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基于ARM的嵌入式数控系统硬件平台研究

李卫中  
【摘要】: 嵌入式系统是近年来发展最快的技术之一。嵌入式系统是一类以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁减、适应于应用系统,对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式数控系统与传统的单片机数控系统和工控机数控系统相比,融合了两者的优点,既有单片机数控系统成本低、体积小、功耗低的特点,又具有工控机数控系统的开发环境好、资源丰富、具备操作系统、用户界面友好的特点。因而嵌入式数控系统在数控领域会有良好的发展前景。 本文在湖北省科技攻关引导项目(2007AA101C19)和武汉市科技计划项目(20061009134-06)的资助下,通过深入分析和研究,提出了基于ARM的嵌入式数控系统硬件平台的设计方案,并完成了系统硬件电路的设计与调试。 本文首先介绍了数控技术的国内外发展现状、未来发展趋势以及数控系统的应用特点;然后介绍了嵌入式系统的特点,分析了嵌入式数控系统的功能需求,并对几种常见的数控系统设计方案进行了比较,给出了每种设计方案的优缺点。在此深入分析和研究的基础上,提出了基于“ARM处理器+运动控制芯片”的总体设计方案。建立了基于32位微处理器S3C2410与运动控制芯片MCX314的硬件平台。本硬件平台主要分为ARM子系统和运动控制子系统两部分。其中ARM子系统主要负责运行数控系统的控制软件,完成程序以及命令的输入,图形界面的显示以及与PC机的通信等,是整个系统的控制核心。它主要包括:控制核心S3C2410模块、存储器模块、JTAG调试接口模块、串口通信模块、USB模块、LCD液晶显示模块以及USB数控键盘模块等。运动控制子系统作为运动控制机构,主要由运动控制芯片MCX314完成,用于接收来自ARM子系统的数据和命令,并为系统提供插补运算、进给脉冲;同时还要接受伺服系统的反馈信号等。它主要包括:主轴驱动电路设计、进给轴驱动电路设计、光耦隔离以及各轴反馈电路的设计。最后作者对各硬件模块进行了调试,给出了调试结果并对结果进行了分析。 调试结果表明,该硬件平台不仅响应速度快、成本低、可靠性好,而且具有良好的可移植性和可裁减性,便于根据实际需求进行功能的扩展和裁减。数控系统硬件平台的设计达到了预期的目标。


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