数控机床前端控制的交互系统设计及硬件实现

论文摘要

数控机床是衡量一个国家制造业发展的标尺,而作为其大脑和核心的数控系统的研究,就有了非常深远的意义。随着嵌入式系统的发展,特别是高性能的嵌入式微控处理器的发展,利用嵌入式处理器构建的数控系统将是未来的一个趋势。本文着重对数控的前端控制系统进行相关的设计,包括数控前端系统的硬件实现和交互系统的设计。在硬件实现上,采用了现在应用非常广泛的ARMS3C2440作为前端控制系统的主控芯片,并且在这块主芯片的基础上选取了电源模块、内存、FLASH以及相应的器件完成了最小硬件系统的构建,同时扩展出串口接口电路、USB接口电路、LCD接口电路、JTAG调试电路等用于数控前端控制系统的各种功能的支持。软件上,进行了数控交互系统的设计。采用嵌入式Linux作为数控前端系统的操作系统,并且在硬件平台上移植了操作系统。同时在这个系统上,采用MiniGUI作为图形系统,进行了数控人机界面的设计。设计了后台的数控程序处理模块,实现数控程序的翻译和存取,建立插补模块,实现了界面走刀的插补演示,最终完成了数控交互系统。经过测试表明,硬件最小系统工作稳定,外围接口电路工作正常,能够完成数控前端控制系统的要求。交互系统软件运行稳定,能够正确处理输入的数控程序,可以对其进行存取和翻译,并且系统能够在界面上完成刀具走位的模拟。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 数控的定义
• 1.3 数控机床的组成
• 1.4 我国数控机床研究的现状
• 1.5 数控机床技术的发展趋势
• 1.6 项目提出及意义
• 1.7 论文结构
• 第2章 相关知识背景介绍
• 2.1 数控的相关原理
• 2.1.1 数控系统工作原理
• 2.1.2 数控系统的功能和一般工作过程
• 2.2 数控系统前端控制平台
• 2.2.1 数控前端控制系统
• 2.2.2 嵌入式系统平台的介绍
• 2.3 ARM处理器相关知识
• 2.4 嵌入式操作系统
• 2.4.1 嵌入式操作系统介绍
• 2.4.3 几种嵌入式操作系统的介绍
• 2.4.4 Linux内核概述
• 2.5 嵌入式Linux的GUI系统
• 2.5.1 MiniGUI运行结构
• 2.5.2 MiniGUI的运行模式
• 2.6 插补原理的相关的介绍
• 2.6.1 逐点比较法直线插补
• 2.6.2 逐点比较圆弧插补
• 2.7 数控系统编程的控制指令码
• 2.8 本章小结
• 第3章 数控前端控制系统硬件实现
• 3.1 数控前端系统平台的选取
• 3.2 数控前端系统微控处理器的选取
• 3.3 ARMS3C2440具体资源介绍
• 3.4 数控前端控制系统的总体设计
• 3.5 各功能模块的设计
• 3.5.1 电源转换电路
• 3.5.2 FLASH接口电路
• 3.5.3 SDRAM接口电路
• 3.5.4 串口接口电路
• 3.5.5 JTAG接口电路
• 3.5.6 LCD液晶接口电路
• 3.5.7 USB接口电路
• 3.5.8 键盘接口电路的设计
• 3.5.9 硬件模块总体实现
• 3.6 本章小结
• 第4章 数控前端控制的交互系统设计
• 4.1 操作系统的配置与移植
• 4.1.1 嵌入式Linux系统的移植准备
• 4.1.2 嵌入式Linux操作系统相关软件结构
• 4.1.3 引导程序Bootloader移植
• 4.1.4 嵌入式Linux内核移植
• 4.1.5 yaffs文件系统的配置与移植
• 4.2 MiniGUI的1.3.3移植
• 4.2.1 移植相关准备工作
• 4.2.2 配置编译MiniGUI的开发库
• 4.3 数控机床NC系统的界面设计
• 4.3.1 搭建系统的窗口
• 4.3.2 MiniGUI的窗口机制
• 4.3.3 界面绘图机制
• 4.4 数控代码翻译程序模块设计
• 4.5 数控机床的插补程序模块设计
• 4.6 数控系统的存取模块设计
• 4.7 交互系统设计总体框图
• 4.8 本章小结
• 第5章 系统测试
• 5.1 硬件平台测试
• 5.1.1 电源、晶振及JTAG接口的测试
• 5.1.2 SDRAM和FLASH得调试
• 5.1.3 串行接口电路测试
• 5.1.4 LCD电路调试
• 5.1.5 USB接口测试
• 5.1.6 键盘测试
• 5.2 数控交互系统测试
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢