基于A(yíng)VR的PCB板雕刻機的設計

摘要：為了提高PCB板制作的效率，改變傳統的化學(xué)腐蝕制板工藝，使用機械仿形銑制作電路板的方法，設計了以ATMEGA16單片機為核心部件的PCB板雕刻機控制系統。其中包括PCB雕刻機的基本功能、主要硬件電路設計和軟件的實(shí)現流程，并給出了相關(guān)設計電路。重點(diǎn)分析了雕刻機步進(jìn)電機的驅動(dòng)電路以及主軸電機的驅動(dòng)電路，該雕刻機經(jīng)實(shí)際運行，系統工作良好，可有效提高PCB板的制作效率。
關(guān)鍵詞：ATMEGA16；PCB；A3977；雕刻機；主軸電機

隨著(zhù)通信、計算機、消費電子等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，印刷電路板(PCB)行業(yè)也在快速發(fā)展，并給電子制造裝備提出越來(lái)越高的要求。在現代電子產(chǎn)品中，PCB成為電子產(chǎn)品的重要組成部分。在現代電子產(chǎn)品中，PCB成為電子產(chǎn)品的重要組成部分。
目前，電路板制作技術(shù)通常采用的是化學(xué)腐蝕制板工藝，并且這種制板技術(shù)仍在繼續沿著(zhù)大批量生產(chǎn)的方向發(fā)展。然而，并不是所有的產(chǎn)品、機構都需要這樣的量產(chǎn)成果，他們需要的是小批量或者極小批量PCB制作能力，需要柔性的隨需制作能力。所以，有必要對PCB板雕刻機進(jìn)行研究。
鑒于此，本文設計了一款使用機械仿形銑制作電路板的方法，大大縮短了研發(fā)周期，提高了設計成功率。

1 系統的總體設計
根據對PCB板雕刻機的分析，設計了一款以ATMEGA16單片機作為主控芯片的雕刻機，系統包括上下位機通訊模塊(包括串行傳輸和并行傳輸接口擴展模塊)、主軸電路模塊、存儲器擴展模塊(包括程序存儲器擴展和數據存儲器擴展)、鍵盤(pán)電路模塊、液晶顯示器接口電路模塊、步進(jìn)電機驅動(dòng)模塊、單片機復位電路等幾部分。
系統組成框圖如圖1所示。

在本系統中，采用AVR系列產(chǎn)品ATMEGA16作為控制芯片，使該系統擁有獨立的微處理器和獨立控制主板電源等，具有實(shí)用可靠和穩定的特點(diǎn)。其中PC機用來(lái)處理加工數據，轉換成下位機需要的數據格式，并傳輸數據。在與上位機的通訊中，本設計采用PC并行口的數據傳輸方式。實(shí)驗證明，滿(mǎn)足雕刻機高速加工的要求。系統擴展8255 A作為并行口輸出，A口用于控制X、Y向步進(jìn)電機的方向和進(jìn)給脈沖。B口用于向LCD寫(xiě)顯示數據，C口用于輸出LCD的控制信號。由于A(yíng)TMEGA16只有16 K字節的系統內可編程Flash、512字節EEPROM和1 K字節SRAM，無(wú)法滿(mǎn)足雕刻機程序以及數據的存儲。故需要通過(guò)擴展片外程序存儲器以及數據存儲器，來(lái)滿(mǎn)足加工時(shí)的要求。系統中的主軸轉速的控制，采用獨立于A(yíng)TMEGA16的電路。本設計中，通過(guò)555電路來(lái)產(chǎn)生脈沖信號，來(lái)驅動(dòng)主軸電機的轉動(dòng)。

2 功能模塊設計
2．1 系統擴展模塊
ATMEGA16單片機共有4個(gè)并行的I／O端口，PA、PB、PC和PD口。雖然看起來(lái)I／O端口比較多，但PA口同時(shí)作為存儲器擴展口；PB口用來(lái)與上位機的通信；PD口具有定時(shí)中斷功能，可以產(chǎn)生PWM脈沖信號。這樣當構成單片機系統后，只剩下PC口作為一般的I／O口使用。這對于稍大、稍復雜的系統而言，難以滿(mǎn)足應用上的需求，在設計中常需進(jìn)行I／O口的擴展。在單片機外部擴展I／O口時(shí)，本設計使用8255A芯片，擴展電路如圖2所示。8255A的輸出端口連接步進(jìn)電機的驅動(dòng)電路以及LCD顯示電路。