一种基于Windows的气动标记机全软件数控系统

论文摘要

当前数控系统的发展趋势是开放式的体系结构,而全软件数控则代表着开放式数控的发展方向。气动标记机是广泛应用于自动化工业生产领域里的一种机电一体化产品,其基于Windows的传统数控系统是“PC机+专用NC控制器”的结构模式,这种结构模式虽然也属于开放式体系结构的范畴,但它仍然没有将NC控制内核完全开放。由此带来的主要问题是PC机与专用NC控制器之间需要传送经过打包的、大量、复杂的打印数据,NC控制器解释执行这些数据,势必会降低系统的实时响应性,增加系统的不稳定性和受干扰的风险。论文针对基于Windows的传统标记机数控系统所存在的问题,研究开发了一种基于Windows的气动标记机数控系统,该系统是“PC机+步进电机驱动器”的结构模式, PC机不仅负责插补计算、I/O控制等实时操作,又负责人机接口等非实时任务,而步进电机驱动器只是作为一个扩展驱动板,完成对步进脉冲信号的隔离、放大和转化最后驱动步进电机运行。PC机传送给步进电机驱动器的不再是大量、复杂的标记打印数据,而是所有步进电机驱动器都能识别的数字式脉冲序列信号。整个系统的NC内核完全移植到了PC机上,完全对用户开放,是气动标记机领域真正意义上的全软件数控系统。由于在Windows主流操作系统下,如Windows2000和WindowsXP,不能直接访问物理端口,需要开发底层驱动程序间接地实现访问,论文根据功能需要和并口规范,自定义了25针LPT并口信号线,将其作为脉冲信号和其它开关信号传输的接口,采用在Microsoft Visual C++ 6.0环境中,配置Windows DDK开发环境的方法,开发出了底层LPT并口驱动程序,并将其封装成DLL（动态链接库）函数,使得上层标记打印软件平台访问LPT并口成为可能。开发底层LPT并口驱动程序及其DLL接口函数是开发整个气动标记机数控系统最为基础和核心的工作。文章最后根据气动标记机用步进电机及其驱动器的特点和全软件数控系统的要求,给出了步进电机选用设计的方法,并设计开发出了体积小、散热好、成本低、性能优良的步进电机驱动器。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的目的及意义
• 1.1.1 课题的目的
• 1.1.2 课题的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数控系统的发展现状及其趋势
• 1.2.2 Windows 环境下气动标记机数控系统的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 气动标记机全软件数控系统总体设计
• 2.1 系统总体结构及各自功能
• 2.2 气动标记机数控系统关键技术分析
• 2.2.1 底层LPT 并口驱动程序设计
• 2.2.2 开放的动态链接库接口函数设计
• 2.2.3 全软件数控下步进驱动器的设计
• 2.3 本章小结
• 3 软件设计
• 3.1 底层LPT 并口驱动程序设计的原理和方法
• 3.1.1 WDM 驱动程序模型及体系结构[2]
• 3.1.2 在Microsoft Visual C++ 6.0 下配置Windows DDK 开发环境
• 3.1.3 Windows NT/2000/XP 下访问物理端口原理
• 3.1.4 Windows NT/2000/XP 下访问物理端口的实现方法
• 3.2 底层LPT 并口驱动程序设计的实现
• 3.2.1 DriverEntry 例程的实现
• 3.2.2 LPTDispatch 例程的实现
• 3.2.3 LPTUnload 例程的实现
• 3.3 LPT 并口DLL 接口函数设计
• 3.3.1 DLL 技术及其优点
• 3.3.2 把驱动程序封装成DLL
• 3.3.3 LPT 并口DLL 接口函数的实现
• 3.3.4 DELPHI 中调用VC 开发的DLL
• 3.4 本章小结
• 4 硬件设计
• 4.1 步进电机设计
• 4.1.1 气动标记机用步进电机工作特点
• 4.1.2 步进电机参数设计
• 4.2 步进电机驱动器设计
• 4.2.1 驱动器功能与组成
• 4.2.2 P89LPC922 微控制器
• 4.2.3 外围电路设计
• 4.2.4 散热方案
• 4.2.5 驱动器嵌入软件设计
• 4.3 本章小结
• 5 可靠性与抗干扰设计
• 5.1 驱动器系统可靠性设计
• 5.1.1 驱动器系统失效分析
• 5.1.2 提高可靠性措施
• 5.2 驱动器系统抗干扰设计
• 5.2.1 干扰的来源渠道
• 5.2.2 硬件抗干扰措施
• 5.2.3 软件抗干扰措施
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 攻读硕士期间从事的科研工作及取得的成绩
• B 底层并口驱动源程序
• C 并口DLL 函数源程序