基于arm和μcosⅱ的嵌入式数控系统的设计与开发

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要嵌入式系统是近年来发展最快的技术之一。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。由于嵌入式系统既有单片机系统成本低、体积小、功耗低的特点，又具有PC平台的开发环境好、资源丰富、具备操作系统、用户界面友好的特点，因而在数控技术领域会有良好的发展前景。本课题在江苏省自然科学基金重大（招标）项目（BK2003005）资助下，在对嵌入式系统、数控系统进行深入分析研究的基础上，完成了基于ARM微处理器的嵌入式数控系统的设计与开发。系统采用模块化设计，主要模块包括：ARM微处理器模块、

2、存储器模块、人机交互模块、通信接口模块、CPLD/FPGA模块、输入输出模块。系统采用二次插补法，即ARM微处理器实现粗插补，FPGA实现DDA硬插补，同时配合良好的加减速控制，保证了插补的连续性和稳定性。软件系统以µC/OS–II嵌入式实时操作系统为核心，开发系统所需的底层设备驱动程序和应用程序接口（API）函数。该数控系统可以控制四轴联动，具有大量I/O接口，具有主轴和手脉信号接口，具备友好的人机交互功能，可应用于数控车床和数控铣床。目前本系统已经基本实现了预期的目标，运动轴信号输出频率可达到1MHz，最大快速移动速度为

3、60m/min，主要性能指标达到数控系统先进水平。关键词：数控系统，嵌入式系统，ARM处理器，µC/OS–II。I基于ARM和µC/OS-Ⅱ的嵌入式数控系统的设计与开发AbstractEmbededsystemisoneofthemostrapiddevelopingtechnologiesrecently.Itisakindofspecialapplication-orientedcomputersystem.Theapplicationofembeddedsystemcanshortenthedevelopingcycl

4、eofproductsandimprovingthereliabilityandperformanceofproducts.Inaddition,ithasotherexcellentfeaturessuchaslesssystemcost,tinyvolumeandlowpowerconsumptionofsingle-chipdevicesaswellasperfectdevelopingenvironment,abundantresourcesandsupportingoperatingsystemofPCplatfo

5、rms.Therefore,embeddedsystemwillhaveagooddevelopmentfutureinthefieldofCNC.SupportedbyNaturalScienceFoundationofJiangsuProvince(BK2003005),andbasedonin-depthstudyofembeddedsystemandNCsystem,anoveldesignofembeddedCNCsystembasedonmicroprocessorARMispresentedinthisthes

6、is.Thesystemisdesignedbymodule,whichincludesmicroprocessorARMmodule,memorymodule,humaninterfacemodule,communicationinterfacemodule,CPLD/FPGAmodule,inputandoutputmodule.Two-stepinterpolationmethodisadoptedinsysteminwhichmicroprocessorARMimplementsrough-interpolation

7、andFPGAsystemimplementsDDAfine-interpolationcombinedwithanexcellentaccelerate/deceleratecontrolalgorithm.ItensuresthecontinuityandstabilityoftheCNCsystem.ThesoftwareisdevelopedbasedonµC/OS–IIreal-timeembeddedoperatingsystem.ThedevicedriversandAPIfunctionsisdevelope

8、d.TheCNCsystemcancontrolfouraxesandhasahugequantityofI/Oports,thespindleandhandwheelsignalinterface.Ithasafriendlyinterfacetooperators.Itcanbeuse