Blogue PCB - Conception du Contrôleur de foreuse à carte PCB basé sur i²c et Dual arm

Cet article présente un contrôleur de foreuse de circuit imprimé basé sur un bus i²c et un microcontrôleur arm double. Le Contrôleur se compose de deux parties: un système d'interaction homme - machine et un système de contrôle de mouvement, reliés par un bus i²c. Cet article traite de la structure matérielle du système de Contrôleur et des technologies clés associées, présente la conception logicielle et le développement logiciel du système de contrôle de mouvement de la machine - outil à déclenchement temporel basé sur le système d'exploitation en temps réel μc / OS - II.

1 Introduction la machine de perçage de carte de circuit imprimé est un équipement important dans la production de carte de circuit imprimé. Avec l'augmentation des exigences de traitement des produits électroniques, les contrôleurs de foreuse PCB basés sur des microcontrôleurs bas de gamme ont déjà du mal à répondre aux exigences. L'arm7tdmi est une structure de microcontrôleur RISC 32 bits proposée par la société arm à la fin du XXe siècle. Il existe une grande variété de puces basées sur ce noyau, qui se caractérisent par une vitesse de fonctionnement rapide, une faible consommation d'énergie et un faible prix. Cet article présente un contrôleur de foreuse PCB basé sur une structure arm double, qui résout non seulement les inconvénients de la faible performance des systèmes de contrôle de foreuse traditionnels de bas niveau, mais a également une économie élevée. C'est le Contrôleur idéal pour les foreuses PCB. Le système CNC est divisé par structure, généralement avec un seul CPU et plusieurs points CPU [5]. Un seul CPU utilise généralement un processus de partage de temps de contrôle centralisé pour effectuer diverses tâches d'un système CNC. Il a la caractéristique d'être compact, mais a une fonction relativement simple. Le système CNC de la structure multi - CPU utilise le traitement parallèle Multi - CPU, ce qui peut permettre au système d'atteindre des performances plus élevées. Plusieurs CPU communiquent généralement en utilisant un bus partagé ou une mémoire partagée. L'objet de commande d'un contrôleur de foreuse est relativement complexe: il est nécessaire de contrôler 4 ensembles de servomoteurs Panasonic Minas AC, 4 moteurs de broche, 9 entrées de commutation et 11 sorties de relais. Si le Contrôleur utilise une structure de CPU unique, le Contrôleur doit étendre plus de matériel, ce qui augmente le coût du système et réduit la fiabilité du système; Si les contrôleurs ont une structure à double CPU, ils peuvent être conçus en couches fonctionnelles: les tâches du système d'interaction homme - machine sont transférées à un CPU, tandis que les commandes de mouvement de la machine - outil sont transférées à un autre CPU. De cette façon, le nombre de matériel externe étendu est réduit, les coûts sont réduits et la fiabilité est améliorée. Conception matérielle du Contrôleur le Contrôleur se compose d'une carte système et d'une carte d'interface: la carte système, composée de lpc2214 et s3c44b0x et de leurs circuits périphériques associés, est le Contrôleur; La carte d'interface est principalement responsable de l'entraînement et de l'adaptation du niveau entre la carte système et les appareils de la machine - outil.? 2.1 conception matérielle de la carte système du Contrôleur la carte système du Contrôleur se compose de deux sous - systèmes: le système d'interaction homme - machine et le système de commande de mouvement de la machine - outil. Le système d'interaction homme - machine et le système de commande de mouvement de la machine - outil échangent des données via le bus i²c. Le bus i²c est un bus série proposé par Philips qui se caractérise par une vitesse élevée, une connexion matérielle simple et l'absence de matériel supplémentaire. 2.1.1 conception matérielle du système d'interaction homme - machine du Contrôleur le système d'interaction homme - machine du Contrôleur adopte le s3c44b0x comme une extension d'une gamme de matériel pour former un système avec des fonctionnalités d'interaction homme - machine parfaites. Le système étend la puce flash sst39vf1601 de type nor avec une largeur de données de 16 bits et un espace de stockage de 2 Mo comme mémoire de programme système. Pour augmenter la vitesse d'exécution des programmes système, nous avons étendu une SDRAM hy57v641620 de 1m * 4bank * 16I / O. après l'alimentation du système, le Programme d'initialisation du système copie le programme système stocké dans sst39vf1601 dans hy57v641620, tandis que la zone de stockage de données du programme système est également dans hy57v641620, afin que Le programme système puisse fonctionner entièrement dans la SDRAM. Pour s'assurer que les fichiers de perçage de la machine - outil peuvent encore être sauvegardés après la mise hors tension de la machine - outil, le système a étendu la puce nandflash k9f2808 de 16 Mo en tant que disque dur électronique du système. Comme le s3c44b0x possède son propre Contrôleur LCD, le système a choisi le module LCD edmgrb8khf 256 couleurs 640x480 pixels de Mitsubishi, qui n'a pas de contrôleur LCD, pour la sortie des informations de la machine - outil. La saisie des informations de fonctionnement du système est effectuée à l'aide d'un clavier PS / 2. Le système perce les fichiers de la machine PC via le port série rs232.pour faciliter les procédures de mise en service du système, le système d'interaction homme - machine a conçu un port jtag.certains paramètres importants de la machine - outil, tels que le pas de l'arbre d'alimentation de la machine - outil, l'équivalent d'impulsion du servo AC, etc., doivent être sauvegardés, de sorte que le système s'étend sur une puce EEPROM 512b AT24C04 basée sur le bus i²c.2.1.2 conception matérielle du système de commande de mouvement de la machine - outil le système de commande de mouvement de la machine - outil est un microcontrôleur lpc2214. Le lpc2214 est livré avec 256 ko de mémoire flash et 16 ko de SRAM intégrés, ce qui élimine le besoin d'étendre la mémoire de programme et la mémoire de données. Le système est conçu avec un port série RS232 pour être utilisé par les FAI du programme système lpc2214. Pour faciliter la mise en service du programme, le système de commande de mouvement a conçu un port JTAG. La structure du circuit du système de commande de mouvement de la machine - outil est représentée sur la figure 1. La structure matérielle est centrée sur lpc2214 dans la carte système du Contrôleur. Les appareils de la machine - outil sont reliés directement à la lpc2214 par l'intermédiaire d'un circuit d'interface.? 2.1.3 une fois la communication entre le système d'interaction homme - machine et le système de commande de mouvement de la machine - outil traitée par s3c44b0x, les instructions d'usinage du système de commande numérique par ordinateur doivent être envoyées à la lpc2214 pour exécution et les résultats de l'exécution de la lpc2214 doivent être retournés à la s3c44b0x pour traitement et affichage. Le système utilise le bus i²c pour communiquer. Le s3c44b0x fonctionne en mode maître, tandis que les AT24C04 et lpc2214 fonctionnent en mode esclave. L'adresse esclave de l'AT24C04 est 0xa0, l'adresse esclave du lpc2214 est 0x50 et le débit de l'i²c est de 400 kHz. S3c44b0x et lpc2214 établissent chacun un tableau global de 24 octets pour la communication. Conception logicielle la partie logicielle se compose principalement du logiciel du système d'interaction homme - machine et du logiciel du système de contrôle de mouvement de la machine - outil. La structure logicielle du système d'interaction homme - machine est relativement complexe, de sorte que le logiciel porte le système d'exploitation μc / OS - II. La structure logicielle du système de commande de mouvement de la machine - outil est relativement simple, mais cette partie du logiciel a de fortes exigences en matière de temps réel, de sorte que le logiciel ne porte pas le système d'exploitation, mais est écrit en mode de déclenchement temporel.? 3.1 conception logicielle des systèmes d'interaction homme - machine les logiciels des systèmes d'interaction homme - machine sont écrits en couches. Le logiciel est divisé en une couche système et une couche application. La tâche principale de la conception de la couche système est de porter d'abord le système d'exploitation intégré μc / OS - II, puis d'étendre le noyau du système d'exploitation pour former une plate - forme simple et efficace. La conception de la couche d'application est basée sur cette plate - forme pour réaliser des tâches telles que le traitement des fichiers, l'usinage Manuel des machines - outils, l'usinage automatique des machines - outils, le réglage des paramètres des machines - outils. La couche système est greffée et étendue sur la base du noyau du système d'exploitation μc / OS - II. Ce que l'on appelle le portage signifie qu'un système d'exploitation peut fonctionner sur une plate - forme de processeur spécifique en écrivant un code spécifique. Selon la description de « C / OS - II, le portage consiste à porter le code dans trois fichiers liés au processeur: OS - CPU. H. os - CPU - a... ASM, OS - CPU - c.c [4]. Sur la base du noyau du système d'exploitation, le noyau du système d'exploitation a été étendu en concevant des modules de pilote, des tâches système, des fonctionnalités d'api du système d'exploitation et des modules de planification des tâches. Grâce à la conception et à la mise en œuvre de fonctions d'interface telles que l'écran LCD, le clavier, le k9f2808, le bus i²c, la communication série, etc., un module de pilotage a été mis en place pour séparer les fonctions API du système d'exploitation du matériel sous - jacent. La section tâches système est conçue avec trois tâches de base: la tâche de rafraîchissement de l'écran LCD, la tâche de lecture du clavier, la tâche de lecture et d'écriture du bus i²c et s'exécute au démarrage du système d'exploitation. La couche d'application est basée sur les fonctions de l'API fournies par la couche système et conçoit les principales tâches et tâches telles que l'usinage manuel, l'usinage automatique, le transfert de fichiers, le réglage des paramètres, etc. 3.2.lc2214 la structure du programme de contrôle du système de contrôle de mouvement de la machine programmée est relativement simple, les modules de programme sont relativement indépendants, mais le temps réel est exigeant. Étant donné que les systèmes d'exploitation temps réel embarqués prennent une partie des ressources du système, affectent les performances en temps réel du système et augmentent la difficulté de conception du système, nous ne portons pas les systèmes d'exploitation temps réel embarqués, mais utilisons une méthode simple de planification du temps. L'utilisation de cette méthode d'ordonnancement peut donner au programme une meilleure robustesse et stabilité. Le système utilise une minuterie pour générer le rythme de la programmation du système et utilise un interrupteur de minuterie pour la programmation. Le système utilise la minuterie 0 pour générer les battements du système avec une période de chronométrage de 1 Ms. Le système utilise une interruption du Contrôleur PWM et quatre registres de comparaison pour contrôler la génération d'impulsions d'alimentation du servosystème alternatif. Nous avons divisé les tâches en deux catégories: l'une cyclique et l'autre non cyclique. Chaque tâche a un bloc de contrôle de tâche. La structure des données du bloc de contrôle des tâches est la suivante: le bloc de contrôle des tâches contient des informations importantes sur les tâches planifiées: si la tâche est périodique ou non, quand la tâche est exécutée et quand la tâche est prête. Logo, etc. Les tâches principales du système de contrôle sont: la tâche d'envoi d'impulsions d'axe d'alimentation X, la tâche de contrôle d'axe d'alimentation y, la cible de contrôle d'axe d'alimentation z1, la Mission de contrôle d'axe d'alimentation Z2, la tâche de contrôle de moteur de broche, la tâche de changement d'outil, etc. 4 Conclusion dans la conception et la conception du schéma de contrôleur, nous avons pleinement pris en compte la sensibilité du système embarqué à la consommation d'énergie, au coût et à la taille. Le Contrôleur de forage structurel Dual arm basé sur I2C se caractérise par d'excellentes performances, une intégration élevée du système, des performances fiables, une interaction homme - machine conviviale et une bonne évolutivité. Il a de bonnes performances par rapport aux contrôleurs de perçage traditionnels basés sur une seule machine à puce. Amélioration. La conception offre de nouvelles idées pour l'application des systèmes embarqués dans les contrôleurs de circuits imprimés avec une bonne valeur d'application.