基于ARM11及Linux的伺服系统测试仪的设计与实现

摘要

在研制伺服系统的过程中，对系统进行调试是十分有必要的，同时在日常维护中也需要对伺服系统进行测试与校验，这些过程能够找出伺服系统需要改进的地方，对提升系统的性能、增加系统稳定性具有重要的意义。伺服系统测试仪就是用来测试分析伺服系统性能的工具，工欲善其事必先利其器，因此设计一种使用方便、功能强大的测试仪对于伺服系统的研制、校验和日常维护工作都有很大的帮助。
　　本文基于ARM及Linux操作系统设计了一种多功能的伺服系统测试仪，主要完成了测试仪硬件和软件的设计。硬件上采用主从板协同工作的方式设计，主控板通过并行数据总线控制从板的数据收发，每块从板负责一种形式的信号采集或信号转换输出。主控板以S3C6410为控制核心，在其上设计了CAN通信接口用于与上位机通信，USB接口用于接插鼠标键盘，LCD接口用于外接8寸触摸屏，RS232、RS485和RJ45等接口用于开发调试。设计了5块从板，分别为数字输入输出板、旋转变压器-数字转换板、自整角机-数字转换板、数字-自整角机转换板和角差量转换板。
　　软件上基于嵌入式Linux操作系统和Qt环境设计了多线程应用程序。首先根据本系统的需求移植了Linux系统，设计了并行数据总线及触摸屏的驱动程序。在此基础上设计了测试仪的应用软件，应用软件中设计了人机交互模块，负责响应用户在界面中的操作、测试曲线及参数的显示;设计了数据处理模块，负责测试数据的产生、数据的收发、数据的存储和参数的计算;设计了联机通信模块，负责在多系统联合测试模式下与上位机通信。
　　最终调试结果表明，该测试仪具有良好的交互界面和多种分析功能，能够产生多种典型测试信号以获得伺服系统的动态特性和静态特性。除了单机测试功能还能进行多系统联合测试。该测试仪具有多功能的测试接口，可以选择各种形式的接口收发测试信号，同时具有箱体体积小、便于携带的优点，能够满足野外环境对不同伺服系统的测试需求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 发展及现状

1．3 本文主要工作及安排

2 伺服系统测试仪总体设计

2．1 测试仪需求分析

2．1．1 对多功能接口及设备便携性需求

2．1．2 对工作方式可切换的功能需求

2．1．3 对典型信号发生器的功能需求

2．1．4 对数据分析功能的需求

2．1．5 对人机交互的功能需求

2．2 总体框架设计

2．3 硬件平台结构设计与选型

2．3．1 总线板的设计

2．3．2 主控板的设计与选型

2．3．3 从板的设计与选型

2．4 软件平台选型

2．5 本章小结

3 伺服系统测试仪硬件设计

3．1 总线板硬件电路

3．2 ARM主控板电路

3．2．1 主控板总体设计

3．2．2 最小系统

3．2．3 S1)卡接口电路

3．2．4 LCD显示接口

3．2．5 USB接口

3．2．6 CAN接口

3．2．7 RS232接口

3．2．8 RS485接口

3．2．9 以太网接口

3．2．10 并行数据接口

3．3 从板电路

3．3．1 数字输入输出板

3．3．2 数字转自整角机转换板

3．3．3 轴角转数字板转换板

3．3．5 角差量转换板

3．4 本章小结

4 伺服系统测试仪底层软件设计

4．1 交叉编译环境搭建

4．2 嵌入式操作系统移植

4．2．1 Bootloader的移植

4．2．2 内核的配置和移植

4．2．3 根文件系统的移植

4．3 驱动程序设计

4．3．1 并行数据总线驱动设计

4．3．2 触摸屏驱动设计

4．4 GUI环境搭建

4．4．1 Qt4．8．5 的编译与安装

4．4．2 系统环境配置

4．5 本章小结

5 伺服系统测试仪应用软件设计

5．1 软件总体设计

5．1．1 软件功能分析

5．1．2 多线程程序设计

5．2 人机交互模块

5．2．1 事件响应机制

5．2．2 主界面设计

5．2．3 菜单栏设计

5．2．4 曲线绘制及参数显示

5．2．5 设置对话框设计

5．2．6 静态分析界面设计

5．3 数据处理模块

5．3．1 高精度定时的实现

5．3．2 信号的产生与存储

5．3．3 定时器到期处理函数

5．4 上位机通信模块

5．4．1 CAN通信的实现

5．4．2 通信协议的设计与实现

5．5 本章小结

6 系统调试及功能验证

6．1 系统硬件调试

6．2 整体功能测试

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间学术成果论文情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况