电路板数控钻孔机的研制

《电路板数控钻孔机的研制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、电路板数控钻孔机的研制刘建春（厦门理工学院）吴道坚摘要现在电路板一般采用专业软件如PROTEL进行辅助设计，印制电路板后一般需钻孔。钻孔有的采用普通钻床手工钻孔，有的采用专用数控钻床加工，前者速度慢、精度差，后者成本太大。本文介绍一种经济型的电路板数控钻孔机的研制，非常适合中小型企业厂家、学校及个人科研开发使用。它是通过计算机把PROTEL产生的钻孔数据传送给单片机，然后利用单片机控制微型台式钻孔机的X、Y轴的步进电机移动和Z轴电机的升降运动，实现电路板全自动数控钻。实验表明，采用该设备可大大提高钻孔速度和精度。随着我国电子工业的快速发展

2、及集成电路的广泛应用，对印刷电路板的精度要求越来越高，传统的手工钻孔加工工艺已明显不能适应时代的要求。虽然目前也有专门用来加工电路板的数控钻床，但它只适用于专门从事印刷电路板的大型厂家，而对于一些小批量生产的厂家和开发电路板的科研单位，花费几万、甚至几十万去购买这些设备是不经济的。当然，也可以订做电路板，但存在批量少、价格贵、时间长等问题。针对这一现状，我们研制出由单片机控制的集成电路板数控钻孔机。该数控钻孔机具有体积小、功能强、成本低、精度高的特点。本机主要供中小型企业、学校及个人科研开发使用。本数控钻孔机的下位机控制系统采用AT89C

3、51单片机控制，主要作用是存贮钻孔的数据，并控制相应孔的加工。基于成本考虑，该系统采用开环控制系统。以下分别介绍上位机程序设计、下位机控制系统的硬件电路设计和软件设计以及钻孔机的结构设计。一、上位机控制系统设计在开发电路板数控钻孔机中，我们使用了VisualBasic6.0在Windows98环境下开发上位机(PC机)控制软件。首先运行PROTEL软件，打开相应电路板的PCB图，产生的钻孔数据。接着运行上位机控制软件，把PROTEL产生的钻孔数据（数控语言格式）转化为X坐标、Y坐标、孔径大小的格式，并把10进制的数据转为16进制的数据，然

4、后通过RS-232C串行口以十六进制数形式传送到下位机。在做RS-232C串行通讯时必须注意的一点是在发送字符数据时，必须是十六进制字符。由于下位机是8位单片机，所以在接收数据时，必须通过字节型数组变量传送，否则下位机接收时将显示为ASCII码[1]。二、下位机控制系统设计1主要硬件说明(1)CPU选用8位单片机AT89C51，其内部仅有256字节的RAM（数据存贮器），为了存放用户电路板加工数据，需扩展一片6264RAM（8K数据存贮器，大约可以存放1600个孔加工数据）。AT89C51内部带有4K的EEPROM（程序存储器）足以存放控

5、制程序，又有一个全双工的串行通讯口（RXD、TXD），可使用MAX232作电平转换与上位机通讯。2.1硬件系统扩展及工作原理主要包括控制系统扩展、输入系统扩展、输出系统扩展、通信模块扩展等，如图1所示。105为了使用户能控制加工过程，本数控钻孔机配置了键盘及12位8段数码显示器。当出现错误时可数码显示错误类型、并用蜂鸣器提醒用户。硬件上采用8279扩展键盘及显示芯片，可以接传感器、按键及显示器(最多可扩展16位)。在X轴和Y轴方向各安装两个传感器，当移动行程超出许可范围时，磁感应式传感器将产生中断信号，并在显示器上显示相应的信息，并由蜂鸣

6、器提醒用户注意，同时该方向上的按键无效(该系统会自动恢复按键功能)，防止误操作和损坏步进电机。在该系统中，键盘、传感器和显示器共用一片8279，降低了成本和电路的复杂性，并提高了系统的可靠性。传感器及按键处理采用同种电路、同种工作方式（将传感器当作按键进行处理）。显示器扩展电路主要显示X坐标、Y坐标、孔径和错误提示信息，由8279内部动态扫描，将FIFO显示单元数据送给对应的显示器，欲改变显示数据只需改变8279的FIFO单元内容。首先对8279进行总清(初始化)，再设定键盘/显示器的工作方式为(00001010B)左边输入，16位字符显

7、示(该系统需扩展12个显示器)，N键连续输入方式(若采用双键互锁方式，当中断时，相当于按键一直闭合，其它按键无法工作)、设定8279时钟分频系数为20(为8279内部提供100KHz的工作时钟)[2]。步进电机控制由P1口控制，主要完成对坐标轴(X、Y、Z)的移动控制及主电机(钻孔电机)控制。包括光电耦合、环形分配电路和驱动放大电路。2.2系统的软件设计软件设计时，应从全局出发，先将系统的任务按功能分成若干独立模块，并为每个执行模块定义，然后设计出每个具体模块的程序，最后组成一个系统。该系统的软件主要由以下几个模块组成：2.2.1主控程序

8、模块本模块的功能主要是程序的初始化和控制转移，如图2所示。①初始化：包括AT89C51和8279的初始化。②控制转移：根据读入的按键值执行相应的按键处理程序。1052.2.2执行按键功能模块对