基于嵌入式技術的開放式數(shù)控系統(tǒng)的設計和研究.pdf

1、針對數(shù)控系統(tǒng)開放性差以及控制能力有限的問題，采用嵌入式技術對多軸機床進行數(shù)字控制，旨在增強多軸數(shù)控系統(tǒng)的開放性、穩(wěn)定性和任務調(diào)度的實時性。本文在研究多軸數(shù)控系統(tǒng)的基礎上，開發(fā)出以ARM為任務管理調(diào)度處理單元，以ARM和FPGA為運動控制處理單元，具有軟硬件可重構(gòu)性和高度開放性的數(shù)字控制系統(tǒng)，以滿足多軸聯(lián)動數(shù)控機床的工作要求。
　　 為實現(xiàn)多軸數(shù)控系統(tǒng)的高性能，根據(jù)實際需求將高性能的ARM控制器AT91RM9200同STM32F1

2、03、FPGA有機的結(jié)合在一起。以AT91RM9200微處理器為核心，在此硬件平臺上搭建Linux操作系統(tǒng)，實現(xiàn)對任務的調(diào)度和管理：以STM32F103為運動控制核心處理器，完成位置和誤差控制；以FPGA為協(xié)處理器和接口擴展，完成編碼器反饋和插補算法。設計過程中，采用了模塊化設計的思想，既減小不同信號之間的電磁干擾，又提高了系統(tǒng)的精確性和硬件平臺的可重構(gòu)性。在搭建的硬件平臺上，選擇Linux作為數(shù)控系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，并進行了U-boot和

3、內(nèi)核的移植，并在此基礎上進行數(shù)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)。利用Linux能夠支持穩(wěn)定數(shù)據(jù)管理的特性，對數(shù)控系統(tǒng)的軟件進行多任務并行設計，采用模塊化和層次化的方式，提升軟件系統(tǒng)的運行速度，從而保證了運動控制的實時性。
　　 在硬件平臺和軟件設計的基礎上，完成了數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的調(diào)試。硬件電路的調(diào)試包括上位機調(diào)試和下位機調(diào)試。在上位機的測試中，完成了以太網(wǎng)口、串口、LCD接口這些重要功能接口的測試，測試結(jié)果證明上位機能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互任務：在下