嵌入式数控系统研究
基于ARM9的嵌入式数控切割控制系统研究
展研 究 ，产 生 了以数 控技 术 为 代 表 的 机 床 自动 化 控 制 技 术 ，从 此也 成 为机 械 加 工 中不 可 缺 少 的 产 物 。数 控 加 工 以其 高 度 的灵 活 性 、控 制 过程 的 自 动 性 和 加 工 的 精 确性 给 工 业 制 造 带 来 革命 性 的 发 展 。如 今 ，嵌 入 式技 术 的迅 猛 发 展 ，给数 控加 工 领 域 又 一 次 带 来 全 新 的 发 展 时 期 。采 用 功 能 强
号 和通 过 Ｃ ＡＮ总 线 传 送过 来 的 远 程控 制 命 令 ， 然 后通 过 运 行在 处 理 器 上 的 相关 处 理 算 法 和程 序 ，
对切 割 系统 的各 种 电 机 、 伺服 控 制 器 发 送控 制信
直 围绕 机 床 加 工 的 自动 化 和 高 精 度 两 个 方 向 开
Ｄ ｉ１ ．９ ９ ｉｉｓ ．０ ９ ０ ３ ．０ １ ２ 上 ） １ ｏ ： ３ ６／ ． ｎ １ ０ － １ ４ ２１ ．（ ．９ ０ ｓ
０ 引 言
机 械 切 割 系 统 在 工 业 加 工 中 有 着 重 要 的 作 用 ，尤 其 是 在 以 制造 业 为主 的我 国 生 产 加 工 中 作
贾 文
ＪＩ Ｗ ｅｎ Ａ
（ 州 职 业 技 术 学 院 ，柳 州 ５ ５ ０ ） 柳 ４ ０ ６
摘
要 ：本文对数控切割系统的硬件组成结构进行 了深入研究 ，给出了典 型数控切 割系统的硬件组成框
图 ，并 对 该 硬 件 电路 中 各 主 要 功 能 模 块 进 行 了 分 析 。详 细 阐述 了 以 Ａ Ｍ９ ３ ４ 微 处 理 器 为 Ｒ Ｓ ０２ １ Ｏ
嵌入式数控系统的结构可靠性分析
ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ａ ａ ｙ ｉ ｏ ｎ ｅ ｅ ｄ ｄ ＣＮＣ ｓ ｓｅ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｄ ｔｒ ｉ ｅ ｔ ｅ ｖ ｒａ ｔｐ ｒ ｍｅ ｅ ｔｉｅ ａ ｅ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｅｉ ｉ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｆａ ｍｂ ｄ ｅ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ． ｔ ｏ ｓ ｔ ｅｅ ｍ ｎ ｈ ａ ｉ ｎ ａ ａ ｔ ｒｍａｒｘ ｓ ｈ ｖ ｂ ｅ ｉ ｅ ， ａ ｄ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｆｆ ｉ ｒ ｅ ｓ ｙ ｓ ｕ ｔ ｒ ｎ ｈ ｅｉ ｂ ｌ ｙ ｍ ｏ ｅ ｆ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｂ ｅ ｂ ａｎ ｄ ｗｈ ｃ ｅｎ ｇｖ ｎ ｎ ｈ ｄ ｌｏ ｌ ｅ ｄ ｎ ｉ ｔ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｅｒ ｌ ｉ ｔ ｄ ｌ ｅ ｓ ｓ ａｕ ｔ ｒ ａ ｉ ｏ ｔ ｅ ｈ ｖ ｅ ｎｏ ｔｉｅ ， ｉｈ
ｈ ｓｂ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ ｏ ｅ ｂ ｓｓｏ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ｎ ｅ ｌ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｒ ｃ ｓ ｆ ｈ ＮＣ ｙ ｔ ｍ ｎ ｐ ｌ ｄ ｔ ａ ｅ ｎ ｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｔ ａ ｉ ｆ ｎ ｌ ｓｓ ｆ ｈ ｃｉ ｓａ ｄ ｒ ａ ｖ ｌｐ ｎ ｏ ｅ ｓｏ ｅ Ｃ ｈ ａ ｔ ｕ ｏ ｄ ｐ ｔ ｓ ｓｅ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ｅ ｏ
第４ ３卷
第 ２期
天
津
大
学
学Байду номын сангаас
报
、０ ． ＮＯ． ，１４３ ２
２ １ 年 ２月 ００
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎｉ ｉｅｓｙ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｊ Ｕｎｖ ｒｉ Ｔ ｎ ｔ
Ｆ ｂ ２ ｌ ｅ． ００
嵌入式数控 系统 的结构可 靠性分析
刘清建 ，王太勇 ，王 涛 ， 之劲章 ，刘振 忠
空间误差在数控系统的嵌入式补偿技术研究
；
【ｂ ｒｃ Ｗｔｔ ｃ ａ Ｃ ａ ｉ ｃｒｙｅｕｅｅｔｉｌｇｏ ｔ ｒ ｍ ｅ一｛ Ａ ｓ ａ 】 ｉ ｅｎｒｓ ｏＣ ｃ ｎ ａ ｕ ｑｉｍｎｓｇ ｍ ｒ ｅｏｃ ｐｎ ｔ ｔ ｈｈ ｉ ｅ ｅｆ Ｎ ｍ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ，ｎｅ ｅｅ ｉ ｒｒｏ ｃ ｃ
图 ３空 间误差插补接 口示意图
数据测量 ， 测量工作 台主轴沿对角线方 向的位移增量 。沿 Ｐ Ｐ Ｐ 方向的测量示意 图， 如图 ６ 所示。
图 ４嵌入式空间误差补偿示意图
２３ Ｈ — ． Ｎ０ ８型 系统 空间误差 补偿模块 用户 接 口设 计
表 １ 补 偿 外设 接 口表
名 称
．、 （）ｅ 床精度 的一个较好 的方法。 向误差补偿技术早已广泛应用于实 沿 ｘｙｚ方向产生的位置误差在体对角线方 向的投影 为 ｅ 、 单 （ ）ｅｘ ， 、（）沿着体对角线方向运动时所测量的空 间位置误差矢量 际工程领域 ， 并在一定程度上提高了机床 的加工精度。然而数控 ， ，） （ 机床本身的运动复杂性使得运动过程 中产生的各种误差也相 当 ｅ Ｙｚ可 以分解为三个运动轴分别运 动时产生的位 置误差矢
图 ６沿 Ｐ Ｐ方 向的测量原理 Ｐ
工作台沿着体对角线 Ｐ Ｐ方 向运动 时，可在 Ｐ
方向测得
由于 Ｘ轴的步进运动而产生的位移误差 ｅ ， ） 可以得到： （
（ ｈ ｎＨ ａｈ ｎ ｕ ｒ ａ Ｃ ｎｒｌ ｏ，ｔ， ｈ ｎ４ ０ ２ ， ｈｎ ） Ｚ ａ ｕ ｚｏ ｇＮ ｍｅｉ ｌ ｏ ｔ ． ｄ Ｗｕ ａ ３ ２ ３ Ｃ ｉａ Ｕ ｃ ｏＣ Ｌ
ｌ 【 要】 摘 随着对数控机床加工精度要求日 益提高， 单项几 何误差补偿已 无法完全满 足数控机床的 ； 》 加工精度 要求。 相对误差分解、 基于 合成补偿法， 开发了 三维空间几 何误差补偿嵌入式 模块。 Ｈ Ｃ ８｛ 在 Ｎ－ ｛型数控系 统中实 现了深层次 嵌入式的补偿模块集成， 并进行了实验验证， 表明补偿效果明显， 结果 可大 ｛
《高性能嵌入式数控系统算法优化机制的研究与开发》
《高性能嵌入式数控系统算法优化机制的研究与开发》一、引言随着现代制造业的快速发展，数控系统作为工业自动化领域的重要一环，其性能的优劣直接影响到生产效率和产品质量。
高性能嵌入式数控系统作为数控系统的核心组成部分，其算法优化机制的研究与开发对于提高系统性能具有十分重要的意义。
本文旨在研究高性能嵌入式数控系统的算法优化机制，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、高性能嵌入式数控系统概述高性能嵌入式数控系统是一种集成了高性能处理器、高精度传感器、高效率控制算法等技术的数控系统。
它具有高精度、高速度、高可靠性的特点，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造等领域。
然而，随着工业自动化程度的不断提高，对数控系统的性能要求也越来越高，因此，对高性能嵌入式数控系统的算法优化机制进行研究与开发显得尤为重要。
三、算法优化机制研究1. 算法选择与改进针对高性能嵌入式数控系统的特点，选择合适的控制算法是提高系统性能的关键。
目前，常用的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
针对这些算法，我们进行了深入研究，分析了它们的优缺点，并根据实际需求进行了改进和优化。
2. 实时性优化实时性是高性能嵌入式数控系统的重要性能指标之一。
为了满足实时性要求，我们采用了多线程技术、中断处理技术等手段，对算法进行了实时性优化。
同时，我们还对系统的硬件资源进行了合理分配，确保了系统在运行过程中能够快速响应外部指令。
3. 鲁棒性优化鲁棒性是指系统在面对外部干扰和内部参数变化时能够保持稳定性的能力。
为了提高系统的鲁棒性，我们采用了自适应控制技术、鲁棒控制技术等手段，对算法进行了优化和改进。
这些技术可以根据系统的实际情况进行自我调整，确保系统在面对各种复杂情况时能够保持稳定运行。
四、算法优化机制开发在算法优化机制研究的基础上，我们进行了相关开发工作。
首先，我们设计了一套完整的开发流程，包括需求分析、算法选择与改进、实时性优化、鲁棒性优化等环节。
嵌入式数控系统应用研究
心 ，以计 算机 技 术为 基础 、软硬 件可 裁减 ，
适 应 应 用 系 统 对 功 能 、 可 靠 性 、 成 本 、 体
控 制 模 块 连 接 ， 运 动 控 制 模 块 通 过 Ｉ ０ 模 ／ 块与伺服控制器和机床各开关量相连 。
积 、功 耗 等 综 合性 严 格 要 求 的 专 用计 算 机
随 着 电子 技 术 的飞 速 发展 ，数 控 系统 控 制 模 块 和 Ｉ ０ 及 伺 服 控 制 器 等 。 ／ 逐 渐 朝嵌 入 式 方 向 发展 。嵌 入 式 系统 是 近 年 发 展最 快 的 技 术 之 一 ，它 是 以 应用 为 中
（ ） 入 式数 控 运 动 控 制模 块 。 机床 逻 ３嵌
辑 运 动 控 制 的 核 心 ，利 用 逻 辑 运 算 能 力 ，
图 １ 嵌 入 式数 控 系统 硬 件 系统 结构 构 成 原理 图
３ ４
数 字 技 术 与 应 用
・
数 字技 术 ・
（ ） ＣＰ Ｄ／Ｆ ＧＡ 模 块 。 ＣＰ Ｄ 模 块 包 ７ Ｌ Ｐ Ｌ
括 ＣＰ ＬＤ、 ＦＰ ＧＡ 、 ＣＰ Ｄ 对 ＦＰＧＡ 的 配 置 Ｌ 电 路 。 ＣＰ ＬＤ 主 要 是 用 来 对 ＳＲＡＭ 工 艺 的
负 责送 料 机 运 行 轨 迹 的 计 算 、 插 补 、 反 向
间 隙 补 偿 、 信 号 采 集 、 主 轴 及 的 运 算 和 控 制 。
（ 软件功能设计。 ２）
由 于 该 嵌 入 式 数 控 系 统 采 用 ｕ ｉ ｕｘ Ｃｌｎ
操 作 系 统 管 理 系 统 的 资 源 ， 相 对 于 传 统 的 单 片 机 ， 更 类 似 一 台 微 型 计 算 机 系 统 ， 具
嵌入式开放型数控系统的研究
［二 匦口
图 ２ 嵌入式数控系统的硬件结构
和直 接译码接 口、 反转控制 电路 、 Ｈ桥驱 动 ， 正 双 电流输 出为 ２ ．Ａ， ５ １ 基 于 ＤＳ 的 嵌 入 式 数 控 系 统 模 型 Ｐ
时性 强 、 定 可 靠 、 硬 件 可 裁 剪 等 特 点 。 稳 软 关 键 词 ： Ｐ 嵌 入 式 系 统 ； 补 算 法 ＤＳ ； 插
制造 业是 国民经济 的基础 产 业 。数控技 术 是先 进制 造 技术 的
基 础 ，是关系 到 国家战 略地位 和 体现 国家 综合 国力水 平 的重 要基 础 性技 术 ，其 水平 高低 是衡量 一个 国家制造 业现 代化 程度 的核心
１１ 数 控 系 统 的 硬 件 结 构 ．
Ｄ Ｐ处理器 采用 Ｔ 公司 的 Ｔ ３ ０ ２ ｌ 。 ＭＳ ２ Ｆ ８ ２是 Ｓ Ｉ Ｍｓ ２ Ｆ ８ ２ Ｔ ３ Ｏ ２ １ Ｔ 公司推 出 的一款 ３ Ｉ ２位定 点数 字 信 号处 理 器 ，集成 了多种 先进
根据现 有 的实验 条件 通 过对 各种 插补 算法 的 比较 ，我们 选 择 了数 字积 分插 补算 法进 行深 入研 究 ，数 字积 分插 补算 法 是脉 冲增 量插 补的 一种 ， 目前 使用 范 围很广 。 它是用 数 字积 分的 方法计 算各 坐标 轴的移 动量 ， 而使运 动 轨迹 沿着 设 定的 曲线运 动 。 从 数字 积分 插补 算法 具有 运 算速 度 快 ， 冲分 配 均匀 ， 以实现 一 次 、 次 曲 脉 可 二
薹 兰 ｓｉｚａ ｈｙｈ。 ｅｕ－ ｊ ｚ
嵌入式开放型数控 系统 的研究
嵌入式数控系统的网络应用研究
嵌入式超声内圆磨削数控系统的研究与开发
种利 用嵌入式技术来构建超声振动 内圆磨削数控系
统的设 计方案。此 系统总体 性能稳 定 ，开发 成本低 ， 具有 强实时性 ，符合开放式数控系统的发展方 向 ，具 有很强 的市场竞争力 和广泛 的应用前景。
１ 超声 振动 内圆磨 削数控 系统总体 方 案的设 计
嵌入式 系统 是 以应 用 为 中心 ，计 算机 技 术 为基 础 ，软 、硬件 可 剪裁 ，适用 于对 功 能 、可 靠 性 、成
在砂轮快进结束转为工进磨削时 ，利用 电动机驱动偏
心轮 曲柄滑块机构 ，实现砂 轮往复磨 削运动 。机床整 体结构如 图 １ 所示 。
４ Ｓ ６
控系统作为数控机床的控制 核心 ，在结构上可划分硬 件和软件 两 大 组 成 部 分 。作 者 采 用 飞 利 浦 公 司 的
Ｌ Ｃ ２ ０芯片和交 流伺服 电机控制器为核心来构建数 Ｐ２１ 控系统 的硬件平台 ，并 附以相应 的外 围通讯模 块组成
本 、体积和功耗要求严格的专用计算机系统。由于嵌
收稿 日期 ：２ １ ００—１ — １ １ ０
体的设计方 案。 由于超声 振动 内圆磨 削数 控 系统本 身 的特 点要
求 ，系统伺 服 电机选 用 ＰｎｓｎｃＭＳ Ａ ４ Ａ Ａ交 流 ａａｏｉ Ｄ ０ ３ １ 伺 服电机 和驱动器 ，而整个机器 的传动和导 向机构则
ｉ ｅｆｔ ｎ ｈ ｌ ａｄ ｒ ｙｔｍ． Ｔ ｅｓｆ ａｅｗａ ａｅ ｎ￣Ｃ Ｏ —Ｉｒａ—ｍｅｅ ｅ ｄ ｄｏ ｅａｉｇｓｓｅ ，ａ ｄｔｅｒｑ ｉｅ ｐ ｔ ｌ ｏ ｏ ｅｗ ｏｅｈ ｒｗａｅｓｓｅ ｓ ｈ ｏｔ ｒ ｓｂ ｓｄｏ ｗ ／ Ｓ ｌ ｅ ｌｔ ｍｂ ｄ ｅ ｐ ｒｔ ｙｔｍ ｉ ｎ ｎ ｅ ｕｒｄａ — ｈ ｐｉａｉｎ ｓｆ ｒ ａ ｅｅｏ ｅ Ｏａ ｏｔｒ ￣Ｃ Ｓ－Ｉ ｅ ｌ ｉ ｍｂ ｄ ｅ ｐ ｒｔ ｇｓ ｓｅ ｉｔ ｎ ｒｃｉａ ｍｂ ｄ ｅ ｌａ ｏ ｉ ｌ ｔ ｏｔ ｅｗ ｓｄ ｖｌｐ ｄ Ｓ ｓｔ ｕｎ ｃ ｏ ｗａ ／Ｏ ・ ｒａ・ ｍｅ ｅ ｅ ｄ ｄ ｏ ｅａｉ ｙｔｍ ｎｏｏ ｅｐａ ｔ ｌ Ｉ － ｔ ｎ ｃ ｅ ｅ ｄ ｄ ｕｔ ｓ ｎｃ ｒ
嵌入式数控系统实时性的研究
序解 释执 行 ， 它是 一 个 复杂 的整 体过 程 。 因此数 控代 码 解释 器 也就 成为 Ｃ Ｃ Ｎ 系统 的一 个重要 模块 。其 中译码 部 分， 按照 编译 原理 ， 数控 系统 中 的译码主 要 有两 种 方式 ： 解释 方 式， 译 方式 。 编 （） １解释 方式 是 对零件 加 工程 序 逐条 进行 解 释、插 补 、控制 ， 即在插 补模 块 定时 中断 进 行插补 的 同时， 解释程 序预解 释下 一条程 序， 本条程 序插 补完成后 ， 等 再将 下 条程 序 预解 释 的结 果交 插 补模 块 。这种 方法 实现 简 单， 但各模 块 间 的控制
（） １ 代码 的预 处理，即对 读 取 的每 一个 程 序段 进行 词 法 、语法 、语 义 的
检 查 。 （） 功能 代码 的数据 翻译 ， ２各 即将 经 过预 处理后 的加 工代码 翻译 成执 行机 构 可 以识 别 的 目标 码 。 （） ３刀具 补偿， 进行 刀具长 度补偿 和 圆弧补偿计 算， 在数据库 中对 相应数据 进行替 换操作 。
一
是顺序 的 、 串行 的， 工效率 低 ， 易处理 各 程序 段 间的转 接 ， 加 不 易形 成停 顿与针对 基于 Ａ Ｍ 处理 器和 运动 控制 芯 片 Ｍ Ｘ １ Ｒ７ Ｃ ３４的嵌 入式 数控 系统 的 实时性 进行 了研 究， 通过 采用 实 时操作 系统 、预编 译 的译码 方法 和 中断传 输， 很 好地 改善 了这个 问题 。预编 译方 法 的提 出， 使得 译码 和加 工分 开， 一种在 是 嵌 入 式 数控 应 用 中的 新方 法 。 １ １采 用 实时操 作系 统 ．
（ ） 译 方式 ２编 编译 程序 预先 对要加 工 的零件 程序 全部 编译 ， 结果放 入缓 冲 区中， 将 当开 始 加工 时， 直接 启动插 补 中断程序 ， 缓冲 区中取 出编译好 的零 件程序 ， 从 进行 计 算 并控 制 程 序 加 工 。这 种 方法 加 工 速 度 快 、效 率 高，但 需要 较 大 的 内存 空 间， 并且编 译 与加 工之 间存 在 时 间间 隔 。当利用 小 直线 段进 行插 补 或零件 程 序 较 为复 杂时 ， 容 易造 成系 统 资源 紧 张， 极 降低 系统 总体 性 能 ［。 ６ ］ 在嵌 入式数 控 系统 中， 由于 系统 的硬件 资源 有 限， 很难 满足 实 际控制 的要 求 。结 合这 种 实际特 点 ， 系统 采用 了解释 一编 译 的方 式 。首先 是预 编译 方 本 法 的步 骤如 下 ：
嵌入式网络数控技术与系统
嵌入式网络数控技术与系统
程稳 湖北汽车工业学院机械 系 ４ ４ ２ ０ ０ ０
【 摘 要】如今， 嵌入式系统有效的应用于家电、 汽车、 通信等领域 。 而 定 义每 一种线 的连接 和门的性 质， 变化 硬件的原本 功能 。 广泛 的说 ， 这
随着计算 机技 术和信息技 术的不断发展 ， 嵌入式 系统将 会在社会其他领 域 取得更为广泛的应 用。 传统电脑不能达 到当今 时代系统资源的需求 ， 而且 其操作 系统也 不能够实时控制。 而嵌入式网络数控 技术和 系统不但运算能 力强， 而且 成本低廉 ， 具有很 好的扩展性和 开放性 。本文先介绍 了 嵌入式 网络数控技 术模型的特点 ， 再从嵌入式新型网络 数控 系统体 系结构， 以及 嵌入 式数 控 系统 实现 方 案 ， 具 体 分析 嵌 入 式 网络 数控 技 术 和 系统 。 Ｉ 关键词 Ｊ嵌入式体 系结构； 数控技术 ； 网络技术控 制 样 的功能 有着硬 软件可重构 性 。 而 正是 因为嵌 入式 系统能够 剪裁硬 软
Ｉ 。 ｒ 一 … 控 壤 卷 制 — 软 与 １ 工 六 件 舂 辫 … 攥 一 较 培 件 一 … ， ． ｌ ｛ 蝴 埔 Ｗ 』 ｉ ｊ ． ｌ ｒ １ 括 棚 趋 ｌ ｊ Ｉ ｉ ｝
ｉ
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… ．
畿 ＾ 式 按 作 表 绞 ｝
交互 的功能 。 而且数控操 作管理 系统 能够获取 和编译加工代码， 检查 系 数控技 术的发展阶 段， 从最初的分立元件 系统 到专用计算 机系统 ， 统 网络的故 障 。 网络 数控 系统 内的 以太网络 ， 可以 连接外 部网络 ， 控 制 再到目 前 的通用计 算机 系统 。 分立元件 系统中， 实现数 控运算是 依靠许 数控 系统 的调试 和运 行。 而显 示和 键盘输 入装 置比数 控操 作管理 系统 多的逻辑 电路组合， 而这样 的系统数控 功能全 是硬件 系统 所完成 。 而专 更能够 实现现 场的 交互 ， 它还能够输 入数据和 操作的命令， 显示加 工的 用计 算机 系统是微 处理 器技 术 出现 的结果 ， 但它是 专为数 控设计， 全 世 状态 。 界只有几家大型 的企业才 能够开发专用计算机 数控 系统 。 直至 目 前 依旧 插补 器和运 动控 制器能够 实现 插补和 间隙补偿 的运算 ， 将 速度 控 在 广泛使用的通 用计算机 系统 虽然各方面都有极 强的优势 ， 但却并 不能 制 的信息发 送 到嵌入 式伺服 控制 器中。 而嵌 入式 Ｐ Ｌ Ｃ 能 够完善 数控 系 达 到实时控 制的需求 。 统 内的所有逻辑 控制 ， 完成Ｐ Ｌ Ｃ 的主要功能 。 速 度和位 置伺服 控制器可 随 着 信息网络 技术 的迅 速发 展， 数 控 技术开始 逐 步走 向网络 化 。 以综 合的调 整加 工轴的速度 和位 置。 而 系统除了可以使用ＮＣ客户端 来
嵌入式数控系统的体系结构与系统设计
ｅ ｂｄ ｅ ｍ ｅ ｄ ｄＮＣ ｙ ｔ ｍ ｌ． ｘｓｃ ｔ Ｉｎｏ ｅ ｔｕ ｔｒ ａ ｅ ｓ ｓｅ ｆ ｍｕｔａ ｉ ｏｎｒ ｉ ｐ ｎｓｒｃｕ ｅｂ ｓ ｄｏｎＡＲＭ ｏ ｎ ｆｒ ｔ ｎＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ｕｉｎＵ ｉｅｓｙｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｆ ｚ ｏ ５ ０ ４ Ｃ ｉａ ．ｎ ｔｕｅｏ ｔ ｄｌ ｏ ｍａｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｆ ｊ ｎｖ ｒｉ ｆ ｃ ｎ ｌ ， ｕ ｈ ｕ３ ０ １ ， ｈｎ ） ｔ Ｃｏ ｏ ａ ｎ ｏ ａ ｔ Ｔ ｇ
维普资讯
嵌入式数控 系统 的体 系结构 与系统 设计
陈兴 武 ’ ，蒋新 华 ，李 光炀
（ 中南大学信 息科学与工程学 院 ，湖 南 长 沙 ４ ０ ８ ； ． １ １ ０ ３ ２ 福建 工程 学院控 制与信 息技 术研 究所 ，福建 福州 ３ ０ １ ） ５ ０ ４ 摘 要 ：将嵌入式技术与数控系统相结合 ，研究嵌入式数控系统的体系结构 ，提出 了嵌入 式数控 系统
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂｙ ｃ ｓ ｒ ｃ ： ｏｍｂ ｎ ｎ ｈ ｍ ｂ ｄ ｅｄ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｈ ｕ ｉｉｇｔ ｅｅ ｅ ｄ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｍｅｒ ａ ｏ ｔ ｌ ｙ ｔ ｍ ， ｈ ｍ ｂ ｄ ｅ ｅ ｉ ｌ ｎｒ ｓｅ ｃ ｃ ｏ ｓ ｔ ｅｅ ｅｄ ｄ ＮＣ ｙ ｔ ｍ ｒ ｓ ｔ ｄ ｗｉ ａ ｄ ｒ ｃ ｉ ｃ ｕ ｅ ｏ ｓ ｅ ｔ ｄ ｌ ｓ ａｎ Ｏ ｔ ｒ ｓ ｓ ｅ ｉ ｐ ｅ ｅｎ ｅ ｔ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａｒ ｈｔ ｔ ｒ ｆ ｅ ｓ ｎ ｉ ｍｏ ｕ ｅ ． ｄ Ｓ ｆ ｓ ｈ ｅ ６ ａｌ ｗａ ｅ ｉ ｎ ｈ ｅ ａ ｃ ｙ ｓ ｒ ｃ ｕｒ Ｉ ｉ ｏｎ ｇ ｒ ｂ ｅ ａ ｄ ｓ ｍ ｐ ｉｅ ｎ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ， ｅｌ ｌ ｘ ｃ ｔ ｇ， ｎ ｉ ｒ ｒ ｈ ｔｕ ｔ ｅ． ｔ ｓ ｃ ｆ ｕ ａ ｌ ｎ ｉ ｌ ｄ ｉ ｔｕ ｔ ｒ ｒ ｉ ｅ ｉ ｅ ｅ ｕ ｉ ｉ ｉ ｆ ａｂ ｎ ｎ ａｄ ｈ ｇ ａ ｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｐ ｌｔ ｎ ｃ ｎ ｒ Ｉ Ａｎ ｅ ｉ ｈ ｒ Ｉ ｍｅ ｒ ｓ ｏ ｓ ｔ ｒ ｏａ ｉ ｏ ｔ ． ｍｂ ｄ ｅ ｅ ｔ ｏ ｉ ｏ ｏ ｅ ｄ ｄ ＮＣ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ＡＲＭ Ｏ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄｏ １ ＭＣＵ ａｎ ｄ ＣＡＮ ｉ ｌ ｕ ． Ｓ ｄ ｖ ｌ ｐ ｔ ｉｔｉ ｕ ｅ ｙ ｔ ｍ ｎ ｕ ｔ Ｍ ＣＵ． ｆ ｄ ｂ ｓ ｉ ｅ ｅ ｏ ｅｄ ｗｉ ｄ ｓ ｒｂ ｔ ｄ ｓ ｓ ｅ ａ ｄ ｍ ｌ ． ｅ ｈ ｉ Ａｎ ｔ ｓ ｄ ｉ ｉ ｓ ｉ ｌ ｐ ｌ ａ ｉ ｓ ｔ ｏｎ ｒ Ｉ ｈ ｅ ｖ ｔ ｔ ｕｔ ａ ｉ ｒｍａ ｈ ｎ ｎ ｅ ｃ ｍ ｐｅ ｕｔ ｅ ｉ ａ ｐｉ ｔ ａｂ ｎ ｃ ｏｎ ｃ ｔｏ ｅ ｓ ｒ ｏ ｍｏ ｏｒ ｈ ｍ ｌ — ｘｓ ｆ ｃ ｉ ｉｇ ｔ ｏ ｏ ｔ ｗｉ ｉ ｏ ｈ ｌｘ ｃ ｒ ｅ ． ｓｎ ｅ Ｆ ｕ ｖ ｓ Ｂｙｕ ｉｇ ｔ ＰＧＡ ｈ ｒ ｗａｒ ｔ ｒ ｏｌｔ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌｇｙｏ ｅ ｓ ｔ ｆ ｏ ｔ Ｉ Ｏ ｔ ｒ ｈ ａｄ ｅ ｉ ｅ ｐ ａ ｉ ｈ ｏｏ ｎ ｅ ｎｒ ｆ ｎ ｏ ｅ ｏｃ ｏ Ｓ ｗａ ｅ ｉ Ｓ ｄ ｓ ｇ ｅ ｎ ｏ ｎ ｓ ｒ ｅ ｃ ｄ ． ｔ ｅ ｐ ｎ ｅ ｉ ｍｓ ｉ ｅ Ｉ ｉ ｏｒ ｅ ｏ ｃ ｔ ．Ｉ ｉ ｅ ｉ ｎ ｄ ｉ ｐｅ ｏｕ ｃ ｏ ｅ ｗｉ ｒ ｓ ｏ ｓ ｎ ２ ｎ ｒ ａ ｍｅ ｆ ｒ ｏｎ ｒ ｈ ｔ ｓ ｖ ｏＩ ｔ Ｓ
嵌入式数控系统的研究
该 设 计 采 用 Ａ Ｍ 处 理 器 Ｒ
为 主 Ｃ Ｕ， Ｓ Ｐ Ｄ Ｐ运 动 控 制 芯 片 为 从 Ｃ Ｕ， 采 用 Ｌｎ ｘ操 作 系 统 ， 系统 更 好 的进 行 多 任 务 处 理 保 证 运 动 控 制 的 实 时 性 。 该 嵌 人 式 数 Ｐ 并 ｉｕ 使
控 系 统 具 有 软 硬 件 可 裁 剪 、 构 精 简 优 化 、 补 控 制 实 时 性 强 、 统 工 作 可 靠 等优 点 。 最 后 通 过 仿 真 验 证 了该 嵌 入 式 数 控 系 统 的 可 行 结 插 系
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ： Ｂ ｏ ｉ ｉ ｇ ｔ ｅ ｅ ｅ ｄ ｄ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｕ ｒｃ ｌｃ ｎ ｒ ｌｔｃ ｎ ｌ ｇ ， ｙ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ｈ ｍｂ ｄ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｎ ｍｅ ａ ｏ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｐ ｔｆｒ ａ ｄ ｅ ｄ ｓｇ ｏ ｏ ｒａ ｅ ｈ ａ ｅ ｕ ｏ ｗ ｒ ｓ ａ ｎ ｗ ｅ ｉｎ ｆｒ ｆｕ ｘ ｓ
ｃ ｎｒｌ ｙｔｍ ａｅ ｎ ＡＲＭ ｎ Ｐ Ｉ ｔｉ ｄ ｓｇ ， ＡＲＭ ｓ ｍａｎ ＣＰ ｍｏｉｎ ｃ ｎｒｌｃ ｉ ｓｏｄｎ ｔ ｎ ＣＰ ， Ｂ ｓ ｇ Ｌｎ ｘ ｏｔ ｓ ｏ ｓ ｅ ｂ ｓｄ ｏ ａ ｄ ＤＳ ． ｎ ｈｓ ｅ ｉｎ ｉ ｉ Ｕ ｔ ｏ ｔ ｈｐ ｉ ｒｉａｉ Ｕ ｙ ｕ ｉ ｉｕ ｏ ｏ ｏ ｎ
该 嵌入 式 数控 系统 由下 到 上 三部 分 组成 ．分别 是 硬件 层 、 作 系统 层 和运 动控 制软 件层 操 。底 层 硬件 层
的 Ａ Ｍ 处 理 器采 用 三 星公 司 的 ￥ Ｃ ４ ０ 嵌 入式 数 控 Ｒ ３２ １．
制 的 Ｄ Ｐ运 动控 制 专用 芯 片 ， Ｓ 结合 源 代码 开放 的 Ｌｎ ｘ ｉｕ
基于嵌入式的数控雕刻机控制系统设计
理 器与 Ｆ ＧＡ相结 合来取 代上述单 片 Ｐ
机 与 工 控 机 的 联 机 控 制 ，以 Ｗ ｉｄ ｗｓ ｎｏ
ＣＥｎ ｔ 作 系统 为 平 台 ，由 ＡＲ 完 ．ｅ 操 Ｍ 成速 度 控 制 ，Ｆ ＧＡ完 成轨 迹 控制 。 Ｐ 在轨迹控制 中结合了步进 电机 的转矩 －
频 率特 性 ，使 电机 的轨迹精 确而且 平
■ 电子科技大学空天科学技术研究院 李 光学 李辉
言
随着科学技术 和制造技 术的不断
底 摆脱 了对 工控机 的依赖 ； 通过控 制
（） 理 器 （ ＲＭ９ ：作 为 控 １处 Ａ ）
键 盘设置不 同的脉 冲当量及 电机运 行 制 器 的 处 理 器 ， 在 ＡＲ 上 移 植 了 Ｍ
发 展进 步 ，数字控 制 的雕 刻机 渐渐成 为雕刻 行业 的专用工 具。数控雕 刻机
路中。
图２ 系 统软 件 结构 图
软 件 系统
系统的软件 选用 了嵌 入式实时 多 任 务 操 作 系 统 Ｗｉｄ ｗ ．ｅ。 根 ｎ ｏ ｓＣＥｎ ｔ
据雕 刻机控制 系统 的需求 ，系统任 务
模块 可 以分 为 ： 人机 界面 模块 ，ＵＳ Ｂ 接 口模块和 雕刻控制 模块 。其 中人 机 界面模块包括 Ｌ Ｄ显示和键盘指令的 Ｃ 读取 ； 通过 Ｕ Ｂ接 口模块读取原始设 Ｓ 计数 据 ； 雕刻 控制模 块对读 取的数 据 分析计算后完成速度控制和轨迹控制 。 软件结构 图如图 ２所示 。
目前 市场上 的数控雕刻机 控制器
硬 件 平 台所 用 的微处 理器 主要 包括 ：
接 口 电路 等 ； 嵌入式 软件 主要包括 启
以 ８位 单片机 为 内核 ，这类产 品的价 格 低廉 ，设计 比较简单 ，但是有 功能 单一 、 性能差 、效率低 、 存储容量小 、 独立工 作能 力较弱 、实用性 能不强 、
嵌入式技术在铣床数控系统上的应用
嵌入式技术在铣床数控系统上的应用摘要：随着近年来国民生产中各种新技术的不断引进与应用，各种控制系统也得到了前所未有的发展，以计算机为基础的数控技术更是出现了前所未有的繁荣。
嵌入式系统作为一种以计算机技术为基础，以应用为目的和核心的新型系统结构，其在应用中具备着软硬件和建材、使用功能强、计算可靠、功耗要求严格的数控系统得到了人们的高度重视。
本文就目前嵌入式数控系统的开发进行了探讨，并对其在铣床数控系统上的应用做了简要阐述。
关键词：数控系统嵌入式技术铣床数控技术是一项随着计算机发展而不断变化的技术模式，尤其是在近年来，随着信息技术、通信技术和新型计算机技术的发展与普及，嵌入式操作系统的引进为数控技术的发展开辟了新空间、新道路，为铣床数控系统的完善与发展指明了新方向。
随着计算机技术的发展与普及，嵌入式系统技术也入去成熟与完善，其在应用中以其可靠性、功耗低和性能强等优势受到各企业、各工业控制和制造业的青睐，成为众多社会生产领域的应用重点。
一、嵌入式系统概述1、嵌入式系统的定义嵌入式系统是目前计算机技术的一种新的应用形式，主要是指通过在目标设备中嵌入微机处理系统，从而实现宿主目标设备的高效、安全、节能运行的目的。
嵌入式系统在应用中主要的工作重点在于辅助对它所在的设备去实现对被控制对象的全面、科学的控制、监视以及管理功能。
通常情况下，在目前的设备运行中，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为平台的功能模式。
就目前社会发展中，嵌入式系统可以定义为广义和狭义两种。
其中广义的嵌入式系统主要是指在工作中凡是带有微处理器专用软硬件系统的设备机械，都被我们称之为嵌入式修通。
而狭义上的定义主要指的是嵌入式系统在应用的过程中对于那些已经使用微处理器且这些微处理器在设备运行中构成了一个独立的系统，从而形成了一种具备智能化、自动化的管理操作系统模式。
这些特定功能的存在是嵌入式系统应用的核心环节，也是其广泛应用在各种设备之中的关键模式。
基于嵌入式技术的数控钻削系统设计
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｉ ｇ Ｐ ｌ ｔｃ ｎ ｃ ｏ ｒ ａ ｆＮａ ｎ ｎ ｏｙ ｅ ｈ ｉ
２ １ 年 第 ｌ 第 ２期 ０１ ６卷
２０１ Ｖｏ ．６ ｌ １１ Ｎｏ ２ ．
基 嵌 式 术 数 钻 系 设 于 入 技 的 控 削 统 计
件 架 构 非 常 复杂 ，既 包括 处 理 的结 构 非 常 复 杂 ， 也
理 的低 功 耗 、 尺 寸 等 独 有 特 性 ， 得 基 于微 处 理 小 使
器 的控 制 系 统 具 有 尺 寸 小 、 能 强 的 特 征 。 入 式 功 嵌 控 制 系统 在 底 层 硬 件 设 计 上 对 被 控 制 的对 象 有 更 直 接 的控 制途 径 ， 问省 去 了很 多 无 用 环 节 ， 中 因此 ， 在设 计 上 更 有 针 对性 ，更 能 发挥 硬件 资 源 的作 用 ，
也正是基于这些需求 ， 目前 ， 有 良好 的可 扩 具
展 性 、 裁 剪性 和灵 活性 的嵌 入 式 控 制 系 统 成 为研 可 究 的 热点 ， 于嵌 入 式 的钻 削数 控 系 统 也 成 为 当前 基 的 研 究 热 点 。 嵌 入 式 系统 中 ， 核 心 处 理 器 一 般 在 其
为 基 础 设 计 基 于 网络 的远 程 控 制 方 案 ， 实现 数 控钻 削 系 统 本 地 和 远 程 双 重 灵 活 控 制 。
【 关键词墩 控系统 ；Ｒ ９钻 削； Ｓ ； ＡＭ ； Ｄ Ｐ 网络连接
【 图分 类 号］ Ｇ５ 中 Ｔ ２ 【 献标 识 码 】 文 Ａ 【 文章 编 号 １０ ９ ３ ２ （ ０ １ ０ — ０ ７ ０ １０ — ６ １２ １ ）２ ０ ９ — ４
刘 恒
嵌入式数控系统图形用户界面开发研究
表 １ 几 种 常 见 嵌 入式 Ｇ Ｉ 比较 Ｕ的
Ｍ ＬＬＰ Ｐ ／Ｇ Ｌ
Ｉ ｅ ６， ＡＲＭ ， ｎｔｌＸ８
ｇ ｔ ｌｔ ｒ ｎ ｈ ｉ ｕ ｌ ｒ ｍｅ ｂ ｆ ｒｏ ｅ ｈ ｓ ｐａｆ ｒ ｎ Ｏ ｏ ． ｅ ｐ ａｆ ｍ ａ ｄ ｔ ｅ ｖｒ ａ ａ ｕ ｅ ｆ ｈ ｏ ｔ ｌｔ ｍ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｔ ｆ ｔ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｅｍｂ ｄ ｅ ｙ ｔｍ ； Ｎｕ ｒｃ ｌ ｏ ｔ ｌ ｙ ｔｍ ； Ｇ ａ ｈ ｃ ｌ ｓ ｒｉ ｔｒ ｃ ｙ ｒｓ ｅ ｄ ｄ ｓ ｓｅ ｍｅ ｉａ ｎ ｒ ｓｅ ｃ ｏ ｓ ｒ ｐ ｉａ ｅ ｎｅ ｆ ｅ ｕ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｎ￥ Ｃ ４ ０ ｃ ｉ ａ ｅ ｍｂ ｄ ｅ Ｃ ｓ ｓｅ ａ ｄ ｉ ｏ ｏ ｉ ｏ ｆ ａ ｄ ａ ｅ ａ ｄ ｓ ｆ ｒ ｒ ｎｒ ｄ ｃ ｄ Ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ３ ２ １ ｈ ｐ ｂ ｓ ｄ ｅ ｅ ｄ ｄ Ｎ ｙ ｔ ｍ ｎ ｓｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｏ ｒ ｗ ｒ ｎ ｏ ｗａ ｅｗｅ ｅｉ ｔ ｕ ｅ ． ｈ ｅ ｅ— ｔ ｉ ｈ ｔ ｏ
Ｍ ｎＧ Ｉ ｉｉ Ｕ 授 权 条 款 硬 件 平 台 Ｌ Ｐ ＧＬ
Ｉ ｔ ｌＸ８ ｎ ｅ ６， ＡＲＭ ，
资源少 ；（ ）高性能 ，高可靠性 ；（ ） 可配置 。 ２ ３ 目前 ，嵌 入式 系统 Ｇ Ｉ Ｕ 的实 现方 法 主要有 两种 ， 一种是某些大 型 厂商 自行 开 发满 足特 定 需求 的 专用 ＧＩ Ｕ ；第二种则是采用 当前 一些 已经 比较成熟 的通 用 型嵌 入 式 Ｇ Ｉ 统 ，包 括 Ｍｉ Ｇ Ｉ Ｕ系 ｎ Ｕ ，Ｍｉ ｏ ｎｏ ｓ ｉ ｅ Ｗｉ ｗ ， ｒ ｄ Ｑ ／ ｍ ｅｄｄ等 。 Ｔ Ｅ ｂｄ ｅ
基于ARM9的嵌入式数控铣床控制系统的设计
关键词 ： 嵌入 式 ； 数控铣 床 ； Ｒ Ｌｎ ｘ ￥ Ｃ ４ ０ Ａ Ｍ；ｉｕ ；３ ２ １ Ｘ
摘 要 ： 统数控 系统硬件 大 多基 于 通 用计 算 机 或 工业 控 制 计 算机 之 上 ， 件 基 于 Ｗｉｄｗ 平 传 软 ｎｏ ｓ 台。软硬 件成 本 高、 功耗 大、 资源 浪 费。 文章 给 出 了一 种基 于 Ｌｎｘ操 作 系统 ， Ａ Ｍ９微 处理 器 ｉｕ 以 Ｒ 为硬 件 平 台， 向动 力驱动 装置 ， 即伺服 电机和 步进 电机 驱动 器提 供 控 制 信 号 ， 制铣 刀 的旋 转和 走 控
ＹＡＮＧ ， Ｌｉ ＬＩＺｈｅ ｇ ｍ ｉｇ， Ｕ ｏ ｓ ｎ ｎ — ｎ ＬＩ Ｂａ —ｅ
（ｉｎ ｓ ｎ ｅ ｉ ，ｉｎ ｓ ｈｎｉｎ １０ ３ ｈｎ ） Ｊ ｇｕＵ ｉ ｒｔ ＪａｇｕＺ ｅ ａ ｇ２２ １ ，Ｃ ｉａ ａ ｖ ｓｙ ｊ
Ａｂｓｒ ｃ ： ｏ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌＣＮＣ ｔ ａ ｔ Ｍ ｓ ｏ ｖ ｎ ｉ ａ ｏ ｍｉ ｉ ｇ ｍａ ｈｉｅ ｄｏ ｔ ｔｅ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｕ ｕａｌ ｓ ｄ ｏ ｅ ｅ ａ ｌ ｎ ｃ ｎ ｓ ａ ｐ ｈ ａ ｄ ｒ ｓ ｌ ｂａ ｅ ｎ ａ ｇ ｎ ｒ ｌ ｌ ｙ ｃ ｍｐｕｅ ｒａ ｎ ｕ ｔ ａ ｏ ｔｏ ｏ ｕｔｒａ ｄ ｔｋ ｓｓ ｆ ｒ ｉ ｄ ｗｓａ ｏ ｔ ｒ ｌ ｔ ｒ ． ｈ ｉ ｏ ｔ ｏ ｔｒｏ ｎ ｉ ｄ ｓｒ ｌｃ ｎｒ ｌｃ ｍｐ ｅ ｎ ａ ｅ ｏｔ ｉ ｗａ ｅ Ｗ ｎ ｏ ｓａ ｓ ｆｗａ ｅ ｐ ａｆ ｍ Ｔ ｅ ｒｃ ｓ ｏ ａ ｄ ｐ ｗｅ ｉｓｐａｉｎ ａ ｅ ｖ ｒ ｉｈ，ｈ ｓ ｃ ｕ ｉｇ ｍｏ ｔｒ ｓ ｕ ｃ ｓｔ ｓｅ 、 ｉ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔａ ｍ— ｎ ｏ ｒｄ ｓ ｉ ｔ ｒ ｅｙ ｈ ｇ ｔ ｕ ａ ｓｎ ｓ ｅ ｏ ｒ ｅ ｏ ｂｅ ｗａ ｔｄ Ｔｈ ｓｐａ ｅ ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｏ
基于80486模块的嵌入式数控系统设计
3 结束语采用T MS320F28系列芯片对汽车电源管理系统进行测试,介绍了汽车电源管理系统测试台的硬件设计和部分软件设计.对于硬件实现电路可以改进,采用其它思路及器件实现,使得各模拟输出更加精确,更加接近汽车电源管理系统的各项输入信号.由于汽车中干扰因素较多,所以提高汽车电源管理系统测试台的抗干扰能力以及可靠性是很必要的,同时还应提高汽车电源管理系统测试台的通用性,以便于其它型号汽车电源管理系统的检测工作.参考文献:[1] 陈东勤.汽车电源系统及其技术发展趋势[J].电子与封装,2008,8(4):35-37.[2] 饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线CA N 原理与应用技术[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003.[3] 刘和平,邓 力,等.数字信号处理器[M ].北京:机械工业出版社,2007.作者简介:张晓斌 (1963-),男,山东淄博人,教授,研究方向为电力电子技术和计算机测控技术;张朋松 (1983-),男,河北衡水人,硕士研究生,研究方向为计算机测控技术.基于80486模块的嵌入式数控系统设计陈 盛,赵东标,刘 凯(南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016)Design of Embedded CNC System Based on 80486M oduleC HEN Sheng ,ZHAO Dong -biao,LIU Kai(Co llege of M echanical and Elect rical Eng ineering ,N anjing U niv ersit y of A ero nautics and A str onautics,Nanjing 210016,China)摘要:提出了基于80486模块和可编程逻辑器件的嵌入式数控系统的设计方案,系统结构上采用两级控制,完成了实时性要求较高的插补功能.采用CPLD/FPGA 器件进行逻辑运算处理,提高了系统的集成度和稳定性.关键词:数控系统;80486;FPGA;CPLD;插补中图分类号:T P273文献标识码:B文章编号:1001-2257(2009)06-0052-03收稿日期:2008-12-01Abstract:An em bedded CNC sy stem based o n the 80486m odule and progr am mable lo gic devices is presented.T he system im plements tw o -stag e control to complete the inter polation functio n w ith hig her rea-l tim e requirem ent.CPLD/FPGA devices ar e used for lo gical computatio n to improv e the system integ ration and stability.Key words:CNC system;80486;FPGA;CPLD;interpo lation0 引言随着计算机软硬件技术的迅速发展,嵌入式系统技术日趋成熟和完善.采用嵌入式系统可以缩短产品研发周期,提高系统的可靠性和性价比,因而在数控领域中获得了广泛的应用,是数控及运动控制产品的发展主流[1-2].以80486模块和可编程逻辑器件为核心,可提高系统的集成度和可靠性,使系统具有经济型系统的成本和中高档型数控系统的基本功能,较好地解决数控系统加工功能和投资成本之间存在矛盾的问题,具有很好的推广应用价值与市场竞争力.1 系统总体设计根据总体设计要求,本数控系统应具有下列几项功能:编程功能、自动加工功能、手动操作功能、参数设置功能、输入输出测试功能、通信功能和图形模拟功能[3].以上功能的实现构成了一个完整的数控系统.数控系统硬件上采用CPU +FPGA 的2级控制.根据数控系统的功能要求,进行上位机与下位机、软件与硬件的任务分配[4].上位机CPU 软件部#52#1机械与电子22009(6)分的主要任务是完成轮廓粗插补运算、升降速控制、加工程序段解释、用户界面处理和图形模拟功能的实现等.下位机硬件部分的主要任务是利用并行接口实现D/A转换器的控制,以控制主轴模拟量输出;实现与双端口RAM的数据通信,以传送FPGA 精插补所需的数据;实现与控制芯片CPLD和FP-GA的数据通信;实现与液晶屏LCD的接口;利用通信接口实现与PC机串口的数据通信;利用GPIO 口实现对键盘扫描芯片的控制.系统的总体设计如图1所示.图1系统总体设计2硬件设计2.180486主控模块数控系统采用了核心板加底板的设计方法,可以大大加快数控系统的开发,同时提高系统的稳定性和可靠性.80486模块采用板载嵌入式高性能准32位处理器的SOM-2386模块,该模块以R1610C CPU[5]为核心,此CPU应用了RISC的技术,64bit 指令队列,5级流水线,相对于传统的CISC技术,指令周期短.系统时钟不分频(386是2分频),主频为96MH z,实际性能相当于486SX(100M H z).2.2数字信号输入输出模块现场环境复杂和各种各样的电磁干扰可能造成机床不能正常稳定运行,因此为保证输入/输出信号的正确传输,提高抗干扰性,本设计中将低速信号,如开关量信号,采用光电隔离的方式,即一方面将输出的控制信号通过光电隔离后驱动外围设备,另一方面将外围器件的反馈信号通过光电隔离后采集进来;高速信号,如电机伺服信号和编码器反馈信号,采用差分输入/输出方式[6].同时,所有输入/输出的数字信号都是通过CPLD或FPGA进行处理,且在处理信号前需要先对CPLD/FPGA进行编程/配置.信号的隔离与转换方式如图2所示.图2信号隔离与转换2.3CPLD/FPGA模块系统选用了ALTERA公司的CPLD器件和FPGA器件,利用一块ALTERA公司M AX系列器件EPM7128SLC84设计完成FPGA的配置,同时进行I/O处理,增强了系统的保密性和安全性,简化外围电路,提高系统的集成度和可靠性;利用一块ACEX1K系列芯片EP1K50QC208完成了DDA 精插补运算,使得CPU可以在FPGA进行精插补的同时进行粗插补,保证了进给脉冲序列无间断输出,提高了进给运动平稳性.基于EPROM结构的CPLD器件可实现在系统编程,器件掉电后逻辑功能不会丢失,可直接应用于实际系统中.本数控系统在EPROM中存放FP-GA的配置文件,在CPLD中存放配置程序.系统上电后,CPLD从EPROM中读取配置数据,产生配置时序,控制FPGA的整个配置过程[3,7].3软件设计数控系统的基本控制软件组成如图3所示,其图3数控系统基本控制软件组成任务包括管理和控制.系统管理任务主要完成通信、显示、诊断和数控加工程序管理等弱实时性的任务.而控制任务则主要完成插补、位置控制和逻辑控制等实时性强的任务.系统中的核心任务是实现零件程序的加工执行.零件程序的执行是通过一系列任#53#1机械与电子22009(6)务的配合实现的,在零件程序输入数控系统后,经过译码、数据处理、插补和位置控制计算,输出控制指令由伺服系统执行,驱动机床完成加工.限于篇幅,本节主要介绍一下程序译码模块和插补模块.3.1程序译码模块在整个数控系统中,将程序代码解释过程作为一个独立的模块,任务就是将输入的G代码文件,逐句转换为粗插补器所需要的数据格式送入粗插补器即可.它需要实现语法检查、数据格式转换、处理变量表达式、控制结构处理、处理用户定义的G与M代码等功能[8].译码结束后,数控系统将插补数据保存起来,为粗插补运算提供数据.本系统将插补数据保存在结构体g code_now中,其定义如下: ty pedef str uct{int n;//当前程序段顺序号int g;//G代码long f;//进给速度long s;//主轴转速long u;//X轴进给增量值long v;//Y轴进给增量值long w;//Z轴进给增量值long a;//A轴进给增量值**}gcode_now3.2插补模块系统由486级CPU模块完成粗插补功能.系统要实现程序段内无间隙加工,相邻2次精插补之间不能有时间间隔.FPGA完成1次精插补后,向CPU发送1个外部中断信号,CPU响应中断后先使FPGA从双端口RAM中读取粗插补数据,读取时间小于1L s;接着CPU进行粗插补运算、间隙补偿、加减速控制和电子齿轮匹配处理,得到下一插补周期所需的各轴进给量,并存入双端口RAM中;等到下一次CPU接收到中断申请后,FPGA可立刻从双端口RAM中读取各轴加工进给量.这样就很好地实现了程序段内无间隙加工.中断流程如图4所示.精插补运算模块是FPGA内部的核心运算模块.该模块将CPU粗插补运算所得的各轴进给增量,采用DDA插补算法转换为正负进给脉冲信号或者脉冲+方向形式的信号,控制电机工作实现零件轮廓插补运动.图4粗插补中断流程4结束语针对数控系统的功能要求,应用80486模块和可编程逻辑器件,实现了两级控制,较好地完成了无间隙加工.同时,介绍了译码模块和插补模块的程序设计.该数控系统具有较高的性能,可以应用于生产实践中.参考文献:[1]苏会林,董长双.数控技术的发展与展望[J].机械研究与应用,2005,18(6):25-27.[2]李宏伟,王太勇,薛国光,等.基于嵌入式微控制器核心和层次化网络监控机制的开放结构数控系统的构建[J].振动与冲击,2003,22(1):47-49.[3]张金霞,赵东标.数控系统中精插补芯片F PG A的配置[J].机械与电子,2007,(3):30-32.[4]陈兴武,蒋新华,李光炀.嵌入式数控系统的体系结构与系统设计[J].制造业自动化,2008,30(6):10-14. [5]R DC Semiconductor Co rpor ation.R1610C-Fast Ether-net R isc Pro cesso r[EB/OL].http://w w .tw,2003.[6]纪宗南.单片机外围器件实用手册[M].北京:北京航空航天大学出版社,1998.[7]闫华,左健民,汪木兰.采用FP GA技术实现DDA插补算法的研究[J].现代制造工程,2007,(9):51-53.[8]孟健.数控系统中译码模块的研究[D].辽宁:辽宁工程技术大学,2006.作者简介:陈盛(1985-),男,江西九江人,硕士研究生,研究方向为数控技术;赵东标(1963-),男,安徽蚌埠人,教授,博士研究生导师,研究方向为机电控制及其自动化.#54#1机械与电子22009(6)。
基于EMC2的嵌入式电火花线切割数控系统研究
切 削材料 加工 及精密 零 件加 工等 领域 Ｉ ２ ］ 。我 国数
控 电火 花线切 割机 床 的广 阔市 场吸 引来 了多家 国外 知 名 电火 花 线切 割 机床 制 造 厂商 ， 他 们 生产 的 电 火 花线 切割机 床 占领 了我 国大 部分 高端市场 。由于 我 国 的工 业制 造和数 控技术 发展 水平 与 国外 相 比还 显落 后 ， 所 以国 内 自主开 发 生产 的数 控 电火 花 线 切
（Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｊ ｉ ａ ｏ Ｔｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ４ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｍｂ ｅ ｄ ｄｅ ｄ Ｗ ＥＤ Ｍ — ＣＮ Ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｎ ＡＲＭ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ａ ｎｄ ａ ｎ ｏ ｐｅ ｎ ｓ ｏ ｕｒ ｃ ｅ ＥＭ Ｃ２ ＣＮ Ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ．Ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｓ ｔ ｃ ｏ ｍ ｐｕ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ＣＮ Ｃ ｓ ｙ ｓ —
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第 ３ ７卷 第 １期 ・ 术 学
Ｖｏ１３７ ＮＯ． ． １
湖
南
农
机
ＨＵＮＡＮ ＾ＧＲＩ ＣＵＬＴＵＲＡＬ ＭＡＣＨｌ ＮＥＲｙ
２ ０年 ０ ０１ １月
Ｎ ｏ ２０ １ ｖ． ０
嵌 入 式数控 系统 研 究
张淑 坤
（ 南科技学 院， 河 河南 新 乡 ４ ３ ０ ） ５ ０ ３
收 稿 日期 ：０ ９１－０ ２ ０ ．２２
用提 供了一个高性价 比、 低功耗 、 高性能的解决方案 。
该 片基 于ＡＲ ２ Ｔ内核 ， Ｍ９ ０ 采用五级流水线和哈佛结 构， 主频高达 ２０ ０ＭＨｚ Ｒ ２ Ｔ具有全性能的内存 。Ａ Ｍ９ ０
管 理 单元 ＭＭＵ （ ｍｏｙＭ ａａｅ ｎ Ｕｎｔ 独立 的 Ｍｅ ｒ ｎｇ ｍｅｔ ｉ、 ） １Ｋ 指 令 和 数 据 Ｃ ｃ ｅ以及 高 速 Ａ ６Ｂ ａｈ ＭＢ 总 线 接 口 。 Ａ
为了减少应用系统设计 的成本 ，３ ２ １ 集成 了众多的 ￥Ｃ ４０ 常用 资源 ， 例如 ： Ｃ Ｌ Ｄ控 制器、 （ 下转 第 ３ 页 ） ０
作者 简介： 张淑坤 ， ， 究方向： 女 研 机械 、 － 力学 金 属材科 。 Ｘ程
３ ０
湖
南
农
机
２１年０ 月 ００ １
嵌 入 式 数 控 系 统 兼 备 嵌 入 式 技 术 和 数 控 技 术 结 合 的 巨 大 优势 ， 将 符合 新 一代 数控 系 统 的 各 项 性 能要 求 。 必 一
比较 寄 存 器 ， 实现 位 置 的 闭环 控 制 。
号等）
１ 系统 的硬 件 设 计
本嵌 入式数控 系统采用 ＭＣ ３ ４ 芯片构 成运动 ｘ Ａｓ １
中图分类号 ： Ｐ １ Ｔ ２０
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ７８ ２ （ ０ ０ ０．０ ３０ １０ ．３ ０ ２ １） １０ ２ １
Ｅｍ ｂ ｄ ｄ Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｅ ｄｅ ｍ ｒｃ ｌ Ｃｏ ｒ ｌ ｓ ｅ Ｓ
ＺＨ＿ ＮＧ ， ． ｉｌ Ａ ＳＪｕ ｋＩ ｌ
控 制 卡 。 Ｘ １Ａｓ 日本 Ｎ Ｖ 电子 有 限 公 司研 制 ＭＣ ３ ４ 是 Ｏ Ａ 的 Ｄ Ｐ运 动 控 制 专 用 芯 片 ， 是 以单 一 芯 片而 可控 制 Ｓ 它
４轴的脉冲序 列输 出驱动伺服 电机 、 步进 电机的运动控
制 ： ， 以进 行 各 轴 独 立 的 定位 控 制 、 度控 制 ， 一 片 可 速 另
图 １ 嵌入式数控系统 的硬件总体结构图
１ １ ￥ Ｃ４ ０与 Ｍ Ｘ １Ａ ． ３ ２１ Ｃ ３ ４ ｓ的接 口设 计 ￥ Ｃ ４ ０是韩 国三 星 （ａ ｓｎ ） 司 设 计 的 ３ ３ ２１ Ｓｍ ｕｇ公 ２位
方面亦 可在 ４轴中任意 的选择 ２轴或是 ３ 轴来进行 圆
弧 、 线 、 模 式 插 补 。 出脉 冲频 率 高 达 ４ ｚ误 差 直 位 输 ＭＨ ，
摘
要： 嵌入式 系统 已经广泛应 用于通信 、 家电、 汽车等领域 ， 着微 电子技 术 、 随 计算机技 术、 控制技 术等的快
速 发展 。本文将嵌入 式的精 确控制 延伸到设计 ， 实验结果表 明， 嵌入 式
能 够精 确控 制 各 个部 件 的 正 常运 转 。 关键词： 入 式 ； 计 ； 嵌 设 数控 系统
了整体的思路 ， 在实物制作能力方面还是欠缺很 多， 实
验 过程 中毁坏 了很 多 器件 ， 焊接 完 毕却 得 不 到理 想 的 结
嵌 入式系统 已经广 泛应用于通信 、 电、 家 汽车等领 域， 随着微电子技术、 计算机技术、 制技 术等的快速发 控 展， 嵌入 式技术也得 到了飞速发展并且 逐渐成 熟。 嵌入 式技术与数控技术 的结合 ， 嵌入式数控系统的研究也是 近几年才 得以发展和重 视， 为更 多的学 者所青睐 基于
ＲＳ ＩＣ嵌 入式处理器 。 该处理器为手持 设备和一般性应
低 于： ．最小插补单元 ， Ｌ５ ０ 倍率 ｌ ５ ０ 每轴都有伺服 ～ ０。 反馈输入端、 四个输入 点和 ８ 个输 出点， 能独立 地设置 为恒速、 线性、 非对称 Ｓ曲线ａ ／ ｎ减控制 、 非对称梯形ａ ／ ｎ 减 控制， 并有 ２个 ３ 位 的逻辑 、 ２ 实际位置计数器和状态
（ ｎ ｎ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ｎ ｉｎ Ｈｅ ａ ５ ０ ３， ｎ Ｈｅ ａ ｃｅ ｃ ｎ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｘｉｘａ ｇ， ｎ ｎ ４ ３ ０ Ｃｈｉａ）
Ａｂｓｒ ｃ ： ｓａｔｃ ｅｗ ｉ ｘ ｅ ｄ ｔ ｅｐ ｅ ｉｅｃ ｎ ｒ ｌ ｆｅ ｅ ｄ ｄｎ ｍ ｅ ｃ ｌｃ ｎ ｒ ｙｓｅ ｔ ｅｂ ￣ｅ ｏ － ｔ ａ ｔ Ｔｈｉ ｒｉｌ ｌ ｅ ｔｎ ｏｔ ｒ ｃｓ ｏ ｔｏ ｍｂ ｄ ｅ ｕ ｒ ａ ｏ ｔｏｌ ｔ ｍ， ｈ ｅ ｒｔ ｃ ｍ ｌ ｈ ｏ ｉ ｓ ｈｅ