一种新型的局域网嵌入式数控系统的研究

摘要

本文设计了基于S3C2440AL微处理器和MCX314As运动控制芯片的嵌入式数控系统,通过在S3C2440AL的SPI总线接口上扩展CAN总线接口电路,利用CAN总线来实现嵌入式数控系统的网络化。通过发挥CAN现场总线技术和嵌入式技术的各自优势,可以比较方便的构建新型的局域网嵌入式数控系统。使用CAN总线来实现嵌入式数控系统的网络化可以完成一台监控计算机对多台嵌入式数控机床的管理,并且可以解决由于数控加工程序在网络上的传输而造成的实时性低下的问题,整个系统的实现可以起到提高数控加工的效率和增强实时性的作用。通过对利用CAN总线来实现嵌入式数控系统网络化的研究,得到了以下主要成果:
　　(1)在硬件电路设计方面,设计了基于运动控制芯片MCX314As的数控运动控制板和基于MCP2510和TJA1050的CAN总线接口扩展电路。
　　(2)驱动程序方面,在Linux操作系统下开发了数控运动控制芯片MCX314As和CAN总线控制器MCP2510的驱动程序。为了更好的发挥MCX314As的功能,开发了运动控制芯片的动态链接库。
　　(3)选用S3C2440AL微处理器和运动控制芯片作为嵌入式数控系统的硬件平台,在微处理器S3C2440AL上移植Linux操作系统,通过配置内核,移植文件系统和定制根文件系统等,构建了嵌入式数控系统的软件平台。
　　(4)利用USBCAN-I智能接口卡,实现PC机和CAN总线网络之间的连接, S3C2440AL微处理器通过CAN总线接口扩展电路,接收来自CAN总线网络的数控加工数据,实现对运动控制芯片的控制。最后,对利用CAN总线实现嵌入式数控系统网络化的设计进行了调试,调试结果验证了设计的运动控制板和CAN总线接口扩展电路以及运动控制芯片MCX314As和CAN总线控制器MCP2510驱动程序的正确性。
　　利用CAN总线来实现嵌入式数控系统的网络化,保证了嵌入式数控系统组的实时性并起到批量加工的作用,该研究成果的转化对于嵌入式数控系统的网络化具有积极的推动作用。

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第一章 绪论

§1.1数控系统发展的概况

§1.2 嵌入式数控系统的概述

§1.3 控制器局域网总线CAN概述

§1.4 课题研究的背景和意义

§1.5 本文主要研究内容与工作

第二章 嵌入式数控系统及其网络化的总体方案设计

§2.1嵌入式数控系统网络化的总体结构

§2.2 ARM微处理器S3C2440AL

§2.3 MCX314As运动控制芯片

§2.4 嵌入式Linux作为数控系统的优势

§2.5 嵌入式数控系统的总体结构模型设计

§2.6 嵌入式数控系统网络化的控制软件结构

§2.7 本章小节

第三章 嵌入式数控系统的硬件体系结构

§3.1 嵌入式数控系统的硬件总体结构设计

§3.2 ARM9主控板的简介

§3.3 S3C2440AL与运动控制芯片的接口电路

§3.4运动控制板各部分接口电路设计

§3.5 基于MCX314As运动控制板的硬件电路设计

§3.6 本章小结

第四章 嵌入式数控系统的软件设计

§4.1 嵌入式数控系统软件设计流程

§4.2 嵌入式数控系统软件开发环境的构建

§4.3 Linux操作系统的移植

§4.4 运动控制芯片在Linux操作系统下驱动程序的设计

§4.5 运动控制芯片函数库的设计

§4.6 本章小结

第五章 CAN总线接口设计与Linux驱动程序实现

§5.1 CAN接口硬件设计

§5.2 CAN总线控制器MCP2510在Linux下的驱动程序实现

§5.3 本章小结

第六章 嵌入式数控系统网络化的实验测试

§6.1 测试环境的搭建

§6.2 系统的测试

§6.3 嵌入式数控系统网络化的意义

§6.4本章小节

第七章 总结与展望

§7.1 总结

§7.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果