基于PCL6045B的嵌入式数控系统硬件及底层软件的研究

摘要

数控系统在加工制造业中占用非常重要的地位，而嵌入式数控系统由于其低成本、高性能已经成为世界各国对数控系统研究的重点领域之一。因此有必要针对嵌入式系统的特点设计一种体积结构小、控制精度高的运动控制器和效率高的底层软件，针对Linux操作系统和S3C2440处理器平台，研究基于PCL6045B运动控制芯片的嵌入式数控系统，并设计开发它的运动控制板以及各种底层软件，这是对数控系统研究的一种新的尝试，具有良好的发展前景。本文主要的工作如下：
　　(1)硬件电路的设计方面，基于S3C2440开发板的系统总线接口，设计开发了PCL6045B运动控制器，其中包括总线接口电平转换电路的设计、电源时钟电路的设计以及PCL6045B外围接口电路的设计等等，最后实现其印制电路板实物。
　　(2)系统软件的开发包括几个方面，在S3C2440平台上裁剪移植了嵌入式Linux-2.6.30.4内核，移植了包含Qt4动态链接库的YAFFS文件系统，为了更好的显示图形界面还对LMS430KF型LCD驱动程序进行了开发和移植，为以后的软件开发提供一个好的系统平台。
　　(3)驱动程序方面，在Linux操作系统下开发了PCL6045B的设备驱动程序，以实现其基本的读写操行、芯片初始化以及异常中断处理功能，为数控系统相关应用程序的开发提供了一个高效率的系统调用接口。
　　(4)为了实现更多复杂的功能和简化程序结构，设计了PCL6045B的参数设置、数据读取、驱动控制等相关功能函数。同时对它的控制方式进行了研究，包括闭环补偿控制、异常信息及中断处理，以及DFB直线插补算法、最小偏差圆弧插补算法，并推倒出各象限的偏差计算公式，设计了它们的功能函数。最后利用Qt/Embedded工具开发了数控系统的图形界面，以实现其与PCL6045B功能函数库以及设备驱动程序的相结合，使整个系统更加完善。
　　最后结合PCL6045B的驱动程序、底层的功能函数以及图形界面程序对运动控制板的电路和控制方式就行了测试，结果表明该运动控制器功能强大、速度快、精度高，误差不超过半个脉冲量，具有很强的适应性，达到了期望的目标。

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第一章 绪论

§1.1 嵌入式数控发展现状

§1.2研究的意义

§1.3研究的内容

§1.4本章小结

第二章 嵌入式数控系统硬件结构设计

§2.1系统的硬件需求分析

§2.2系统的硬件选择

§2.3系统的硬件结构设计

§2.4 本章小结

第三章 嵌入式数控系统的软件开发

§3.1嵌入式数控系统软件功能模块划分

§3.2 嵌入式数控系统软件开发流程和模式

§3.3交叉编译环境的搭建

§3.4嵌入式Linux-2.6.30.4内核移植

§3.5 LMS430KF型LCD驱动移植

§3.6网卡驱动程序的移植

§3.7 YAFFS文件系统移植

§3.8系统应用软件的控制流程

§3.9本章总结

第四章 嵌入式linux下PCL6045B的驱动开发

§4.1 linux设备驱动原理

§4.2 PCL6045B设备驱动程序的具体设计

§4.3 驱动程序的编译与调试

§4.4本章小结

第五章 PCL6045B的控制方式和功能函数设计

§5.1 PCL6045B的寄存器读写操作过程

§5.2 PCL6045B控制方式及功能函数

§5.3本章小结

第六章 数控系统图形界面的设计

§6.1构建Qt/Embedded开发平台

§6.2 图形界面模块的设计

§6.3 本章小结

第七章 嵌入式数控系统的调试

§7.1 PCL6045B硬件电路和设备驱动程序测试

§7.2 软件测试和PCL6045B运动控制测试

§7.3 本章小结

第八章 总结与展望

§8.1 主要总结

§8.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文

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