基于ARM的数控算法图示仪设计

liyf

                    　　0 引 言?
　　
　　在数字控制的研究中经常需要检测多轴驱动器输出脉冲，以了解算法、插补脉冲、运动轨迹及其三者之间的关系。采用普通示波器虽然可以查看脉冲，但由于多数示波器是基于两轴设计的，对三轴和多轴的情况进行观察时操作很不方便，并且不能反映出脉冲和运动轨迹之间的关系。此外，在数控人才培训的过程中，初学者通过轨迹仿真这一过程来理解和分析整个机床各机构的工作原理具有一定的困难，要再进一步分析插补脉冲和机床运动之间的关系难度更大。?

　　在此设计了一种基于ARM嵌入式处理器的专用数字图示仪，能帮助仅具有基本操作知识的使用者，直观清楚地了解插补过程中各轴脉冲的关系和对应算法下刀具运动的轨迹。?

　　1 系统硬件设计? 　
　
　　系统以采用NXP公司的ARM7 LPC2136高速处理器作为核心处理硬件，该处理器体积少，功耗低，价格便宜，性能较高，I/O资源丰富，运算速度满足系统需求。根据功能的设计要求，系统的硬件组成划分为面板控制模块、液晶显示模块、核心处理单元和运动控制模块4大部分，如图1所示。






　　(1)显示更新任务：流程如图3所示。该任务启动后将检测更新信号是否到来。若信号没有到来，操作系统将其从运行状态转入等待状态;若更新信号到来，程序从邮箱中取出中断服务程序发送的各轴计数值或操作检测任务发送的显示设置信息。经换算和比较后，选定频率最高的轴作为基准，将其与另外两个轴的脉冲一同显示在脉冲显示区中，并以正负号的方式在屏幕的方向标志区上指示出各轴的运动方向。随后再根据频率值f和步进电机在单个脉冲下驱动刀具直线运动的距离l计算出实际速度，按照一定比例N衰减后得到显示屏上的各轴运动速度v=fl/N和行进距离s=vt，进而绘制出刀具各轴向的大致行走情况。






　　(3)信号捕获中断服务程序：流程如图5所示。






　　该系统应用于数控机床实验系统，教学中，取得了较好的实验教学效果，学生反应良好。
　　4 结 话
　　在此着重介绍了基于ARM的运动轨迹数字图示仪的设计，分别从硬件设计和软件设计两个方面描述了系统的实现方法。它通过较低的成本，解决了数控研究和教学过程中分析插补算法、插补脉冲和刀具运动轨迹三者间关系的困难问题，在教学实用性上效果明显。