嵌入式数控技术研究与系统分析

0 前言

　　现代化的生产制造都是规模化进行的，它离不开数控技术。数控技术是大规模自动化生产加T领域的核心，大规模的机械制造离不开数控系统，其水平是一个国家工业现代化水平的标志。现今社会已步入网络时代，机械制造行业同样需要适应网络时代的步伐。计算机技术彻底改变了传统的控制技术，结合网络技术形成新兴的数控系统，数控系统利用嵌入式系统的优势向精密化智能化趋势发展，实时性和高效性符合现代数控技术的趋势，是未来数控技术的发展方向。

1 数控技术概述

　　1.1 数控技术特点

　　数控技术提高了加工精度和同一批工件尺寸的精度误差，保证了加工质量的稳定性。

　　采用数控技术提高牛产效率，与普通机床相比，生产效率大致可提高2～3倍。采用数控技术增加工设备的柔性，可以适应不同品种、规格和尺寸以及小同批量的工件加工。操作人员的劳动强度大为减轻。采用数控系统具有较高的经济效箍。数控机床一台设备可有多种用途，代替多台普通机床，减少了工序间工件的运输时间，节省厂房面积，减少工夹具数量和投资。数控技术能加工普通机床所不能加工的复杂型面。利用数摔技术可向更高级的制造系统发展。

　　1.2 数控程序编制

　　(1)手丁编程

　　数控设备如果完成复杂的零件操作时，需要编程者先对要控制的各种零件的相关信息进行分析，如分析零件的设计图纸、工艺处理步骤及数值的计算方法，通过这些信息确定要编写的程序清单，将编写的程序输入到控制器中。这种编程方法比较繁琐，仅仅适应于复杂度低的零件，编写效率低下，人工远不及计算机编写软件效率高。

　　(2)自动编程

　　利用PC机来编程，根据参数设置零件的特征，计算机自动生成要写入的程序，适用于复杂的零件。

　　(3)CAD，CAM

　　利用计算机辅助设计或计算机辅助制造软件，来实现要设计的外型以及要生成图像的自动编程。软件Master CAM实现汁算机辅助编程的功能，完成的具体内容有铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程，此类软件功能简单，很容易让操作人员}：手．仍是目前巾小氽业的选择。

　　1.3 嵌入式数控技术

　　随着微电子技术发展嵌入式系统发展非常迅速．嵌入式系统其核心技术是计箅机技术，其硬件和软件都可以按照需求来定制，其成本优势和技术优势结合越来越适应数控技术应用，成为未来数控技术的发展疗向。嵌入式系统一般硬件资源丰富，实时性好，非常适合软硬件结合的数控设备应用。数控技术应用领域不仅仅在机械制造，还应用于金属加工等。嵌入式数控系统的迅猛发展也得益于Pc技术在_工业控制领域的广泛应用。

2 嵌入式数控系统

　　2.1 ARM嵌入式数控系统模型

　　ARM系列芯片性能高、价格低廉且功耗低，其硬件接口丰富，还能提供丰富的软件资源。ARM处理器使用的范围很广，可以作为嵌入式工控、各种电子仪器设备的主控MCU。ARM微处理器内核能实现数控系统的大部分功能，体积小外围电路成熟度高。ARM微处理器作为数控系统的核心处理器在数控系统领域能提供很好的解决方案。

　　如图1是嵌人式数控系统模型，该模型由三部分组成，硬件层、操作系统层和控制系统软件层。本设计方案采用S3C2440作为主控MCU，控制芯片MCX314A作为控制芯片来控制数控加工操作。MCX314A是专用DSP运动控制芯片4轴3联动。此种控制j琶：片适用于数控系统的研发，提高数控系统的性能，降低开发成本。采用S3C2440的优势是可以按照控制需求裁剪内核，提高MCU运行速率，增加该数控系统的实时性。控制系统软件根据主控接口的需求提供相应的API函数，OS采用开源的LINUX操作系统。MCX314是专业级的运动处理芯片，MCU通过通信接口发送指令就11J以实现自’难度的动作。

图１嵌入式系统模型 

　　2.2 ARM嵌入式数控系统硬件

　　嵌入式数控系统提供各个模块的规则，这些统一规则为不同开发者提供了便利，开发者根据需要构建自己的功能模块。根据外同设备的区别，开发者可以构建不同的数控系统。ARM处理器是整个系统运算的控制中心，它的架构采用RISC指令集Harvard架构。数控系统都需要人机界面让操作员操作数控设备，显示的硬件可以是CRT显示器．通常嵌入式处理器巾集成LCD控制器接口，它提供与DSTN(双扫描扭曲向列液晶屏)或TFT(薄膜晶体管液品屏)显示器的接口，通过这个接口可以操作娘永设备的输出。

　　2.3 ARM嵌入式数控系统软件

　　嵌入式MCU软件分为为嵌入式操作系统内核软件和麻用系统软件。麻用系统软件分为数挖应用的API和操作界面组件两个疗丽．通过软件开发实现设备控制和用户操作界面。嵌入式系统的内核不对外开放，做产品研发的设汁人员通过API实现外刚功能。设汁界而的人员通过API提供的接口数据完成底层与外部控制设备的数据交换。

　　数控应用软件接口APl针对数拧没备和通信需求而提供，应用这些API用户很容易开发基于这些API的应用软件。API可以针对裁剪的硬件没备接口进行增删，町移植性和互换性好，嵌入式操作系统的配置功能可以适应系统性能的更替，保证系统硬件的升级换代不受影响。