基于ARM和μC/OS-Ⅱ的嵌入式数控系统的设计与开发

论文摘要

嵌入式系统是近年来发展最快的技术之一。采用嵌入式系统可以缩短产品研发周期,提高系统的可靠性和性价比。由于嵌入式系统既有单片机系统成本低、体积小、功耗低的特点,又具有PC平台的开发环境好、资源丰富、具备操作系统、用户界面友好的特点,因而在数控技术领域会有良好的发展前景。本课题在江苏省自然科学基金重大(招标)项目(BK2003005)资助下,在对嵌入式系统、数控系统进行深入分析研究的基础上,完成了基于ARM微处理器的嵌入式数控系统的设计与开发。系统采用模块化设计,主要模块包括:ARM微处理器模块、存储器模块、人机交互模块、通信接口模块、CPLD/FPGA模块、输入输出模块。系统采用二次插补法,即ARM微处理器实现粗插补,FPGA实现DDA硬插补,同时配合良好的加减速控制,保证了插补的连续性和稳定性。软件系统以μC/OS–II嵌入式实时操作系统为核心,开发系统所需的底层设备驱动程序和应用程序接口(API)函数。该数控系统可以控制四轴联动,具有大量I/O接口,具有主轴和手脉信号接口,具备友好的人机交互功能,可应用于数控车床和数控铣床。目前本系统已经基本实现了预期的目标,运动轴信号输出频率可达到1MHz,最大快速移动速度为60m/min,主要性能指标达到数控系统先进水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数控系统发展背景
• 1.3 国内外发展概况
• 1.4 课题研究意义
• 1.5 本课题研究主要内容
• 第二章 嵌入式数控系统总体结构设计
• 2.1 系统功能要求
• 2.2 嵌入式开发平台的选择
• 2.2.1 ARM 体系嵌入式微处理器
• 2.2.2 μC/OS–II 嵌入式实时操作系统
• 2.3 嵌入式数控系统硬件总体结构设计
• 2.4 嵌入式数控系统软件的结构
• 第三章 嵌入式数控系统硬件电路的设计与开发
• 3.1 ARM 微处理器模块
• 3.1.1 S3C44B0X 及片内外围简介
• 3.1.2 S3C44B0X 系统管理器
• 3.2 存储器模块
• 3.2.1 EPROM
• 3.2.2 SDRAM
• 3.2.3 NAND-Flash
• 3.2.4 SRAM
• 3.3 电源模块
• 3.3.1 电源转换电路
• 3.3.2 微处理器监控器电路
• 3.4 人机交互模块
• 3.4.1 键盘及LED 指示灯接口电路
• 3.4.2 液晶显示电路
• 3.4.2.1 S3C44B0X 内置LCD 控制器
• 3.4.2.2 Kyocera KCG075VG2BE 简述
• 3.4.2.3 KCG075VG2BE 与S3C44B0X 硬件电路设计
• 3.5 通信接口模块
• 3.5.1 JTAG 接口电路
• 3.5.2 RS-232 串行接口电路
• 3.5.3 USB 接口电路
• 3.6 D/A 转换模块
• 3.6.1 隔离
• 3.6.2 D/A 转换
• 3.6.3 放大
• 3.7 CPLD/FPGA 模块
• 3.7.1 器件选择
• 3.7.2 CPLD 和FPGA 的配置
• 3.7.3 并行接口
• 3.8 输入输出模块
• 3.8.1 开关量输入输出接口
• 3.8.2 差分信号输入输出接口
• 第四章 基于ΜC/OS–II 系统软件设计
• 4.1 嵌入式数控系统应用任务的设计
• 4.1.1 μC/OS–II 嵌入式操作系统的任务管理
• 4.1.2 系统软件结构规划
• 4.2 键盘及指示灯模块和D/A 转换模块的软件设计
• 4.2.1 S3C44B0X SIO 口
• 4.2.2 键盘及指示灯
• 4.2.3 D/A 转换模块
• 4.3 液晶显示
• 4.3.1 S3C44B0X 内置LCD 控制器驱动程序的实现
• 4.3.2 LCD 接口函数
• 4.3.3 汉字库的嵌入
• 4.3.4 系统界面概述
• 4.4 插补控制
• 4.4.1 插补的概念
• 4.4.2 插补算法
• 4.4.3 粗插补
• 4.4.4 精插补
• 4.4.5 速度控制
• 第五章 系统调试
• 5.1 ARM 处理器及其相关外设的调试
• 5.2 数控系统信号接口的调试
• 5.3 结论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文