数控系统中嵌入式PLC的设计

摘要

随着嵌入式技术的不断发展，嵌入式微处理器已被广泛的应用于各种工业控制系统中。近年来，ARM(Advanced RISC Machines)嵌入式微处理器技术迅速的发展，并以小体积、低功耗、低成本而高性能的特点成为嵌入式领域应用广泛的32位微处理器。在现代数控系统中，将具有强大逻辑处理功能的可编程控制器(PLC)和计算机数控(CNC)装置融入一体的趋势越来越明显。
　　 本文在深入研究数控系统与可编程控制器的基础上，选择了具体的硬件平台和软件平台进行数控系统中嵌入式PLC平台的研发。硬件结构是以ATMEL公司的32位微控器AT91SAM7S64芯片为核心，配以系统所需的外围模块。软件系统是以μC/OS-II嵌入式硬实时操作系统为核心，开发所需要的驱动程序，该系统不仅具有可靠性高、稳定性好的优点，而且具有良好的可移植性和软硬件可裁减性，便于根据实际需求进行功能的扩展和重构。
　　 本文的主要研究工作如下：
　　 ⑴设计了以微控制器AT91SAM7S64为核心的控制板的硬件电路及存储、I/O、通讯等模块的硬件电路。
　　 ⑵设计完成PLC系统的印制电路板并调试运行成功。
　　 ⑶完成了μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统在硬件平台上的移植，开发了系统的底层驱动程序。
　　 最后，本文总结了本系统的开发工作，并对数控系统中嵌入式PLC的进一步研究提出了自己的一些想法与观点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1数控系统的发展概况

1.1.1数控系统发展回顾

1.1.2开放式数控系统的国内外发展概况

1.2 PLC在数控机床中的应用

1.2.1 PLC在数控机床中的应用形式

1.2.2数控系统中PLC的分类

1.2.3 PLC与数控系统及数控机床间的信息交换

1.2.4 PLC在数控机床中的工作流程

1.3课题研究的主要内容

第二章可编程控制器体系结构分析

2.1可编程控制器基本结构分析

2.1.1微处理器CPU部分

2.1.2存储器部分

2.1.3 I/O接口电路设计部分

2.1.4扩展接口模块

2.1.5通信接口模块

2.1.6电源模块

2.2可编程控制器的工作原理

2.3可编程控制器的性能指标与主要功能

2.3.1 PLC的基本技术性能指标

2.3.2 PLC在数控系统中的主要功能

第三章硬件电路抗干扰设计

3.1电磁干扰的形成因素

3.2硬件电路元器件的选择

3.2.1电子元器件的选择

3.2.2半导体集成电路的选择

3.3印制电路板电磁兼容设计

3.3.1电路原理图中的抗干扰措施

3.3.2 PCB上元器件布局要求

3.3.3 PCB布线技术

第四章数控系统中PLC硬件平台设计

4.1嵌入式硬件体系的基本构成

4.1.1嵌入式硬件体系的基本构成模型

4.1.2嵌入式硬件体系的基本组成

4.2嵌入式硬件体系设计的相关内容

4.2.1直接相关部分设计内容

4.2.2间接相关部分设计内容

4.3嵌入式PLC硬件体系设计

4.3.1系统实现的功能及目标

4.3.2硬件体系设计方案构造

4.3.3系统嵌入式PLC硬件体系设计

第五章嵌入式PLC操作系统

5.1实时操作系统概述

5.1.1实时操作系统的特点

5.1.2实时操作系统μC/OS-Ⅱ的介绍

5.2 μC/OS-Ⅱ在ARM上的移植

5.3μC/OS-Ⅱ在AT91SAM7S64上的移植

5.3.1ARM开发工具ADS1.2简介

5.3.2 OS_CPU.H的移植

5.3.3 OS_CPU_A.S的移植

5.3.4.OS CPU_C.C的移植

5.3.5 AT91SAM7S64启动代码的编写

5.3.6 H-JTAG设置

第六章基于μC/OS-Ⅱ外设及驱动程序的编写

6.1设备驱动程序概述

6.2串口的设备驱动程序

6.3 I2C接口EEPROM驱动程序

第七章总结与展望

参考文献

致谢