基于ARM的三维雕刻机控制系统设计
摘要
雕刻机的数控系统是三维雕刻机的控制核心，其控制系统的性能直接关系着三维雕刻机的加工质量和加工效率，对雕刻机的性价比有着重要的影响。本论文在对三维雕刻机系统的结构和功能进行分析的基础上，提出了一个以ARM微处理器和CPLD器件构建硬件平台、基于μC／OS-Ⅱ为嵌入式控制系统的解决方案，充分利用ARM微处理器的高速运算能力与CPLD的高速并行运算能力，大大减少了系统的外围接口器件，有效的降低系统成本。
此方案中选用Philips公司的基于ARM7内核的LPC2214处理器作为主控芯片。对于系统的输入／输出的逻辑控制通过CPLD来实现，该芯片选用Atlera公司的EPM7128SLC84，作为处理器的外围器件。同时对整个系统的硬件开发作了详细说明：电源、SRAM、FLASH等芯片选型及设计；液晶显示模块及键盘的应用设计；电机的输入输出电路设计等。
软件部分包括Boot Loader、RTOS、应用程序的设计等。其中，Boot Loader支持系统Boot、程序下载到RAM中执行和烧写到Flash存储器等功能；RTOS包括操作系统的移植、任务管理、任务间的通信等，应用程序的设计包括设备驱动程序、液晶显示、键盘操作、电机控制等。同时用VB6.0开发了PC机下载控制界面，并对液晶模块和电机进行调试。
The CNC system is the critical part of CNC engraving machines. The engraving quality and efficiency mainly depend on the function and performance of the CNC system. And these can produce important effect on the function and price of the engraving machine. Based on the analysis of construction and function of the system, this thesis introduces a design of an embedded control system on ARM and CPLD for the engraving machine. It makes the most of the ability of ARM's high speed data processing and CPLD's high speed parallel operation, reduces peripheral equipments greatly, and decreases the cost of system effectively.
This project selects the LPC2214 of Philips based on ARM7 core as the main controller CPU, and uses the CPLD to control the system I/O logically. The chip chooses EPM7128SLC84 of Atlera. Company as the I/O part. And the research on hardware of the whole system was explained in detail: choose and design of system power, SRAM and FLASH, and etc.; application design of LCD screen vision module and keyboard; design of motor's I/O port.
Software include the design of Boot Loader, RTOS, application software, and etc.. Boot Loader support the functions like system boot, downloading program in RAM to execute and burning write on Flash Memory. RTOS includes the transplant of operation system, management of tasks and communication of tasks. The design of application software includes device driver, controlling arithmetic, LCD display, keyboard operation, motor controlling, and so on. At the same time it is also developed the interface of PC downloading by VB6.0.and debug the LCM and motors.
此方案中选用Philips公司的基于ARM7内核的LPC2214处理器作为主控芯片。对于系统的输入／输出的逻辑控制通过CPLD来实现，该芯片选用Atlera公司的EPM7128SLC84，作为处理器的外围器件。同时对整个系统的硬件开发作了详细说明：电源、SRAM、FLASH等芯片选型及设计；液晶显示模块及键盘的应用设计；电机的输入输出电路设计等。
软件部分包括Boot Loader、RTOS、应用程序的设计等。其中，Boot Loader支持系统Boot、程序下载到RAM中执行和烧写到Flash存储器等功能；RTOS包括操作系统的移植、任务管理、任务间的通信等，应用程序的设计包括设备驱动程序、液晶显示、键盘操作、电机控制等。同时用VB6.0开发了PC机下载控制界面，并对液晶模块和电机进行调试。
The CNC system is the critical part of CNC engraving machines. The engraving quality and efficiency mainly depend on the function and performance of the CNC system. And these can produce important effect on the function and price of the engraving machine. Based on the analysis of construction and function of the system, this thesis introduces a design of an embedded control system on ARM and CPLD for the engraving machine. It makes the most of the ability of ARM's high speed data processing and CPLD's high speed parallel operation, reduces peripheral equipments greatly, and decreases the cost of system effectively.
This project selects the LPC2214 of Philips based on ARM7 core as the main controller CPU, and uses the CPLD to control the system I/O logically. The chip chooses EPM7128SLC84 of Atlera. Company as the I/O part. And the research on hardware of the whole system was explained in detail: choose and design of system power, SRAM and FLASH, and etc.; application design of LCD screen vision module and keyboard; design of motor's I/O port.
Software include the design of Boot Loader, RTOS, application software, and etc.. Boot Loader support the functions like system boot, downloading program in RAM to execute and burning write on Flash Memory. RTOS includes the transplant of operation system, management of tasks and communication of tasks. The design of application software includes device driver, controlling arithmetic, LCD display, keyboard operation, motor controlling, and so on. At the same time it is also developed the interface of PC downloading by VB6.0.and debug the LCM and motors.
引文
[1] 游有鹏．开放式数控系统关键技术研究．南京：南京航空航天大学博士学位论文，2001，12
[2] 王永章．机床的数控技术．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995
[3] 叶伯生．计算机数控系统原理编程与操作．武汉：华中理工大学出版社，1998
[4] 冯勇．现代计算机数控系统．北京：机械丁业出版社，1996
[5] 李佳特．数控技术的现状发展趋势．WMEM，2001(1)：34-37
[6] 张曙等．机床数控技术的发展现状与趋势。组合机床与组合自动化技术．1993(1)：1-4
[7] 童教陛．浅谈以个人计算机为基础的数控系统．制造技术与机床．1999(10)：5-7
[8] 戴晓华，王文，王威等．开放式数控系统研究综述．组合机床与自动化加工技术．2000(11)：5-7
[9] 叶佩青，廖文和，周来水等．基于PC平台的计算机数控(CNC)系统开发．南京：南京航空航天大学学报，1997(2)：125-130
[10] 周祖德，魏仁选，陈幼平．开放式控制系统的现状趋势与对策．中国机械工程，1999(10)：1090-1093
[11] 周宏甫．数控技术．广州：华南理工大学出版社，2003
[12] 罗学科，谢富春．数控原理与数控机床．北京：化学出版社，2004
[13] 白恩远，王俊元，孙爱国．现代数控机床伺服及检测技术．国防工业出版社，2002
[14] 邹伟平，吴来兴．数控技术的现状及发展趋势．林业机械与木工设备，2006(3)：52-56
[15] Estrin D. Connecting the physical world with pervasive networks. IEEE Pervasive Computing, 2002(4): 102-105
[16] 徐文明．嵌入式系统结构特点．电测与仪表，2004(8)：
[17] 李丽娜，邵敏权．浅谈嵌入式系统的现状及发展．长春工业大学学报，2004(6)
[18] 摹春棣．嵌入式系统的构件．北京：清华大学出版社，2004
[19] 刘瑞安．嵌入式系统的特征＼研究概况与设计实现．自动化与仪表，2004
[20] 吕京建，肖海桥．面向二十一世纪的嵌入式系统综述．半导体技术，2001(1)
[21] 张昱．三维雕刻机的研制．合肥：合肥工业大学硕士学位论文，2002，9
[22] 唐才峰．基于DSP的雕刻机数控系统研制与开发．南京：南京航空航天大学硕士学位论文，2005，
[23] 周立功．ARM嵌入式系统基础教程．北京：北京航空航空大学出版社，2005，1
[24] Andew Sloss, ARM, Los Gatos, CA Dominic Symes, ARM, Cambridge, UK Chric Wright, Ultimodule Inc, Sunnyvale. CA ARM System Developer's Guide.
[25] ARM Architecture Reference Manual, Second Edition, edited by David Seal: Addision-Wesley: ISBN: 0-201-73719-1(Known as the "ARM". ARM Doc No: DDI0100)
[26] 马伟．计算机USB系统原理及主从机设计．北京：北京航空航天大学出版社，2004，1
[27] 李维计．郭强．液晶显示应用技术．北京：电子工业出版社，2000
[28] 林孝工，高淑芬，陆静．液晶显示动态显示—模块T6963C的应用方法．应用科技，2003，30(1)
[29] 胡嗣云．图形点阵式液晶显示模块的控制技术．国外电子元器件，2001(9)：9-13
[30] 李劲松，武培秀．点阵液晶显示器汉字程序设计．电测与仪表，2003(4)：52-55
[31] ZLG7290 I2C接口键盘及LED驱动器．广州周立功单片机发展有限公司
[32] 赵世霞，杨丰，刘揭生．VHDL与微机接口设计．北京：清华大学出版社，2004，5
[33] 刘绍汉，林灶生，刘新民．VHDL芯片设计．北京：清华大学出版社，2004
[34] 何立民．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2002，2
[35] Expandable Embeded Control System Australian Electronics Engineering. ISSN: 0004-9042
[36] Song. S. W. A Real-time Residential Gateway Opening System Computer Communication, 2000, 23 (9): 825-834
[37] 李驹光，聂雪媛，将泽明等．ARM应用系统开发详解．北京：清华大学出版社，2003
[38] www.900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/-btloader/index.htm
[39] 邵贝贝．嵌入式实时操作系统uc／os-Ⅱ(第2版)．北京：北京航空航天大学出版社，2003，5
[40] 周立功．ARM嵌入式系统实验教程(三)．北京：北京航空航空大学出版社，2005，11
[41] 杨恒．ARM嵌入式系统设计及实践．陕西：西安电子科技大学出版社，2005
[42] 周立功．ARM嵌入式系统实验教程(一)．北京：北京航空航天大学出版社，2004，11
[43] PIDUSBD12 Datasheet, Philips Ltd., 1998
[44] Samir Palnitkar. Verilog HDL. A Guide to Digital Design and Synthesis, Second Editon: Prentice Hall PTR, 2003, 2
[2] 王永章．机床的数控技术．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995
[3] 叶伯生．计算机数控系统原理编程与操作．武汉：华中理工大学出版社，1998
[4] 冯勇．现代计算机数控系统．北京：机械丁业出版社，1996
[5] 李佳特．数控技术的现状发展趋势．WMEM，2001(1)：34-37
[6] 张曙等．机床数控技术的发展现状与趋势。组合机床与组合自动化技术．1993(1)：1-4
[7] 童教陛．浅谈以个人计算机为基础的数控系统．制造技术与机床．1999(10)：5-7
[8] 戴晓华，王文，王威等．开放式数控系统研究综述．组合机床与自动化加工技术．2000(11)：5-7
[9] 叶佩青，廖文和，周来水等．基于PC平台的计算机数控(CNC)系统开发．南京：南京航空航天大学学报，1997(2)：125-130
[10] 周祖德，魏仁选，陈幼平．开放式控制系统的现状趋势与对策．中国机械工程，1999(10)：1090-1093
[11] 周宏甫．数控技术．广州：华南理工大学出版社，2003
[12] 罗学科，谢富春．数控原理与数控机床．北京：化学出版社，2004
[13] 白恩远，王俊元，孙爱国．现代数控机床伺服及检测技术．国防工业出版社，2002
[14] 邹伟平，吴来兴．数控技术的现状及发展趋势．林业机械与木工设备，2006(3)：52-56
[15] Estrin D. Connecting the physical world with pervasive networks. IEEE Pervasive Computing, 2002(4): 102-105
[16] 徐文明．嵌入式系统结构特点．电测与仪表，2004(8)：
[17] 李丽娜，邵敏权．浅谈嵌入式系统的现状及发展．长春工业大学学报，2004(6)
[18] 摹春棣．嵌入式系统的构件．北京：清华大学出版社，2004
[19] 刘瑞安．嵌入式系统的特征＼研究概况与设计实现．自动化与仪表，2004
[20] 吕京建，肖海桥．面向二十一世纪的嵌入式系统综述．半导体技术，2001(1)
[21] 张昱．三维雕刻机的研制．合肥：合肥工业大学硕士学位论文，2002，9
[22] 唐才峰．基于DSP的雕刻机数控系统研制与开发．南京：南京航空航天大学硕士学位论文，2005，
[23] 周立功．ARM嵌入式系统基础教程．北京：北京航空航空大学出版社，2005，1
[24] Andew Sloss, ARM, Los Gatos, CA Dominic Symes, ARM, Cambridge, UK Chric Wright, Ultimodule Inc, Sunnyvale. CA ARM System Developer's Guide.
[25] ARM Architecture Reference Manual, Second Edition, edited by David Seal: Addision-Wesley: ISBN: 0-201-73719-1(Known as the "ARM". ARM Doc No: DDI0100)
[26] 马伟．计算机USB系统原理及主从机设计．北京：北京航空航天大学出版社，2004，1
[27] 李维计．郭强．液晶显示应用技术．北京：电子工业出版社，2000
[28] 林孝工，高淑芬，陆静．液晶显示动态显示—模块T6963C的应用方法．应用科技，2003，30(1)
[29] 胡嗣云．图形点阵式液晶显示模块的控制技术．国外电子元器件，2001(9)：9-13
[30] 李劲松，武培秀．点阵液晶显示器汉字程序设计．电测与仪表，2003(4)：52-55
[31] ZLG7290 I2C接口键盘及LED驱动器．广州周立功单片机发展有限公司
[32] 赵世霞，杨丰，刘揭生．VHDL与微机接口设计．北京：清华大学出版社，2004，5
[33] 刘绍汉，林灶生，刘新民．VHDL芯片设计．北京：清华大学出版社，2004
[34] 何立民．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2002，2
[35] Expandable Embeded Control System Australian Electronics Engineering. ISSN: 0004-9042
[36] Song. S. W. A Real-time Residential Gateway Opening System Computer Communication, 2000, 23 (9): 825-834
[37] 李驹光，聂雪媛，将泽明等．ARM应用系统开发详解．北京：清华大学出版社，2003
[38] www.900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/-btloader/index.htm
[39] 邵贝贝．嵌入式实时操作系统uc／os-Ⅱ(第2版)．北京：北京航空航天大学出版社，2003，5
[40] 周立功．ARM嵌入式系统实验教程(三)．北京：北京航空航空大学出版社，2005，11
[41] 杨恒．ARM嵌入式系统设计及实践．陕西：西安电子科技大学出版社，2005
[42] 周立功．ARM嵌入式系统实验教程(一)．北京：北京航空航天大学出版社，2004，11
[43] PIDUSBD12 Datasheet, Philips Ltd., 1998
[44] Samir Palnitkar. Verilog HDL. A Guide to Digital Design and Synthesis, Second Editon: Prentice Hall PTR, 2003, 2
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