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基于ARM的嵌入式车床数控系统研究与开发

2020-12-07阅读(154)

基于ARM的嵌入式车床数控系统研究与开发

论文摘要

传统的中、低档数控车床在结构上往往采用8/16位单片机加精插补器,以获得较高的性价比。随着嵌入式系统的迅速发展,高性能的32位CPU已经普及,以ARM为代表的32位微处理器速度快、功能强、价格低,完全可以开发出具有更高性价比的嵌入式数控系统。本文旨在研究和设计一种基于ARM7的嵌入式数控车床控制系统。本文首先通过对嵌入式技术和数控技术的全面分析,选择确定了车床嵌入式数控系统的软硬件平台。硬件平台以ARM7系列微处理器LPC2220为核心,基于可编程逻辑器件CPLD实现精插补器,并配以必要的外围电路。软件平台以源代码公开的μC/OS-Ⅱ实时操作系统为基础,开发系统所需的驱动程序和应用软件。规划设计了基于μC/OS-Ⅱ的车床数控系统控制任务划分以及各任务模块间的通讯协调机制。控制任务划分为7个:主控、液晶显示、文件系统服务、数控程序解释、速度处理、插补和逻辑控制;利用μC/OS-Ⅱ提供的邮箱、信号量等服务机制,有效实现了任务与任务、任务与中断之间的通信与同步。此外,本文还研究了系统程序解释的实现方法。首先,基于有限状态机（DFA）的分析策略构造了数控程序解释的词法分析器,把程序的字符流转换为内部标记流,然后对程序进行语法和语义分析,最后翻译成速度处理和逻辑控制所需要的数据结构。重点分析了子程序调用和返回的机制及其实现方法。最后,介绍了系统的软硬件开发工具和调试方法。软硬件测试表明,该嵌入式车床数控系统可满足预期目标。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 数控技术概况
  • 1.1.1 数控技术发展背景
  • 1.1.2 国外数控发展现状
  • 1.1.3 国内数控发展现状
  • 1.1.4 数控技术的发展趋势
  • 1.2 嵌入式系统概况
  • 1.3 本文研究意义及主要工作
  • 1.3.1 研究意义
  • 1.3.2 论文主要内容
  • 第二章 嵌入式数控车床系统总体结构设计
  • 2.1 嵌入式数控系统的总体设计
  • 2.2 嵌入式数控系统的硬件组成
  • 2.1.1 ARM 子系统
  • 2.1.2 CPLD 子系统
  • 2.1.3 液晶模块
  • 2.1.4 键盘模块
  • 2.3 嵌入式数控系统软件的结构
  • 2.3.1 人机界面管理
  • 2.3.2 逻辑处理
  • 2.3.3 运动控制
  • 2.3.4 数据处理控制
  • 2.3.5 辅助控制
  • 2.3.6 伺服处理
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 车床数控系统硬件平台设计
  • 3.1 LPC2220 概述
  • 3.1.1 ARM 简介
  • 3.1.2 LPC2220 微控制器概述及特性
  • 3.2 电源、时钟及复位电路设计
  • 3.2.1 电源电路设计
  • 3.2.2 时钟电路设计
  • 3.2.3 复位电路设计
  • 3.3 LPC2220 的外部存储器设计
  • 3.4 EPM1270 的电路设计
  • 3.5 人机界面电路设计
  • 3.5.1 键盘输入电路设计
  • 3.5.2 液晶显示模块接口电路设计
  • 3.6 RS-232 串行通信电路
  • 3.7 本章小结
  • 第四章 数控系统软件平台设计
  • 4.1 嵌入式实时操作系统简介
  • 4.2 ΜC/OS-Ⅱ简介
  • 2.2.1 μC/OS-Ⅱ的特点
  • 4.2.2 μC/OS-Ⅱ的工作原理
  • 4.2.3 μC/OS-Ⅱ的任务间通讯和同步
  • 4.2.3.1 信号量
  • 4.2.3.2 消息邮箱
  • 4.2.4 μC/OS-Ⅱ的中断机制
  • 4.3 ΜC/OS-Ⅱ在LPC2220 上的移植
  • CPU.H'>4.3.1 编写OSCPU.H
  • 4.3.1.1 定义不依赖编译器的数据类型
  • ENTERCRITICAL（）和OSEXITCREITICAL（）的编写'>4.3.1.2 OSENTERCRITICAL（）和OSEXITCREITICAL（）的编写
  • STKGROWTH 的编写'>4.3.1.3 OSSTKGROWTH 的编写
  • TASKSW（）函数的编写'>4.3.1.4 OSTASKSW（）函数的编写
  • CPUC.C'>4.3.2 编写OSCPUC.C
  • CUPA.ASM'>4.3.3 编写OSCUPA.ASM
  • 4.3.3.1 OSStartHighRdy 函数的编写
  • 4.3.3.2 OSCtxSw 函数的编写
  • 4.3.3.3 OSIntCtxSw（）函数的编写
  • 4.3.3.4 OSTickISR（）函数的编写
  • 4.4 系统的软件任务及中断划分
  • 4.4.1 车床控制系统的任务划分
  • 4.4.2 车床控制系统任务优先级的确定
  • 4.4.3 车床数控系统中断的确定
  • 4.4.4 车床控制系统中各个任务及ISR 之间的工作流程
  • 4.5 系统驱动程序设计
  • 4.5.1 液晶驱动程序的设计
  • 4.5.1.1 速度匹配
  • 4.5.1.2 地址空间访问
  • 4.5.1.3 S1D13305 的初始化
  • 4.5.1.4 字符、汉字及图形的显示
  • 4.5.1.5 提高界面切换和屏幕刷新速度的措施
  • 4.5.2 键盘驱动程序的设计
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 车床数控程序解释模块的实现
  • 5.1 程序解释模块的总体分析
  • 5.1.1 程序解释模块的方法
  • 5.1.2 程序解释模块结构划分
  • 5.2 数控程序的检查
  • 5.2.1 词法分析
  • 5.2.1.1 词法分析器
  • 5.2.1.2 分析方法
  • 5.2.2 语法分析
  • 5.2.3 语义分析
  • 5.3 数控程序的翻译
  • 5.3.1 一般G 代码的翻译
  • 5.3.2 子程序的研究与实现
  • 5.3.3 MST 代码的处理
  • 5.3.4 重新译码的处理
  • 5.4 程序解释模块的部分测试
  • 5.4.1 程序错误的测试
  • 5.4.2 一般G 代码的测试
  • 5.4.3 子程序调用的测试
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 系统的软件调试
  • 6.1 系统开发与调试的工具
  • 6.1.1 ADS 集成开发环境介绍
  • 6.1.1.1 AD51.2 集成开发环境的组成
  • 6.1.1.2 CodeWarrior IDE 简介
  • 6.1.1.3 AXD 调试器简介
  • 6.1.2 EasyJTAG-H 仿真器的使用
  • 6.2 系统的软件调试
  • 6.2.1 系统的模块调试
  • 6.2.2 系统联调
  • 6.3 本章小结
  • 第七章 总结展望
  • 7.1 论文总结
  • 7.2 课题展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 硕士期间发表的学术论文

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