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基于ARM的嵌入式数控系统设计方案

作者:爱游戏登录 时间:2011-01-30 00:23
本文摘要:传统的数控系统一般是基于标准化的计算机或工控机,安装Windows操作系统的运动控制卡,加上廉价的数控软件。这种系统成本高、功耗大,但不适合中小型应用。 嵌入式产品具有系统结构简化、功耗低的特点,可以弥补传统数控系统的严重不足。现在的嵌入式系统开发人员和片上系统设计人员更自由选择工具、库和特定处理器内核和设施的现成组件,慢慢开发基于微处理器的新产品。 在这方面,ARM最引人注目。在过去的10年里,ARM架构已经成为世界上最流行的32位架构。

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传统的数控系统一般是基于标准化的计算机或工控机,安装Windows操作系统的运动控制卡,加上廉价的数控软件。这种系统成本高、功耗大,但不适合中小型应用。

嵌入式产品具有系统结构简化、功耗低的特点,可以弥补传统数控系统的严重不足。现在的嵌入式系统开发人员和片上系统设计人员更自由选择工具、库和特定处理器内核和设施的现成组件,慢慢开发基于微处理器的新产品。

在这方面,ARM最引人注目。在过去的10年里,ARM架构已经成为世界上最流行的32位架构。当这本书完成时,已经售出了多达20亿台基于ARM的处理器。ARM处理器已经被映射到从手机到汽车刹车系统的各种产品上。

全球ARM合作伙伴和第三方供应商在半导体和产品设计公司中发展迅速,包括硬件工程师、系统设计师和软件开发人员。但是,到目前为止,还没有一本书需要满足基于ARM的嵌入式系统和软件开发的需求。

数控技术是当今制造业的核心技术,是发展低尖端技术和高技术产业的关键。数控机床被视为战略物资和战备行业。嵌入式技术是近年来发展最慢的技术,已经应用到生活的方方面面。

目前,嵌入式技术已经开始占领工业控制领域。将嵌入式技术应用于数控机床,研发和应用新型嵌入式数控系统可以与国外处于同一起跑线上。

这对我国数控技术的发展具有重要意义。基于工业ARM微处理器S3C2440和专用于数字信号处理器的运动控制芯片MCX314As,设计了一种开放式、经济型的四轴三同步数控系统。该数控系统不仅成本低、加工精度高、响应速度慢,而且具有良好的可移植性和可裁剪性,是新一代开放式经济型数控系统标准的探索和研究。嵌入式数控技术在数控领域将有很好的应用前景,将极大地提升我国制造业的整体水平。

目前,嵌入式数控系统主要有两种类型:几乎由黄金处理器控制的系统和嵌入式处理器与运动控制芯片相结合的系统。与前者相比,后者使用了专业的运动控制芯片,表现出更好的实时性和准确性,因此成为未来的发展方向。本文介绍了一种基于ARM控制器和FPGA运动控制芯片的主从式数控系统,希望能为ARM在嵌入式数控系统中的应用提供一些参考。

1.总体设计本系统多为从机结构。上位机以S3C2410ARM9控制器为核心,复现Linux系统和Qt/嵌入式图形库,主要构建g代码文件处理、处理方位指示、手动控制等嵌入式功能。

下位机以$3C44B0ARM7控制器为核心,以Smady的SM5004FPGA芯片为运动控制器,构建电机驱动、冷却液供电、紧急暂停等机床控制功能。上下位机通过CAN总线通信。

2硬件设计2.1CAN模块设计由于S3C2410和S3C44B0没有CAN模块,所以需要进行扩展。S3C2410的CAN扩展连接El如图1右图所示,S3CA4B0的CAN模块与之类似。

系统的控制器局域网用于MCP2510芯片。MCP2510的退役槽RESET与$3C2410的退役槽nRESET相连,芯片选择槽CS与S3C2410的GPH0相连。OSC1和OSC2槽连接一个16M晶体振荡器作为时钟源。SI、SO、SCK分别与S3C2410的SPIElMOSIO、MISO0、SPICLKO相连。

如果SPI端口被其他设备闲置,可以用其他I/OEL代替,但要编写软件算法模拟SPI读写操作。MCP2510通过中断模式读取,因此其int插槽与S3C2410的外部中断插槽EINT4相连。在外部中断槽资源紧张的情况下,也可用于t 系统的CAN收发器用于TJA105O芯片,芯片的TXD和RXD与MCP2510的TXCAN和RXCAN相连,Rs槽的斜坡电阻为1K。

TJAlOS0输入CANH和CANL差分信号,并通过J1001插座连接到物理线路。2.2输入输出模块S3C44B0ARM和SM5004FPGA芯片的设计获得了很多标准化的输入输出模块。

为了有效地避免阻碍向系统的传输,这里使用了光耦合器隔离,如图2的右图所示。在短距离电源中,从图2(a)可以看出,这里使用贴片短距离光耦合器MOCD217。是摩托罗拉公司的产品,是低输出电流的双向光耦合器。

之所以在连接输入输出端口之前增加电阻R3,是因为ARM中的一些I/O端口是开漏的,以避免输入输出过程中电流过大,烧坏合适的端口。如图2(b)所示,在高速电源中,采用HCPL0661双光耦合器进行扩展。

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它是AgilentTechnologies的产品,其供电速率可超过10M左右,可应用于各种高速脉冲输入输出场合。


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