磁机械装置,是数控系统常用的驱动执行组件。步进电机必须有驱动器和控制器才能正常的工作,驱动器的作用是对控制脉冲进行环行分配、功率放大,使步进电机绕组按一定顺序通电,控制电机转动。

本系统设计中,使用BL-210作为步进电机的驱动器,该驱动器实现高频斩波,恒流驱动,具有很强的抗干扰性、高频性能好、起动频率高、控制信号与内部信号实现光电隔离、电流可选、结构简单、运行平稳、可靠性好、噪声小,可带动1.0 A以下所有的步进电机。此外,细分数可选(1/2,1/4,1/8),对应的微步距角分别为(0.9°/STEP、0.45°/STEP、0.225°/STEP)。BL-210步进电机驱动器电路图如图4所示。A+、A-接步进电机A相。B+、B-接步进电机B相。CW-信号传,反之发转。CP-信号控制步进电机的速度,ATmega128单片机产生的PWM波从此端口输入,当PWM波频率高时,步进电机速度较快,反之较慢。CP+、CW+为输入控制信号的公共阳端,都接高电平。

基于ATmega128的迷你数控雕刻机系统设计

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英飞凌PMSM电机控制系统的解决方案

东芝单芯片低脚数MCU可实现多电机控制

东芝公司旗下存储与电子元器件解决方案公司今日宣布,公司已成功研发出一个新的微控制器产品族—“M4K族...

发表于 2017-01-20 11:38 361次阅读
东芝单芯片低脚数MCU可实现多电机控制

意法半导体推出了处理性能强大的智能电机控制单封装...

横跨多重电子应用领域、全球领先的半导体供应商意法半导体(STMicroelectronics,STM...

发表于 2017-01-20 11:20 384次阅读
意法半导体推出了处理性能强大的智能电机控制单封装...

2022年全球运动控制市场规模将达到228.4亿...

电机广泛应用于工农业生产之中,对于我们的日常生活有着重要的作用。那么,对于运动控制市场或者驱动电机市...

发表于 2017-01-19 15:34 857次阅读
2022年全球运动控制市场规模将达到228.4亿...

通过变压缩比技术,可增强产品设计自由度!

该款2.0升汽油发动机最大功率200kW(升功率数据与现在主流的90-100kW/L左右相近),最大...

发表于 2016-12-29 16:14 319次阅读
通过变压缩比技术,可增强产品设计自由度!

汽车部分电机厂与整车配套关系盘点

电驱动系统包括电机和电机控制器两大部分,电机属于重资产的电机领域,而电机控制器则属于轻资产的电子领域...

发表于 2016-12-27 09:16 528次阅读
汽车部分电机厂与整车配套关系盘点

电机电控企业面临三个挑战

新能源汽车补贴退坡已成趋势,新能源汽车产业链将引来一波降价潮,而位于产业链中游的锂电池和电机电控企业...

发表于 2016-12-08 23:19 436次阅读
电机电控企业面临三个挑战

历年来投诉最多的十款汽车发动机!

作为汽车的心脏,发动机为汽车的行走提供动力、经济性、环保性。通过对历年投诉数据的整理,我们从中遴选出...

发表于 2016-11-30 09:49 1006次阅读
历年来投诉最多的十款汽车发动机!

智能按摩椅组成部分及各个功能

能按摩椅的工作原理是什么?控制系统首先完成硬件软件的初始化,然后扫描键盘的输入,根据键码设定的模块接...

发表于 2016-11-08 15:59 1134次阅读
智能按摩椅组成部分及各个功能

轮式移动机器人伺服控制系统设计

随着科学技术的发展,人类的研究活动领域已由陆地扩展到海底和空间。利用移动机器人进行空间探测和开发,己...

发表于 2016-11-01 16:22 546次阅读
轮式移动机器人伺服控制系统设计

基于ARM和FPGA的多路电机控制方案

专用控制器由ARM(LPC2214)、FPGA(EP2C5T144C8)、驱动器接口电路、编码器接口...

发表于 2016-10-27 17:10 853次阅读
基于ARM和FPGA的多路电机控制方案

半导体技术可保持有刷电机的简单性

 电机到处都是,但不像灯泡,它们不是那么明显。当有无生命的物理在移动时,很可能是由一个电机驱动。这些...

发表于 2016-10-17 17:17 543次阅读
半导体技术可保持有刷电机的简单性

详解二次回路的基本控制原理

想要电动机启动,可不是合上闸这么简单。想要实现远程控制和多点控制,需要做的还有很多。本文列举几个最基...

发表于 2016-10-11 17:57 1159次阅读
详解二次回路的基本控制原理

更小更智能的电机控制器推进HEV/EV市场

随着混合动力车辆/电动车辆(HEV/EV)市场不断扩大,人们对于更高效和智能的电机位置控制的需求也变...

发表于 2016-09-10 13:42 783次阅读
更小更智能的电机控制器推进HEV/EV市场

使用ADSP-CM408F ADC控制器的电机控...

本应用笔记介绍ADSP-CM408F模数转换器控制器(ADCC)模块的主要特性,重点讨论该产品在高性...

发表于 2016-08-26 18:03 639次阅读
使用ADSP-CM408F ADC控制器的电机控...

基于DSP的三相8极无刷直流电机控制设计

本文给出了基于TMS320F28335 DSP的无刷直流电机的控制系统设计方案,对控制系统的主要硬件...

发表于 2016-08-25 15:17 1149次阅读
基于DSP的三相8极无刷直流电机控制设计

常用电机控制电路图TOP12

电机控制指的是对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行的控制。电机控制根据不同电机的类型及电机的使用...

发表于 2016-08-24 02:29 11101次阅读
常用电机控制电路图TOP12

控制器、伺服电机、减速机成机器人产业主要瓶颈

我国的工业机器人三大核心零部件控制器、伺服电机、减速机是制约中国机器人产业的主要瓶颈,占到机器人成本...

发表于 2016-06-27 09:39 1724次阅读
控制器、伺服电机、减速机成机器人产业主要瓶颈

新能源汽车电机、电控技术剖析

电控单元相当于传统汽车的ECU,是电动汽车上对高压零部件实现控制的主要执行单元。除了电机控制以外,对...

发表于 2016-05-22 22:28 1775次阅读
新能源汽车电机、电控技术剖析

Intersil多相55V同步升压控制器简化汽车...

创新电源管理与精密模拟解决方案领先供应商Intersil公司(纳斯达克交易代码:ISIL)今天宣布,...

发表于 2016-03-02 10:46 402次阅读
Intersil多相55V同步升压控制器简化汽车...

国内汽车发动机格局 内外兼修方能谋增长

从几大柴油机企业的规划及行动不难看出,发动机企业内外兼修是未来谋求市场份额提升的重要支撑。

发表于 2016-02-19 09:23 399次阅读
国内汽车发动机格局 内外兼修方能谋增长

易用的PFC助益电机控制应用

本文介绍一种利用ADI公司带监控功能的ADP1047和ADP1048数字PFC控制器设计极其灵活且功...

发表于 2016-01-26 16:43 330次阅读
易用的PFC助益电机控制应用

机器人产业过热,真像组装手机那么简单?

短短两年时间内,中国机器人企业就已达到400多家,但其中少有能做出优质产品的企业,更多的人只是买来设...

发表于 2015-12-28 08:58 505次阅读
机器人产业过热,真像组装手机那么简单?