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数控装备和数控技术是现代制造业工业化的重要基础,是一个国家制造业的高技术水平的重要标志。长期以来,国产数控机床处于高档产品需要大量进口,中层次产品发展非常缓慢,低档产能大于需求的局面。尤其是国家重点工程项目上需要的主要关键性的设备都是靠进口,没有自主产权。在如此形势下,发展机床数控技术是当前国家制造工业水平提高,技术更新的必由之路。
嵌入式数控系统融合了早期的单片机系统和PC平台两者的优点,既有着单片机成本低,体积小,功耗低等优点,又具备PC平台良好的开发环境、丰富的资源,具备多种操作系统可以选择、用户界面友好等优点。因此嵌入式数控系统是当今数控系统大的发张趋势,有很好的发展前途。
通过以上的分析,本设计以数控机床控制系统为研究对象,硬件上,主控板采用高性能低功耗的32位嵌入式ARM9处理器S3C2440为核心,以其为核心设计其核心板和外围扩展模块;底层驱动板采用FPGA+STM32F103VCT6的设计,并以其为核心扩展外围功能模块;最后完成电路的隔离,滤波,防干扰等设计。如此来完成伺服电机驱动器和直流电机驱动器驱动以及编码器反馈信号的滤波等任务。扩展板模块包括了驱动接口模块、光电隔离模块、鉴相计数模块,网口驱动模块,IJSB扩展模块,滤波模块等。在软件设计上,采用源代码公开的μC/OS-Ⅱ操作系统为核心,开发系统所需的应用软件,用户界面的编写,NC命令的解析,插补算法设计。该数控系统不仅具有可靠性高、运行稳定、功能强大的优点,而且具有良好的可移植性和可裁减性,便于根据实际产品和市场的需求进行功能的扩展和裁减。
本设计构建了以ARM和FPGA为主框架的机床数控系统。实验结果表明,本设计实现了机床数控系统的基本功能,达到了预期效果,满足了机床数控系统实际应用的基本要求,同时证明了本设计的可行性。并分析本设计的优势和不足,提出了对项目的进一步研究的设想。