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数控机床前端控制的交互系统设计及硬件实现

作　者: 孙万辉
导　师: 王旭
学　校: 东北大学
专　业: 电路与系统
关键词: 数控前端控制系统 ARM 嵌入式Linux MiniGUI 插补算法
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

数控机床是衡量一个国家制造业发展的标尺,而作为其大脑和核心的数控系统的研究,就有了非常深远的意义。随着嵌入式系统的发展,特别是高性能的嵌入式微控处理器的发展,利用嵌入式处理器构建的数控系统将是未来的一个趋势。本文着重对数控的前端控制系统进行相关的设计,包括数控前端系统的硬件实现和交互系统的设计。在硬件实现上,采用了现在应用非常广泛的ARMS3C2440作为前端控制系统的主控芯片,并且在这块主芯片的基础上选取了电源模块、内存、FLASH以及相应的器件完成了最小硬件系统的构建,同时扩展出串口接口电路、USB接口电路、LCD接口电路、JTAG调试电路等用于数控前端控制系统的各种功能的支持。软件上,进行了数控交互系统的设计。采用嵌入式Linux作为数控前端系统的操作系统,并且在硬件平台上移植了操作系统。同时在这个系统上,采用MiniGUI作为图形系统,进行了数控人机界面的设计。设计了后台的数控程序处理模块,实现数控程序的翻译和存取,建立插补模块,实现了界面走刀的插补演示,最终完成了数控交互系统。经过测试表明,硬件最小系统工作稳定,外围接口电路工作正常,能够完成数控前端控制系统的要求。交互系统软件运行稳定,能够正确处理输入的数控程序,可以对其进行存取和翻译,并且系统能够在界面上完成刀具走位的模拟。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 课题背景及意义  10
  1.2 数控的定义  10-11
  1.3 数控机床的组成  11
  1.4 我国数控机床研究的现状  11-12
  1.5 数控机床技术的发展趋势  12-13
  1.6 项目提出及意义  13
  1.7 论文结构  13-14
第2章相关知识背景介绍  14-30
  2.1 数控的相关原理  14-15
    2.1.1 数控系统工作原理  14
    2.1.2 数控系统的功能和一般工作过程  14-15
  2.2 数控系统前端控制平台  15-16
    2.2.1 数控前端控制系统  15-16
    2.2.2 嵌入式系统平台的介绍  16
  2.3 ARM处理器相关知识  16-18
  2.4 嵌入式操作系统  18-20
    2.4.1 嵌入式操作系统介绍  18
    2.4.3 几种嵌入式操作系统的介绍  18-19
    2.4.4 Linux内核概述  19-20
  2.5 嵌入式Linux的GUI系统  20-22
    2.5.1 MiniGUI运行结构  20-21
    2.5.2 MiniGUI的运行模式  21-22
  2.6 插补原理的相关的介绍  22-26
    2.6.1 逐点比较法直线插补  22-24
    2.6.2 逐点比较圆弧插补  24-26
  2.7 数控系统编程的控制指令码  26-28
  2.8 本章小结  28-30
第3章数控前端控制系统硬件实现  30-40
  3.1 数控前端系统平台的选取  30
  3.2 数控前端系统微控处理器的选取  30
  3.3 ARMS3C2440具体资源介绍  30-32
  3.4 数控前端控制系统的总体设计  32-33
  3.5 各功能模块的设计  33-39
    3.5.1 电源转换电路  33-34
    3.5.2 FLASH接口电路  34
    3.5.3 SDRAM接口电路  34-35
    3.5.4 串口接口电路  35-36
    3.5.5 JTAG接口电路  36
    3.5.6 LCD液晶接口电路  36-37
    3.5.7 USB接口电路  37-38
    3.5.8 键盘接口电路的设计  38
    3.5.9 硬件模块总体实现  38-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章数控前端控制的交互系统设计  40-62
  4.1 操作系统的配置与移植  40-47
    4.1.1 嵌入式Linux系统的移植准备  40-41
    4.1.2 嵌入式Linux操作系统相关软件结构  41
    4.1.3 引导程序Bootloader移植  41-43
    4.1.4 嵌入式Linux内核移植  43-46
    4.1.5 yaffs文件系统的配置与移植  46-47
  4.2 MiniGUI的1.3.3移植  47-49
    4.2.1 移植相关准备工作  47-48
    4.2.2 配置编译MiniGUI的开发库  48-49
  4.3 数控机床NC系统的界面设计  49-55
    4.3.1 搭建系统的窗口  50-52
    4.3.2 MiniGUI的窗口机制  52-54
    4.3.3 界面绘图机制  54-55
  4.4 数控代码翻译程序模块设计  55-57
  4.5 数控机床的插补程序模块设计  57-58
  4.6 数控系统的存取模块设计  58-59
  4.7 交互系统设计总体框图  59
  4.8 本章小结  59-62
第5章系统测试  62-68
  5.1 硬件平台测试  62-65
    5.1.1 电源、晶振及JTAG接口的测试  62
    5.1.2 SDRAM和FLASH得调试  62-63
    5.1.3 串行接口电路测试  63-64
    5.1.4 LCD电路调试  64
    5.1.5 USB接口测试  64-65
    5.1.6 键盘测试  65
  5.2 数控交互系统测试  65-67
  5.3 本章小结  67-68
第6章总结与展望  68-70
  6.1 论文总结  68
  6.2 研究展望  68-70
参考文献  70-74
致谢  74

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