摘要：為了提高PCB板制作的效率，改變傳統(tǒng)的化學(xué)腐蝕制板工藝，使用機(jī)械仿形銑制作電路板的方法，設(shè)計(jì)了以ATMEGA16單片機(jī)為核心部件的PCB板雕刻機(jī)控制系統(tǒng)。其中包括PCB雕刻機(jī)的基本功能、主要硬件電路設(shè)計(jì)和軟件的實(shí)現(xiàn)流程，并給出了相關(guān)設(shè)計(jì)電路。重點(diǎn)分析了雕刻機(jī)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路以及主軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，該雕刻機(jī)經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)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(jī)；主軸電機(jī)

隨著通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)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(xiàn)代電子產(chǎn)品中，PCB成為電子產(chǎn)品的重要組成部分。在現(xiàn)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(xù)沿著大批量生產(chǎn)的方向發(fā)展。然而，并不是所有的產(chǎn)品、機(jī)構(gòu)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(duì)PCB板雕刻機(jī)進(jìn)行研究。
鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一款使用機(jī)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(shè)計(jì)成功率。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
根據(jù)對(duì)PCB板雕刻機(jī)的分析，設(shè)計(jì)了一款以ATMEGA16單片機(jī)作為主控芯片的雕刻機(jī)，系統(tǒng)包括上下位機(jī)通訊模塊(包括串行傳輸和并行傳輸接口擴(kuò)展模塊)、主軸電路模塊、存儲(chǔ)器擴(kuò)展模塊(包括程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展)、鍵盤(pán)電路模塊、液晶顯示器接口電路模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、單片機(jī)復(fù)位電路等幾部分。
系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

在本系統(tǒng)中，采用AVR系列產(chǎn)品ATMEGA16作為控制芯片，使該系統(tǒng)擁有獨(dú)立的微處理器和獨(dú)立控制主板電源等，具有實(shí)用可靠和穩(wěn)定的特點(diǎn)。其中PC機(jī)用來(lái)處理加工數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成下位機(jī)需要的數(shù)據(jù)格式，并傳輸數(shù)據(jù)。在與上位機(jī)的通訊中，本設(shè)計(jì)采用PC并行口的數(shù)據(jù)傳輸方式。實(shí)驗(yàn)證明，滿足雕刻機(jī)高速加工的要求。系統(tǒng)擴(kuò)展8255 A作為并行口輸出，A口用于控制X、Y向步進(jìn)電機(jī)的方向和進(jìn)給脈沖。B口用于向LCD寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)，C口用于輸出LCD的控制信號(hào)。由于ATMEGA16只有16 K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash、512字節(jié)EEPROM和1 K字節(jié)SRAM，無(wú)法滿足雕刻機(jī)程序以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。故需要通過(guò)擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，來(lái)滿足加工時(shí)的要求。系統(tǒng)中的主軸轉(zhuǎn)速的控制，采用獨(dú)立于ATMEGA16的電路。本設(shè)計(jì)中，通過(guò)555電路來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 功能模塊設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)擴(kuò)展模塊
ATMEGA16單片機(jī)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(chǔ)器擴(kuò)展口；PB口用來(lái)與上位機(jī)的通信；PD口具有定時(shí)中斷功能，可以產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)。這樣當(dāng)構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)后，只剩下PC口作為一般的I／O口使用。這對(duì)于稍大、稍復(fù)雜的系統(tǒng)而言，難以滿足應(yīng)用上的需求，在設(shè)計(jì)中常需進(jìn)行I／O口的擴(kuò)展。在單片機(jī)外部擴(kuò)展I／O口時(shí)，本設(shè)計(jì)使用8255A芯片，擴(kuò)展電路如圖2所示。8255A的輸出端口連接步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路以及LCD顯示電路。