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嵌入式技术是20世纪70年代发展起来的新技术,随着嵌入式系统研究和应用的不断深入,嵌入式系统与各个行业的具体应用开始紧密结合,在我国国家现代化建设进程中发挥了巨大的推进作用。
嵌入式数控系统是嵌入式技术在工业控制领域的应用,它综合了计算机、微电子、自动控制、测量技术、机械制造等领域的最新成就,使机器工具的生产效率和加工精度得到了极大提高。加工中心是一种功能齐全和性能强且性能价格比高、应用广泛的数控系统,目前已经成为世界数控市场中竞争的主流产品。因此进行加工中心数控系统研发,发展拥有自主知识产权的数控系统势在必行。
数控技术的关键因素是数控装置,即数控系统信息处理部分的功能、速度和可靠性,控制系统的好坏将直接关系到数控机床的整体性能。为适应数控系统高精度、高速度和高可靠性的发展趋势,本文研制了一种基于ARM的加工中心数控系统,该系统采用的是ARM主控制器+DSP运动控制芯片来进行前后台控制。采用这一设计方案,主要是为了保证和满足加工中心数控系统的实时性和高速、高精、高可靠性的要求。
本论文共分为七章,以建立一套完整的数控平台为主线,从硬软件选型、设计、操作系统移植、驱动编写等各个方面入手,搭建了一个完整的数控开发平台。
第一章,简要介绍了国内外数控系统发展和研究的现状,对未来数控系统发展的趋势做了分析与展望,在此基础上介绍了本选题的来源与意义。
第二章,重点介绍了嵌入式数控系统硬件平台选型和构建;分析了系统的硬件方案,研究了加工中心数控系统的需求,并分析了其要实现的功能,提出了“ARM9处理器+运动控制芯片”的方案,将ARM处理器的信息处理能力与运动控制芯片高速精确的控制能力有机结合在一起,实现了系统信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好、性价比高、易于开发等诸多优点。介绍了系统各模块电路,搭建了系统的硬件平台。
第三章,重点介绍了嵌入式数控系统软件平台选型,系统开发的操作系统、开发工具与开发方法,简要介绍了各种嵌入式操作系统与开发工具,分析了主流嵌入式操作系统的特点,给出了选择WinCE的原因,介绍了如何快速定制一个符合要求的操作系统镜像,并定制了一个简单的操作系统。
第四章,分析了WinCE的中断机制、内存管理机制、虚拟内存和虚拟地址映射方法,重点说明了WinCE的驱动程序模型,并详细介绍了开发MCX314AL流驱动程序的方法和步骤,完成系统软件平台开发。
第五章,对MCX314AL的通信方法和寄存器做了详细的说明,介绍了MCX314AL的异常处理及运动控制命令,介绍了MCX314AL的控制方法及其库函数的实现,包括其总线读写操作及其库函数、运动模式控制函数、异常处理函数、插补控制函数等。
第六章,对整个系统的硬件调试做了简要的说明,给出了调试结果和相关代码,并对软硬件的结合做了详细的解释。
第七章,对本论文设计进行了总结,阐述了本论文设计已完成的工作,说明了没有完成和待完善的工作;最后,介绍了本人在整个系统开发中的一点心得与体会。