数控机床前端控制的交互系统设计及硬件实现

摘要

数控机床是衡量一个国家制造业发展的标尺，而作为其大脑和核心的数控系统的研究，就有了非常深远的意义。随着嵌入式系统的发展，特别是高性能的嵌入式微控处理器的发展，利用嵌入式处理器构建的数控系统将是未来的一个趋势。
　　 本文着重对数控的前端控制系统进行相关的设计，包括数控前端系统的硬件实现和交互系统的设计。在硬件实现上，采用了现在应用非常广泛的ARMS3C2440作为前端控制系统的主控芯片，并且在这块主芯片的基础上选取了电源模块、内存、FLASH以及相应的器件完成了最小硬件系统的构建，同时扩展出串口接口电路、USB接口电路、LCD接口电路、JTAG调试电路等用于数控前端控制系统的各种功能的支持。
　　 软件上，进行了数控交互系统的设计。采用嵌入式Linux作为数控前端系统的操作系统，并且在硬件平台上移植了操作系统。同时在这个系统上，采用MiniGUI作为图形系统，进行了数控人机界面的设计。设计了后台的数控程序处理模块，实现数控程序的翻译和存取，建立插补模块，实现了界面走刀的插补演示，最终完成了数控交互系统。
　　 经过测试表明，硬件最小系统工作稳定，外围接口电路工作正常，能够完成数控前端控制系统的要求。交互系统软件运行稳定，能够正确处理输入的数控程序，可以对其进行存取和翻译，并且系统能够在界面上完成刀具走位的模拟。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 数控的定义

1.3 数控机床的组成

1.4 我国数控机床研究的现状

1.5 数控机床技术的发展趋势

1.6 项目提出及意义

1.7 论文结构

第2章 相关知识背景介绍

2.1 数控的相关原理

2.1.1 数控系统工作原理

2.1.2 数控系统的功能和一般工作过程

2.2 数控系统前端控制平台

2.2.1 数控前端控制系统

2.2.2 嵌入式系统平台的介绍

2.3 ARM处理器相关知识

2.4 嵌入式操作系统

2.4.1 嵌入式操作系统介绍

2.4.3 几种嵌入式操作系统的介绍

2.4.4 Linux内核概述

2.5 嵌入式Linux的GUI系统

2.5.1 MiniGUI运行结构

2.5.2 MiniGUI的运行模式

2.6 插补原理的相关的介绍

2.6.1 逐点比较法直线插补

2.6.2 逐点比较圆弧插补

2.7 数控系统编程的控制指令码

2.8 本章小结

第3章 数控前端控制系统硬件实现

3.1 数控前端系统平台的选取

3.2 数控前端系统微控处理器的选取

3.3 ARMS3C2440具体资源介绍

3.4 数控前端控制系统的总体设计

3.5 各功能模块的设计

3.5.1 电源转换电路

3.5.2 FLASH接口电路

3.5.3 SDRAM接口电路

3.5.4 串口接口电路

3.5.5 JTAG接口电路

3.5.6 LCD液晶接口电路

3.5.7 USB接口电路

3.5.8 键盘接口电路的设计

3.5.9 硬件模块总体实现

3.6 本章小结

第4章 数控前端控制的交互系统设计

4.1 操作系统的配置与移植

4.1.1 嵌入式Linux系统的移植准备

4.1.2 嵌入式Linux操作系统相关软件结构

4.1.3 引导程序Bootloader移植

4.1.4 嵌入式Linux内核移植

4.1.5 yaffs文件系统的配置与移植

4.2 MiniGUI的1.3.3移植

4.2.1 移植相关准备工作

4.2.2 配置编译MiniGUI的开发库

4.3 数控机床NC系统的界面设计

4.3.1 搭建系统的窗口

4.3.2 MiniGUI的窗口机制

4.3.3 界面绘图机制

4.4 数控代码翻译程序模块设计

4.5 数控机床的插补程序模块设计

4.6 数控系统的存取模块设计

4.7 交互系统设计总体框图

4.8 本章小结

第5章 系统测试

5.1 硬件平台测试

5.1.1 电源、晶振及JTAG接口的测试

5.1.2 SDRAM和FLASH得调试

5.1.3 串行接口电路测试

5.1.4 LCD电路调试

5.1.5 USB接口测试

5.1.6 键盘测试

5.2 数控交互系统测试

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢