基于ARM的嵌入式车床数控系统与开发.
基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计
现有的数控系统中多采用工控机加运动控制卡的计算机数控系统方案进行运动控制器的设计。
随着工控机整体功能日趋复杂，对运动控制系统的体积、成本、功耗等方面的要求越来越苛刻。
现有计算机数控系统在运动控制方面逐渐呈现出资源浪费严重、实时性差的劣势。
此外，数控系统的开放性、模块化和可重构设计是目前数控技术领域研究的热点，目的是为了适应技术发展和便于用户开发自己的功能。
本文基于ARM和FPGA的硬件平台，采用策略和机制相分离的设计思想，设计了一种具有高开放性特征的嵌入式数控系统。
该数控系统不仅具备了以往大型数控系统的主要功能，还具备了更好的操作性和切割性能，而且在开放性方面优势更为突出，使数控系统应用软件具有可移植性和互换性。
1 基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统整体方案基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统结构如图1所示。
按照模块划分的思想，本文将控制器分为人机交互、插补算法和通信三部分。
系统中ARM采用三星公司推出的16／32位RISC微处理器S3C2440A，它采用了ARM920T内核，核心频率高达400MHz。
FPGA采用Xilinx公司Spartan 3E系列的XC3S250E。
图1 基于ARM FPGA的嵌入式数控系统结构2 S3C2440A控制系统ARM作为数控系统的控制核心主要负责对从数据存储器中读取或直接从上位PC或网络获得的零件加工代码和控制信息进行译码、运算、逻辑处理，完成加工数据的粗插补以及人机界面和数据通信。
ARM系统是整个数控系统的控制核心，在嵌入式操作系统的管理下，采用分时处理的方式实现整个系统的信息处理和粗插补运算，通过键盘、触摸屏等输入装置输入各种控制指令，对数控系统的实时运行状态通过LCD、指示灯等显示，实现人机友好交互。
基于S3C2440A控制器有各种通信接口，包括RS232、RS485、以太网口、USB等接口模块。
通过这些接口实现文件传输和网络控制。
嵌入式数控的软件系统总体结构如图2所示。
基于ARM设计的嵌入式数控系统方案
基于ARM设计的嵌入式数控系统方案摘要：本文介绍了基于ARM 的嵌入式数控系统。
该系统为主从式结构，上位机以ARM9 为核心，实现人机交互，下位机以ARM7 为核心，结合FpGA 实现机床的运动控制，上下住机通过CAN 总线进行通信。
传统的数控系统通常是在通用计算机或工控机的基础上加装运动控制卡，使用Windows 操作系统，并安装昂贵的数控软件构成的。
此类系统成本高，功耗大，不太适合中小规模的应用场合。
而嵌入式产品具有系统结构精简、功耗低等特点，能弥补传统数控系统的不足。
目前，嵌入式数控系统主要有两种形式：完全依靠嵌人式处理器控制的系统以及嵌入式处理器和运动控制芯片相结合的系统。
与前者相比，后者南于采用了专业的运动控制芯片，在实时性和精度等方面的表现更好，因而成为未来的一个发展方向。
本文介绍了一种基于ARM 控制器和FPGA 运动控制芯片的主从式数控系统，希望能为AR M 在嵌入式数控系统中的应用提供一些参考。
1 总体设计本系统为主从式结构。
上位机以S3C2410 ARM9 控制器为核心，移植Linux 系统和QT／Embedded 图形库，主要实现G 代码文件处理、加工位置的显示、手动控制等人机交互功能。
下位机以$3C44B0 ARM7 控制器为核心，斯迈迪的SM5004 FPGA 芯片为运动控制器，实现电机驱动、冷却液开关、紧急停止等机床控制功能。
上下位机通过CAN 总线通信。
2 硬件设计2．1CAN 接口设计由于S3C2410 和S3C44B0 不带CAN 接口，所以必须对其进行扩展。
S3C2410 的CAN 扩展接El 如图1 所示，S3CA4B0 的CAN 接口与其相似。
基于ARM9的嵌入式数控系统
TOUT0 GND LED1 GND TOUT0 GND LED1 GNDTOUT0 GND LED1 GNDGPIO信号地232OPF光耦RDARDBSDASDBSGFRE500 232OPF光耦232OPF光耦232OPF光耦S3C2440PF+PF－PR+PR－SEDA－02AVNPF+PF－PR+PR－SEDA－02AVNPF+PF－PR+PR－SEDA－02AVNUVWGNDUVWGNDUVWGNDUVWGNDM1M2M3M4PEPEPEPE图1系统原理图来控制电机。
根据加工线型的不同，本数控系统的插补计算分为圆弧插补、直线插补计算。
3结语采用S3C2440和运动控制芯片SEDA －02AVN 组成的嵌入式数控系统能减轻研发任务，提高研发速度，在较短的时间内得到性能良好的数控系统。
Samsung 公司的16／32位RISC 处理器S3C2440对调制PWM 实现方便，可编程，电机转速、转向的改变迅速，无停顿，还可以进行Linux 操作系统的移植。
而Linux 是UNIX 类、多用户、多任务的开放式操作系统，借助Linux 操作系统，大大提高了软件开发的灵活性，缩短了数控系统软件的开发周期。
［参考文献］［１］韦东山．嵌入式Ｌｉｎｕｘ应用开发完全手册．北京：人民邮电出版社，２００８［２］杜春雷．ＡＲＭ体系结构与编程．北京：清华大学出版社，２００３［３］刘刚，赵剑川．Ｌｉｎｕｘ系统移植．北京：清华大学出版社，２０１１［４］秦云川改编．构建嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统．北京：中国电力出版社，２０１１［５］刘淼．嵌入式系统接口设计与Ｌｉｎｕｘ驱动程序开发．北京：北京航空航天大学出版社，２００６［６］于明，范书瑞，曾祥烨．ＡＲＭ９嵌入式系统设计与开发教程．北京：电子工业出版社，２００６［７］Ｓ３Ｃ２４４０芯片手册［８］ＴＱ２４４０开发板使用手册收稿日期：2012－08－08作者简介：程龙（1987—），男，辽宁沈阳人，硕士研究生，研究方向：机械电子。
基于嵌入式技术的数控系统开发设计
基于嵌入式技术的数控系统开发设计作者：卜伶俐来源：《电子技术与软件工程》2017年第12期目前由于科学技术的快速发展使制造业及机械加工业中各类设备机械也得到了快速的发展，目前在机床应用中其数控系统的开发及设计都得到了极大的进步。
在机械加工制造业中进行数控系统的开发与设计主要是为了提高机械自动化水平，通过控制程序来实现标准化、智能化作业。
虽然数控系统开发与设计已经得到了不错的发展，但是在实际应用中其仍然存有一定的局限，为此以下则对嵌入式技术在数控系统中应用的特点及优势进行分析，探讨其在实际中的应用价值。
【关键词】嵌入式技术数控系统开发设计在机械加工制造业中，一些复杂的、精度要求高、质量要求高的产品零件必须要由高精机械设备来进行加工，为了保证这些产品的质量用来加工的设备必须要由计算机数控系统来进行加工控制。
但是在数控系统（CNC）应用中存在的一个问题就是不同生产厂家所开发出的CNC之间无法兼容，虽然此问题并不影响产品的生产及设备的单独使用，但是在通讯传输上存在的缺陷限制了数控系统联合应用的性能，并不利于加工生产的多种需求。
1 数控系统的特点数字控制（Numericcontrol，简称NC）是随着我国计算机技术变革，以微处理器发展为核心，形成的基于微型或小型计算机应用的数控系统，又称为计算机数字控制系统（Computernumericcontrol，简称CNC）。
数控系统的一般工作原理是，将录入的零件加工信息进行数字化指令的转换，根据保存的数字化指令对加机床下达工作的命令，车床完成对零件的加工。
上世纪80年代起，由于数位微处理器的发展迅速，也大大提高了PC端在人机交互、数据的计算和处理方面的速度。
而我国在目前的情况来看，基于PC的开放式数控技术，不仅在技术层面得到了发展，在多样化领域中（如PC+NC二者相互嵌入的模式，NC中继承PC全软件的结构等）发展都十分迅速。
尽管在现代社会中不论PC还是NC都得到了迅速的发展，但是不能否认，在进行制造方面，两者的结构还都比较复杂，制造成本也较为昂贵，因此并不能满足大规模控制的应用需求。
《基于ARM处理器的通用数控系统的研究与设计》
《基于ARM处理器的通用数控系统的研究与设计》一、引言随着现代工业的快速发展，数控系统作为现代制造技术的重要组成部分，其性能和效率的优化已成为工业生产的关键。
而ARM处理器以其低功耗、高性能的特点，在嵌入式系统中得到了广泛应用。
因此，基于ARM处理器的通用数控系统的研究与设计具有重要的现实意义。
本文旨在探讨基于ARM处理器的通用数控系统的设计原理、实现方法及其在工业生产中的应用。
二、ARM处理器与数控系统概述ARM处理器是一种基于精简指令集（RISC）架构的低功耗、高性能的嵌入式处理器。
由于其高度的可扩展性和定制性，被广泛应用于工业控制、智能设备等领域。
数控系统则是通过数字信息实现对机械设备加工过程的全自动化控制，其性能直接影响着设备的加工精度和效率。
将ARM处理器应用于数控系统中，可以实现设备的智能化控制，提高设备的加工效率和精度。
三、系统设计1. 硬件设计基于ARM处理器的通用数控系统的硬件设计主要包括ARM 处理器核心板、电源模块、存储模块、通信模块等。
其中，ARM 处理器核心板负责处理数控系统的各种任务，电源模块为系统提供稳定的电源供应，存储模块用于存储程序和数据，通信模块则负责与其他设备进行数据交换。
2. 软件设计软件设计是数控系统的核心部分，主要包括操作系统、控制算法、人机交互界面等。
在操作系统方面，选择适用于ARM处理器的嵌入式操作系统，如Linux或Windows CE等。
控制算法则是根据具体的加工需求和设备特性进行设计和优化，以实现高精度的加工控制。
人机交互界面则负责将操作人员的指令转化为计算机可识别的语言，并实时显示设备的运行状态和加工结果。
四、关键技术及实现方法1. 运动控制技术运动控制技术是数控系统的核心技术之一，主要包括插补算法和伺服控制算法。
插补算法用于计算加工路径的中间点，以实现高精度的加工；伺服控制算法则用于控制设备的运动轨迹和速度，以保证加工的稳定性和精度。
2. 通信技术通信技术是实现数控系统与其他设备进行数据交换的关键技术。
基于ARM9的嵌入式数控铣床控制系统的设计的开题报告
基于ARM9的嵌入式数控铣床控制系统的设计的开题报告一、选题背景数控机床是现代制造业中不可或缺的设备，随着工业自动化的不断发展，其在生产加工中的应用越来越广泛。
数控机床的控制系统是数控机床的核心，控制系统的性能直接影响到机床加工精度和效率。
目前市场上的数控机床控制系统大多数采用PC或者嵌入式处理器作为控制芯片，PC处理器具有较高的性能和灵活性，但价格较高，嵌入式处理器虽然性能相对较低，但价格较为实惠，更适合中小型数控机床的应用。
本课题将基于ARM9嵌入式处理器设计一款中小型数控铣床控制系统，以实现数控铣床的切削、运动控制和轨迹解析功能。
同时，设计采用Linux操作系统和Qt图形界面，提高了系统的稳定性和友好度。
二、研究内容1. 硬件平台的选型和设计。
选用ARM9的嵌入式处理器，根据数控铣床的数据采集和控制要求进行硬件平台的设计，包括CPU、存储、输入输出等。
2. 系统底层的驱动开发。
根据硬件平台的需求，开发适配的设备驱动程序，完成系统底层的数据采集和控制功能。
3. 运动控制算法的设计。
设计数控铣床运动控制算法，实现对加工过程中的切削参数和运动参数的控制。
4. 轨迹解析和解码算法的实现。
将输入的轨迹数据进行解析和解码，生成标准的G代码指令，使用运动控制算法控制数控铣床进行加工。
5. 界面设计。
采用Qt图形界面设计，实现数控铣床的操作控制和状态显示。
三、论文结构1. 第一章：选题背景和研究内容，介绍数控机床控制系统的重要性和发展趋势，阐述本课题的开题研究内容和研究方法。
2. 第二章：数控铣床的数学模型，介绍数控铣床加工的基本原理和数学模型，为后续算法的设计和开发提供理论基础。
3. 第三章：硬件平台设计与开发，介绍ARM9芯片的选型和硬件系统设计，完成原理图设计和PCB布线，进行硬件系统的搭建和驱动开发。
4. 第四章：系统底层驱动的实现，根据硬件平台需求，开发适配的设备驱动程序，包括外部IO、串口、USB等。
基于ARM+DSP嵌入式数控系统设计
Ｏ ｕ ａ ｒ ｗ Ｏ，Ｏ Ｓ ０ ） ｐ ｔ（ ｄ ＋ ｒ ｘ Ｏ０ ； ｆ ｒ（ｏ ｎ ０ ｃ ｕ ｔ １ ０ ｃ ｕ ｔ ＋ ； ｏ ｃ ｕ ｔ ； ｏ ｎ ＜ ０ ： ｏ ｎ ＋ ） ｒ ｎ ｅ（ｘ ， １ ７ ０ ； ａ ｇ Ｏ ｆ ５ ０ ）
地 址 线 、 ｌ位 数 据 线 以 及 一 些 读 写 控 制 信 号 线 等 。 运 动 控 制 芯 片 ６ ＭＸ １Ａ 与￥ Ｃ４ ０ Ｃ３４ ｓ ３２ １ 处理器 就 是通过 这个 标准 的 总线接 口电路而 连接 的 。
特别 要注 意 的是 ，￥ Ｃ ４ ０ Ｉ ０ ３ ２ １ 的 ／ 引脚 的工 作 电压 和Ｍ Ｘ １Ａ 的工作 电 Ｃ ３４ ｓ
ａ ＝ ａ Ｐ １ ｉ ｅ ｄ Ｓ ｅ ｉ ｇ ｐ ｅ ） ａ Ｃ ｌ ｕ Ｔ ｍ （ｗ ｈ Ｄ ｎ ｓ ｅ ｄ ；
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嵌 入式 系统 广泛 应用 于 汽车 制造 、通 信 终端 、家 用 电器 、机 电设 备等 各 种控 制领 域 ，随 着 电子 信 息技 术及 控制 技 术 的迅猛 发 展 ，嵌 入式 技 术 日 臻 成 熟。将 嵌 入式 技 术 与数控 技 术有 机 结合 ，可 以充分 发挥 嵌 入式 数控 系 统 兼备 嵌入式 技 术和数 控技 术 的优 势， 设计 出性 能更优 的数 控产 品 ［］ １。 本 文设 计 的嵌入 式数 控 系统 ，基 于Ａ ＭＤ Ｐ Ｒ ＋Ｓ 硬件 控制 ，利用 Ｌｎ ｘ ｉｕ 操作 系 统源 代码 软 件控 制 。通 过操 作 系统 和 系统 模块 的裁 剪 设 计、 软硬 件 系统 的开发 ，设计 出一种 新的 高性 能的 嵌入式 数控 系统 。 １基于 Ａ Ｍ＋ Ｓ 的嵌 人式 数控 系统 模型 Ｒ Ｄ Ｐ 该嵌 入式 数控系 统可 分为运 动控 制软 件层 、操作 系统 层和 硬件层 ［］ ２。 底 层硬 件 层 的Ａ Ｍ Ｒ 处理 器 采 用￥ Ｃ４０ （ ３２ １是 韩 国三 星 （ ａ ｓｎ ）公 ３２ １ ￥Ｃ４ ０ Ｓｍ ｕ ｇ 司 设计 的３位 ＲＳ 嵌入 式处 理 器 ）和 Ｍ Ｘ１Ａ （Ｃ ３４ｓ 日本Ｎ Ｖ 电子 ２ ＩＣ Ｃ３ ４ｓ Ｍ Ｘ １Ａ 是 ＯＡ 有 限公 司研制 的Ｄ Ｐ Ｓ 运动控 制专 用芯 片 ）。 中间层 为嵌 入 式数控 系 统的操 作
基于ARM的嵌入式数控系统的研究
基于ARM的嵌入式数控系统的研究一、本文概述随着科技的快速发展，嵌入式系统在各领域的应用越来越广泛，尤其在工业控制、自动化设备以及智能家居等领域中发挥着至关重要的作用。
而基于ARM的嵌入式数控系统，凭借其高性能、低功耗以及良好的扩展性，成为了众多研究者关注的焦点。
本文旨在探讨基于ARM的嵌入式数控系统的研究现状、设计原理、实现方法以及未来发展趋势，以期为相关领域的研究与应用提供有益的参考。
本文将对嵌入式数控系统的基本概念进行介绍，阐述其与传统数控系统的区别与优势。
将重点分析基于ARM的嵌入式数控系统的硬件架构和软件设计，包括处理器选择、外设接口设计、操作系统移植以及数控算法的实现等方面。
还将探讨系统在实际应用中的性能表现，包括实时性、稳定性以及可靠性等方面的评估。
本文还将对基于ARM的嵌入式数控系统的未来发展趋势进行展望，分析其在智能制造、工业自动化等领域的应用前景，以及面临的挑战和机遇。
希望通过本文的研究，能够为嵌入式数控系统的进一步发展提供有益的启示和建议。
二、ARM架构与嵌入式数控系统基础ARM（Advanced RISC Machines）架构是一种精简指令集（RISC）处理器架构，广泛应用于嵌入式系统领域。
ARM架构以其低功耗、高性能和低成本等特点，成为了嵌入式系统市场的主流选择。
ARM处理器通常由内核、存储器和输入输出设备组成，具有高效的处理能力和灵活的扩展性。
这使得ARM架构在数控系统中的应用具有显著的优势，如提高系统性能、降低能耗和缩小体积等。
嵌入式数控系统是一种将计算机技术与数控技术相结合的系统，广泛应用于机械加工、自动化生产线等领域。
嵌入式数控系统通过ARM架构的处理器实现对加工过程的精确控制，实现对加工参数、运动轨迹和加工状态的实时监控和调整。
这种系统具有高度的集成性和智能化，可以提高加工精度和效率，降低人工干预和操作难度。
在基于ARM的嵌入式数控系统中，ARM处理器作为核心控制器，负责处理各种指令和数据，实现对加工过程的精确控制。
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基于ARM的嵌入式车床数控系统与开发
传统的中、低档数控车床在结构上往往采用8/16位单片机加精插补器,以获得较高的性价比。
随着嵌入式系统的迅速发展,高性能的32位CPU已经普及,以ARM为代表的32位微处理器速度快、功能强、价格低,完全可以开发出具有更高性价比的嵌入式数控系统。
本文旨在研究和设计一种基于ARM7的嵌入式数控车床控制系统。
本文首先通过对嵌入式技术和数控技术的全面分析,选择确定了车床嵌入式数控系统的软硬件平台。
硬件平台以ARM7系列微处理器
LPC2220为核心,基于可编程逻辑器件CPLD实现精插补器,并配以必要的外围电路。
软件平台以源代码公开的μC/OS-Ⅱ实时操作系统为基础,开发系统所需的
驱动程序和应用软件。
规划设计了基于μC/OS-Ⅱ的车床数控系统控制任务划
分以及各任务模块间的通讯协调机制。
控制任务划分为7个:主控、液晶显示、文件系统服务、数控程序解释、速度处理、插补和逻辑控制;利用μC/OS-Ⅱ提
供的邮箱、信号量等服务机制,有效实现了任务与任务、任务与中断之间的通信与同步。
此外,本文还研究了系统程序解释的实现方法。
首先,基于有限状态机(DFA)的分析策略构造了数控程序解释的词法分析器,把程序的字符流转换为内
部标记流,然后对程序进行语法和语义分析,最后翻译成速度处理和逻辑控制所
需要的数据结构。
重点分析了子程序调用和返回的机制及其实现方法。
最后,介绍了系统的软硬件开发工具和调试方法。
软硬件测试表明,该嵌入式车床数控系统可满足预期目标。
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