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基于文本指令的嵌入式数控系统软件开发

作　者: 林桂清
导　师: 甘明
学　校: 中国地质大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 文本指令 Windows CE MCX314AL 数控系统 软件开发
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


数控系统是计算机技术在机械制造领域的一种典型应用,它集电子科学、控制理论、机械制造、精密检测技术、计算机技术、数据处理技术和自动化等多项技术于一体。数控系统作为现代化制造业的核心技术,数控技术的发展水平关系到国家战略地位,是体现国家综合国力水平的重要基础性产业。目前,数控技术的发展日新月异,高速化、高精度化、高稳定性、柔性化、网络化、数字化、开放化是新一代数控系统及数控机床发展的趋势和方向。随着数控技术与嵌入式技术日益发展及技术融合,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,符合新一代数控系统发展的趋势和特点。本论文就是在开发基于文本指令的嵌入式数控系统软件部分的基础上撰写而成的。在基于ARM9微处理器S3C2410和运动控制芯片MCX314AL构建的"ARM+DSP"双CPU结构的数控系统硬件平台进行软件开发,研制一种基于文本指令的兼容性强、通用性好、性价比高的经济型开放式数控系统。本论文按照嵌入式数控系统的软件开发流程,逐一对总体设计、操作系统移植与驱动开发、运动控制芯片操作方法、文本指令编译功能的实现、软件操作模块的设计与实现等内容作了详细的阐述,各章节的安排如下：第一章：绪论。介绍了数控技术的现状以及发展趋势,提出了本课题的研究意义。第二章：嵌入式数控系统总体设计。根据对嵌入式数控系统的需求分析,确定了系统的硬件和操作系统选型。介绍所采用的Windows CE操作系统,具体阐述了操作系统定制,并进行了软件任务模块和功能模块划分。第三章：MCX314AL运动控制芯片功能实现。首先介绍了MCX314AL运动控制芯片的总线读写操作及其库函数编写,重点介绍了MCX314AL脉冲驱动命令、速度控制与插补、以及MCX314AL的异常处理并给出相应的接口函数。第四章：文本指令编译功能的实现。通过对数控系统常用文本指令格式及结构的分析,重点介绍了NC和HPGL两种文本指令的语法语序分析和加工信息提取,以及DXF格式文本指令的加工信息提取和处理的相关算法。第五章：嵌入式数控系统操作功能的设计与实现。首先介绍了主控界面及系统操作流程,然后分别介绍了文件管理功能模块、自动加工功能模块、手动加工功能模块和参数设置功能模块四个软件功能模块的设计与实现,重点介绍了自动加工模块的实时多线程控制,分析自动加工、掉电保护和实时仿真的实现原理及方法。第六章：总结与展望,对论文和课题完成过程和结果进行了总结,指出了不足,提出了展望。本论文所设计的基于文本指令的嵌入式数控系统经过实践检验,目前已经产品化,系统功能及性能均达到预期目标,是一种兼容性强、通用性好、性价比高的经济型开放式数控系统。创新点在于：第一,基于"ARM+DSP"的双CPU结构硬件平台,将ARM微处理器的强大信息处理能力和事务管理能力与DSP运动控制芯片的强大数据处理能力和高速精确的控制能力有机结合在一起；第二,采用专用DSP运动控制芯片MCX314AL,其控制能力强、稳定性好、接口简单,可降低开发成本和缩短开发周期；第三,文本指令兼容性强,可兼容多种格式文本指令如标准数控NC代码、HP绘图仪HPGL格式和AutoCAD的DXF格式；第四,采用多线程技术实现自动加工功能,数控系统自动加工时可实时监控加工状态、实时仿真加工轨迹,加工时突然断电还能实现掉电保护,保证加工质量。

全文目录


作者简介  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章 绪论  12-15
  1.1 数控技术概况  12
  1.2 数控系统发展趋势  12-13
  1.3 课题的来源、研究意义和主要内容  13-15
    1.3.1 本课题的来源及研究意义  13
    1.3.2 论文主要内容  13-15
第二章 嵌入式数控系统总体设计  15-27
  2.1 系统需求分析  15-16
  2.2 硬件平台架构  16-19
    2.2.1 硬件总体结构  16-17
    2.2.2 ARM微处理器S3C2410  17-18
    2.2.3 运动控制芯片MCX314AL  18-19
  2.3 软件总体设计  19-27
    2.3.1 嵌入式实时操作系统  19-20
    2.3.2 Windows CE系统定制  20-24
    2.3.3 软件功能模块设计  24-27
第三章 运动控制芯片MCX314AL功能实现  27-42
  3.1 MCX314AL的驱动开发及总线读写操作  27-30
    3.1.1 MCX314AL的驱动开发及总线操作  27-29
    3.1.2 MCX314AL的库函数  29-30
  3.2 MCX314AL脉冲驱动命令及应用  30-33
    3.2.1 脉冲驱动命令  31-32
    3.2.2 驱动命令接口函数的实现  32-33
  3.3 速度控制及速度曲线  33-36
    3.3.1 速度控制  33-35
    3.3.2 速度曲线  35-36
  3.4 插补  36-40
    3.4.12 轴或3轴直线插补  37-38
    3.4.2 圆弧插补  38-39
    3.4.3 连续插补  39-40
  3.5 MCX314AL的异常处理  40-42
    3.5.1 中断  40-41
    3.5.2 急停  41
    3.5.3 软硬限位  41-42
第四章 文本指令编译功能的实现  42-57
  4.1 文本指令编译功能分析  42-43
    4.1.1 数控代码编译器用途  42
    4.1.2 编译器原理及功能结构图  42-43
  4.2 NC/HPGL格式文本指令编译  43-50
    4.2.1 指令读取  43-44
    4.2.2 词法、语法分析  44-46
    4.2.3 提取加工信息  46-50
  4.3 DXF文本指令编译  50-57
    4.3.1 DXF指令读取  50
    4.3.2 DXF文件存储结构  50-51
    4.3.3 ENTITIES实体段分析  51-57
第五章 嵌入式数控系统操作功能的实现  57-68
  5.1 嵌入式数控系统主控界面  57-58
    5.1.1 主控界面介绍  57
    5.1.2 系统操作流程  57-58
  5.2 文件管理功能模块  58-60
    5.2.1 图形预览功能  59-60
    5.2.2 文件管理和指令编辑  60
  5.3 自动加工功能模块  60-66
    5.3.1 多线程实时控制  60-62
    5.3.2 自动加工线程  62-63
    5.3.3 掉电监控线程及掉电保护的实现  63-64
    5.3.4 实时监控线程  64-66
  5.4 手动加工功能模块  66
  5.5 参数设置功能模块  66-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-73

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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