基于ARM9的多功能机床数控系统软件设计.pdf

2 0 1 3年 5月 第 4 2卷 第5期 机械设计与制造工程 Ma c h i n e D e s i g n a n d Ma n u f a c t u r i n g E n g i n e e r i n g Ma v ． 2 01 3 Vo 1 ． 42 No． 5 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 5 0 9 X． 2 0 1 3 ． 0 5 ． 0 0 9 基 于 A R M9的多功能机床 数控 系统软件设计 汪越 中国卫星海上测控部 ， 江苏 江阴2 1 4 4 0 0 摘要 在深入研究嵌入式系统、 多功能数控机床 的基础上 ， 系统采用 “ 双 C P U架构” 的设计 思想， 以微处理器 3 C 2 4 4 0 A为主 C P U， 单片机 A T m e g a 8 8为从 C P U 。其中， 主 C P U主要完成数控程序 的输入、 L C D显示、 程序的解释、 粗插补等主要功能； 从 C P U完成精插补功能； 系统外 围扩展人机 交互模块、 通讯模块、 伺服模块、 输入输 出模块 ， 实现人机 交互、 数据通讯 、 电机控制等功能。调试 结果表明， 该系统响应速度快、 可靠性高、 成本低， 并且具有良好的可裁剪性和可移植性， 能够根 据实际需求进行功能的扩展和裁剪， 在要求快速移动和加 工速度适 中的经济型数控机床领域具 有广阔的应 用前景。 关键词 A R M 9 ； 机床 ； 数控 ； 系统软件 ； 设计 中图分类号 T G 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 3 0 50 0 3 5 0 5 2 0世 纪 8 0年 代 ， 奥 地 利 的林 茨机 床 公 司 WF L 率先提 出全工序加工 的新概念 ， 即在一次 装卡中， 完 成工件 的所有 车、 铣、 钻 、 镗等工序 j 。 这种复合加工概念的实现， 需要一种集成各种加工 方法于一体的高柔性设备 ， 因此促成了多功能数控 机床的产生。实验室拟在原数控机床的基础上 ， 设 计一种全新的数控系统 ， 从而完成上述功能。 l 开发 平台介绍 通过分析数控系统设计方案， 并结合多功能机 床的实际情况 ， 本文设计 了一种基 于 A R M9微处 理器的控制系统， 工作原理如下 微型计 算机内生 成的加工信息， 通过 U S B接 口或者其他数据接 口 如 R S 2 3 2 、 R S 4 8 5等 将刀具路径数据传输给嵌入 式控制板， 控制板上的微处理器用特定的算法将输 入的路径信息转化为数控信息 ， 并生成脉冲驱动伺 服电机 ， 控制主轴以及 ， y ， z各坐标轴的运动 ， 实 现零件加工中的控制 。同时加工过程中加工点 的 坐标位置等加工信息可在 L C D液 晶显示 器上显 示 。 系统采用三星 3 C 2 4 4 0 A芯片作为主 C P U， 该 芯片的突出特点是其处理器核心是一个 1 6 ／ 3 2位 的、 具有 A R M9 2 0 T的 R I S C处理器 ， 处理速度满足 设计需求。该芯片还具有独立的 1 6 K B指令高速 缓存和 1 6 K B数据高速缓存 ， 电压为 1 ． 3 V时工作 频率可达 4 0 0 MH z 。从 C P U采用 A V R公司生产的 A T m e g a 8 8 ， 存储器工作 电压为 3 ． 3 V， 具有 8 K系统 内可编程 F L A S H， 工作频率可满足精插补需求。 开发 软 件 采 用 A D S 1 ． 2 A R M D e v e l o p e r S u i t e 。 A D S 1 ． 2包括 了4个模块 S I MU L A T O R、 C编译器 、 实 时调试器 和应用 函数库 。A D S 1 ． 2提供 了完 整 的 Wi n d o w s 界面开发环境 ， C编译器效率极 高 ， 支 持 C及 C ， 方便使用 c语言进行开发 J 。有了 以上部件 ， 即可完成 A R M 系列的 R I S C处 理器 的 软件编写和调试应用等工作 。 2 软件总体设计 在 A R M处理器平台上进行 软件开发 ， 通 常采 用 2种方式 ， 一种 是基 于操作系统 的软件设 计 ， 另 一 种是脱离操作系统的裸机软件设计 ， 此种方法与 以往 8位机和 1 6位机上常用的开发方式类似 。 本文研究和设计的多功能机床数控系统 ， 只需 完成车、 铣 、 钻等功能 ， 相对简单而且独立 ， 因此系 统可采用“ 裸机” 的形式 ， 利用微处 理器较高 的工 作频率 ， 实现加工控制 。系统软件部分需完成的功 能包括加工信息的预处理及传输、 交流伺服电机的 联动、 主轴变频电机的旋转， 以及加工过程中加工 信息的实时显示等。其软件总体设计如图 1 所示。 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 0 8 作者简介 汪越 1 9 8 8 一 ， 男 ， 江苏江阴人 ， 中国卫 星海上测控部工程师 ， 硕士 ， 主要从事机械制造及其 自动化 方面的研究工作 。 3 5 2 0 1 3年第 3期 汪越 基于 A R M 9的多功能机床数控系统软件设计 De v e l o pme n t o f M ul t i f un c t i o n M a c h i n e To o l Nu me r i c a l Co nt r o l Sy s t e m Ba s e d O i l ARM 9 W ANG Yu e C h i n e s e S a t e l l i t e S e a Me a s u r e m e n t a n d C o n t r o l D e p a r t me n t ， J i a n g s u J i a n g y i n ， 2 1 4 4 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e e mb e d d e d s y s t e m a n d mu l t i f u n c t i o n n u me ri c a l c o n t r o l ma c h i n e t o o 1 ．i t e s t a b l i s h e s t h e d o u b l e CPU a r c h i t e c t u r e，u s e s mi c r o p r o c e s s o r 3 C2 4 4 0A a s p rima ril y CPU a n d t a k e s S CM AT me g a 8 8 a s a u x i l i a r y CPU，d e v e l o p s t h e mu l t if u n c t i o n ma c h i n e t o o l nu me r i c a l c o n t r o l s y s t e m． T he p rima r i l y CP U c o mpl e t e s t he CNC p r o g r a m i n p u t ，LCD d i s p l a y，p r o g r a m i n t e r p r e t a t i o n，c o a r s e i n t e rp o l a t i o n a n d ma i n f un c t i o n ．Th e a u x i l i a r y CPU e x e c u t i v e s fin e i n t e rp o l a t i o n f u nc t i o n． Th e r e a r e h u ma n c o mp u t e r i n t e r a c t i o n mo d u l e ．c o mmu ni c a t i o n mo d u l e ，s e r v o mo d u l e ，i n p u t ／ o u t p u t mo d u l e i n t h e s y s t e m．T e s t i n g r e s u l t s s h o w t h a t t h e s y s t e m h a s h i g h r e s p o n s e s p e e d，r e l i a b i l i t y，l o w c o s t ，c a n e x p a n d a n d c u t a c c o r d i n g t o t h e a c t u a l n e e d s o f f u n c t i o n ．Th i s s y s t e m h a s t h e b r o a d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t i n e c o n o mi c a l NC ma c h i n e t o o l s ． Ke y wo r ds ARM9；Ma c h i n e To o l ；Nu me r i c a l Co n t r o l ；S o f t wa r e S y s t e m ；De s i g n 展 会 信 息． 欧洲机床展 暨第 1 6届上海 国际机床展媒体接 见会 在京举行 4月 2 3日下午， 欧洲机床展 暨第 1 6届上海国际机床展 以下简称“ 联合展” 新闻发布会在 北京皇冠 假 日酒店举行。欧洲机床行业联合委 员会总干事 F i l i p G e e r t s 代表联合展 主办方 ， 就 2 0 1 4年 7月 1 4日一 1 7日在上海新 国际博 览中心举办的“ 2 0 1 4欧洲机床展 暨第 1 6届上海国际机床展 ” 相关问题， 回答 了中国 机经网、 机电商报 、 中国工业报 、 3 6 0慧聪网、 M M 现代制造 等媒体记者的提问。 F i l i p首先介绍了欧洲机床行业以及 E MO的情况 ， 他说 ， 2 0 1 2年 可以说是欧洲机床厂 家的成功之年。 C E C I MO机床产量增长 了6 ％达到两百二十．Z - 4 欧元。欧洲机床 出口在 2 0 1 2年达到 了历史最好水平即一 百八十七亿欧元。C E C I MO对组织的其他 国家的出口依 然还是 最重要的外贸导向。2 0 1 2年， 这方面的 出 口增长 了6 ％ ， 6 6亿 欧元。亚洲在 C E C I MO 出13市场 中所 占比重排到 第二的位置 ， 约 占 2 9 ％ 的比重。 2 0 1 2年对亚洲地区的出13 7 量总计达到五十四亿欧元， 增长 了 l 1 ％。2 0 1 2年 ， 对 中国的 出口达到 C E C I MO 出 12 总量 的五 分之 一 ， 增 长 了 l 2 ％ 。 他对 中国市场充满期望 ， 预计到 2 0 1 3年 ， 中国机床 消费会增长 5 ． 8 ％ ， 达到三百一十七亿欧元。2 0 1 1 年， 中国消费了 世界机床生产总量的4 4 ％， 预计该数据到 2 0 1 6年会攀升至4 9 ％。因此中国是欧洲机床厂 家关注 的市场 热点 和兴趣 点 。 F i l i p认为 2 0 1 3年后 ， 市场对机床的需求会呈现动 态的增 长 在 未来 4年 内， 预 计亚洲的需求会增长 1 O ％ ， 中国会以年均 1 2 ％ 的速度增长。 3 9