论文摘要
当前,数控系统正逐步向着灵活性、组件化、可重构的开放式体系结构方向发展。软件开发新技术对开放式数控系统进行研究,已成为一种趋势。当前,数控系统大多基于PC平台,相对于PC平台的研究模式而言,采用嵌入式体系结构设计开放数控系统,是一个全新的尝试。本文以此为目标进行了研究,构建了基于PC104总线的数控系统平台,可满足实际需要。研究内容主要包括以下几方面:1.硬件方面:设计了数控伺服系统和主轴驱动系统;为了实现数控系统对机床伺服系统和主轴控制,又设计了具有定时(Timer)、多路开关量输入输出(I/O)、数模(D/A)转换功能的PC104总线接口板卡。2.在嵌入式实时操作系统中,分析了嵌入式实时操作系统的体系结构,根据嵌入式实时操作系统的原理,提出了CNC系统上的实时操作系统的实现方案,论述了数控系统应用嵌入式实时操作系统的必要性和可行性。分析了Windows操作系统结构特点和当前在Windows操作系统下实现实时应用的各种方案,根据实时操作系统的原理,搭建了实时操作系统编程模型,结合外部定时中断电路以及核心层VxD设备驱动程序开发,解决了Windows操作系统难于应用于实时控制的难题。3.通过对设备驱动层的框架设计和设备驱动层设计,把设备驱动层分成控制、交互和连接三大功能模块,尤其针对交互驱动中的键盘驱动设计与显示驱动设计问题进行研究。4.本文对插补的原理和算法作了简单分析,重点分析了适合三坐标经济型数控系统的脉冲增量插补算法。给出了两种不同的脉冲增量插补算法——逐点比较法和数字积分法。最后,作者对本文的研究工作进行了总结,并对基于PC104总线的嵌入式数控系统的发展作了展望。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 数控系统的发展历史1.2 开放式数控系统的提出1.3 嵌入式数控系统的提出1.4 国内外数控系统的发展状况1.4.1 国外数控系统的发展状况1.4.2 国内数控系统的发展状况1.5 课题的提出和意义1.6 本文研究的主要内容1.7 本章小结第二章 三坐标CNC系统伺服驱动部分的研究2.1 三坐标CNC系统的总体设计要求2.2 步进电机伺服驱动系统2.3 主轴驱动系统2.4 本章小结第三章 基于PC104总线的多功能板卡的设计3.1 总线的选择3.1.1 PC104总线简介3.2 主板的选择3.3 多功能卡的设计3.3.1 数字信号I/O电路3.3.2 定时中断电路的设计3.3.3 时钟产生电路3.3.4 D/A转换模块3.3.5 译码电路的设计3.3.6 光电隔离电路3.4 PCB设计要求3.5 本章小结第四章 嵌入式实时操作系统的研究4.1 嵌入式实时操作系统的原理4.1.1 实时操作系统（RTOS）4.1.2 嵌入式实时操作系统（Embedded-RTOS）的特征4.2 实时操作系统的基本体系结构4.3 CNC系统上的RTOS实现4.3.1 CNC系统的任务结构4.3.2 CNC系统的多任务并行4.3.3 CNC系统的任务调度机制4.4 操作系统的选择4.5 Windows操作系统实时扩展方法4.6 Windows98下VXD的开发及中断实现4.6.1 VxD的实现方法4.6.2 安装驱动程序4.6.3 生成框架程序4.7 VxD与应用程序的通信4.7.1 动态加载VxD4.7.2 应用程序对VxD通信4.7.3 VxD对应用程序通信4.8 本章小结第五章 系统的软件模块设计5.1 前后台型软件结构5.2 多重中断型软件结构5.3 功能模块性软件结构5.4 本章小结第六章 CNC设备驱动层的研究6.1 设备驱动层的原理6.1.1 设备驱动层的定义6.1.2 设备驱动层的作用6.1.3 设备驱动层的优点6.2 设备驱动层的设计6.2.1 键盘驱动设计6.2.1.1 CNC对键盘驱动的要求6.2.1.2 键盘扫描算法的实现6.2.2 液晶显示驱动设计6.2.2.1 CNC对液晶显示的要求6.2.2.2 液晶显示控制器的特征6.3 本章小结第七章 数控系统的插补算法7.1 插补原理7.1.1 对插补算法的基本要求7.1.2 插补算法的分类7.2 常用插补方法7.2.1 逐点比较插补法7.2.1.1 逐点比较插补法的基本原理7.2.1.2 逐点比较插补法的圆弧插补计算7.2.2 数字积分法插补7.2.2.1 数字积分法插补的基本原理7.2.2.2 数字积分法插补的实现7.3 本章小结第八章 总结与展望参考文献发表论文情况说明致谢
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