基于ARM 微处理器的嵌入式数控系统

测控技术概论（大作业）学期：2011-2012-1学期学院：自动化工程学院专业：测控技术与仪器班级：测控102班姓名：王杰学号：1007250234提交日期：2011年10月10日一、综述题目:基于ARM 微处理器的嵌入式数控系统学生姓名:王杰摘要:ARM 是一种高性能、低功耗的微处理器。

采用ARM 开发机床数控系统可以降低硬件成本、提高系统集成度、增强稳定性,它相对于PC平台具有更多的优势。

因此,采用ARM 为硬件平台开发数控系统是一个不错的选择。

Ma sterCAM 后置处理文件PST文件的高级编程方法。

给出了PST文件的语法特点,在此基础上,针对Ma sterCAM 二维轮廓加工方式的后置处理中的缺陷,修改了相应的后置处理算法。

实践证明,该方法正确有效。

关键词:ARM 嵌入式数控系统MasterCAM生成数控程序引言:目前,ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高打印机、数字照相机和数字摄像机等。

这些成功的运用为将数控系统软件移植到ARM9微处理器奠定了良好的基础。

1 基于ARM 微处理器嵌入式数控系统的硬件结构目前,世界上的ARM9系列微处理器有许多种品牌,现以三星公司的ARM9处理器SBC - 2410芯片为例进行说明。

SBC - 2410使用ARM920T核,内部带有全性能的MMU (内存处理单元) ,它适用于设计工控产品和移动手持设备类产品,具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性。

基于SBC - 2410芯片本身的各种特点,主板采用6层板设计,该SBC - 2410主板在尽可能小的板面上(120 mm ×90 mm ) 集成了64M SDRAM、64M NandFlash、1M Boot Flash、RJ - 45网卡、音频输入与输出、USB Host、USB slave、标准串口、SD卡插座、用户按键和一些用户灯等设备接口,并且使用210 mm插针槽引出CPU的大部分信号引脚,可以作为嵌入式电脑系统的一个主板模块,非常适合于数控系产品的原型设计。

系统硬件结构如图1所示,对用原理图名称如表1所示。

表1 对用原理图名称表从上可以看出,基于SBC - 2410的嵌入式主板具有系统总线、USB、以太网等丰富的功能,相当于一块工业控制计算机主板,但硬件成本却很低,硬件组成结构更简单,性能更可靠。

并且,利用SBC - 2410芯片本身的I/O口即可完成数控系统的输入输出控制,无需设计I/O接口板,如需更多的I/O点,可以通过SBC - 2410的扩展总线实现更多的I/O控制。

利用SBC - 2410的5个PWM脉宽调制定时器就可以实现对5个坐标轴的控制,不需要另外选用DSP和FPGA制作运动控制板,极大地简化了硬件结构,降低了硬件成本。

2 基于ARM 微处理器嵌入式数控系统的软件架构在软件上,选用韩国mizi公司所公布的免费嵌入式Arm - L inux操作系统,基于该平台及其开发工具包,编写和移植丰富的现有软件,如文本编辑器、Web服务器、Ftp /Telnet服务器等。

利用L inux操作系统提供的强大功能,可以轻松地实现USB、网络接口等功能。

同时,使用L inux操作系统的驱动程序模型,编写I/O控制和运动控制驱动程序。

利用SBC - 2410芯片的RTC功能来实现实时控制。

整个系统软件架构如图2所示:数控系统的图形界面处于应用程序层,而专门为数控系统编写的运动控制驱动程序位于底层驱动程序层。

利用MasterCAM生成数控程序(NC代码)一般有三个步骤:首先利用CAD模块建立产品的二维或三维模型;然后根据产品的特点、材料选择适当的刀具和加工方式,并设定加工参数,由CAM模块生成刀具路径并校验;最后根据目标机床数控系统的型号,选择适当的后置处理文件( PST文件) ,对包含刀具路径数据的NC I文件进行处理,最终生成适合目标机床的NC代码。

在以上三个步骤中,最后一步是最关键的,因为NC代码的质量直接关系到产品的加工质量,NC 代码中任何一点点错误都可能导致严重的质量问题甚至事故。

虽然MasterCAM系统提供了绝大多数数控系统的PST文件,但并不能完全保证与目标机床相兼容。

因此,编程人员必须严格地参照数控系统的说明,对PST文件进行适当修改,以便生成正确的NC代码。

总而言之,ARM微处理器为可综合处理器,使用单一的处理器内核就可以实现数控系统所需要的大部分功能,极大地减小了总体芯片的面积和系统的复杂程度。

由ARM微处理器构成的嵌入式系统以其低成本,高可靠性与稳定性,在机床数控领域有着美好的前景。

参考文献:[1]韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册[M].北京:人民邮电出版社,2008.[2]李亚锋.ARM嵌入式Linux系统开发从入门到精通[M].北京:清华大学出版社，2007.[3] Alan Ezust,Paul Ezust.C++设计模式——基于Qt4开源跨平台开发框架[M].北京:清华大学出版社,2007.[4] 蔡志明.精通Qt4编程[M].北京:电子工业出版社,2008.[5] ]Jasmin Blanchette.C++GUI Qt 4编程[M].北京:电子工业出版社,2008.二、课后体会测控技术与仪器专业是以计算机技术、智能信息处理技术、测量工程和自动控制工程为基础的信息时代高技术专业、主要培养从事传感系统、智能仪表、测控工程、网络信息测试、计算机网络管理、计算机接口、智能信息处理、机器人系统、精密仪器仪表等各类系统、网络、功能模块和仪器设备的研究、设计和制造等方面的高级工程技术人才。

本专业主要课程包括：电路分析理论、模拟电子线路、信号与系统、数字电路、数字信号处理、微机原理与应用、高级语言与程序设计、单片机原理与程序设计、计算机控制技术、计算机接口与系统开发、计算机网络、多媒体应用技术基础、自动测试技术、模式识别原理、传感器原理与应用、精密机械设计基础、现代仪器设计技术、电子测量技术、工程光学等。

在未来的学习生涯中，我要不断学习，使自己具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括机械学、电子学、光学、测量与控制、市场经济及企业管理等基础知识；掌握光、机、电、计算机相结合的当代测控技术和实验研究能力，具有本专业测控技术、仪器与系统的设计、开发能力；具有较强的外语应用能力；具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。

虽然这一年里我学了很多，但我发现我仍然需要好好培养自己学会学习、学会做事、学会共同生活、学会生存、学会改变，学会向他人学习。

当然，刚上大学时定的目标，还是有一些实现了，但很多都不太尽如人意。

所以，我对我以后的学习制定了一个计划。

首先，应该是完善自己的个性，改掉自己的一些坏脾气、坏习惯。

大学校园是个大课堂，是个投影的小社会，在里面有来自各个地方的同学和老师，他们有着各种性格，我们不可能与每个人都会有话题，和睦相处，总会有些小摩擦。

所以我们尽可能的改去自己的缺点，包容他人，用最短的时间与同学和老师们相处好，处理好自己的人际关系。

其次，努力学习专业课，同时也认真学习其他公共文化课。

新的一学期已经来临，我接触到专业课的许多知识。

我也明白我们的专业课是我们日后谋生的重要手段，是我们找到工作的重要技能。

所以一定要好好学习。

不能再浪费时间，为了自己的未来着想。

有空多去图书馆看些书，充一下电，填补自己各方面的知识空缺，增加知识面，增加个人修养。

定好每个星期去三次自习，每次自习不少于一小时，每星期去至少一次图书馆。

然后，多参加一些社会实践活动。

通过一年的学习，我们已经开始知道专业是什么，将来要做什么。

对大部分人来说，如何将大学学习与社会结合起来，是我们这一时期最主要的问题，而社会实践可以让我们更清楚的了解到我们应该怎样做。

为大三的实习做好准备最后，通过社会实践结合自己的职业规划，了解社会对这个专业的应用、使用等方面情况，同时了解社会对该专业应用的不足点，有针对性进行调整，这对今后的专业学习是非常有益的，还能丰富大学学习内容的好手段，对完善知识结构，丰富知识层面，增长社会见识是有积极意义的。

三、奇思妙想现在，人们穿的衣服主要具有遮体和保暖的作用，我要发明一种多功能的衣服。

据我所学的测控技术，在以后的将来，我要发明的衣服，冬天不但能保暖，而且能根据你的心情放出各种美妙的音乐。

通过特殊的测控系统和精密的测量仪器，它能通过你的大脑和神经中枢做出相应的反应，就相当一个外置的处理器一样合理进行调试。

当然这音乐只是你自己能够听得见，别人是听不见的。

这种衣服还有一种主动防御功能。

如果你在路上遇到了强盗，内置的处理系统会做出相应判断，调整相应参数，改变自身分子结构，对穿戴者遮掩隐蔽。

让强盗眼前一片漆黑，找不到你。

按动特殊按钮连接互联网，通过网络还可以自动报警，让警察叔叔来解决问题。

多功能衣服还能够自动调节温度。

如果你觉得有些热，你自身的体温就会让它制造冷气，内置的测量仪器会根据外界的温度来相应调节自身的温度。

当然不等你感到冷，你的体温又会通知它作升温调节，直到使你感到舒适为止。

这种衣服还有一种特殊的功能——叫床。

因为大多数人早上都不愿意起床，有的人闹钟响几遍都起不了床。

可是这种衣服，只要你穿着它的内胆（相当于睡衣）睡觉，按下定时按钮，到时不仅是优美的音乐催你起床，而且能把你轻轻提起，这完全依靠先进的测控系统，通过变换音乐的频率，与你睡觉时的大脑频率相互作用，产生干扰，这样你就会睡意全无你就再也不会赖床了。

四、换位思考开始，我会通盘考虑该专业的各类学科，对比自己的特长和优势，有时候成功是靠天份的，后天的努力需要天份的指引，才能产生事半功倍的奇效。

我引以自豪的是，一点点的亲和力，一点点的精神感召力，外加一个还算清醒的大脑。

课堂上，我不会拘泥于单纯的教学，对于学生的苦难经历我感同身受，填鸭式的教学无利于造就学生的兴趣，我准备实施一项新颖别致的教学计划，哪怕被教务主任请去喝茶也在所不惜。

教学进度是需要调控的，课堂时间是有限的,怎样才能把无限的热情投入到有限的课堂教学中去呢?第一堂课,我会放弃日常的教学,转而跟学生们探讨一个话题,“学管理，会管理，管理好”，让他们清楚管理学这个学科的精要在何处，学管理学的就是探究规律和科学方法。

当然了，气氛是要活跃的，一个别出心裁的开场白还是要有的，和谐的氛围是需要共享的。

最后，我会发表重大个人宣言，考试是形式，形式都是可以打破的，谁都可以免考，只要最后回答我的三个问题，回答正确你就通过了。

能够想象得到底下雷鸣般的欢呼声和一个个真切感恩的目光,此时感觉,我的对立面严重倾斜，真的对不住那些想拿监考补贴的老师和期待学生重修的学究了。