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本文介紹 印刷電路板 基於I²C匯流排和雙臂微控制器的鑽床控制器. 該控制器由人機交互系統和運動控制系統兩部分組成, 通過I²C匯流排連接. 本文討論了控制器系統的硬體結構和相關關鍵技術, 並介紹了基於mC的人機交互系統的軟體設計/OS-II即時操作系統及時間觸發機床運動控制系統的軟體設計.
1 Introduction
The 印刷電路板 鑽機是石油生產中的重要設備 印刷電路板. 隨著電子產品加工要求的提高, 基於單片機的低端PCB鑽床控制器一直難以滿足要求. ARM7TDMI是ARM公司在20世紀末提出的一種32比特RISC微控制器結構. 基於該核的晶片種類豐富，具有運行速度快的特點, 低功耗、低價格. 介紹了一種基於雙臂結構的PCB鑽床控制器, 這不僅解决了傳統低級鑽床控制系統效能低下的缺點, 而且經濟性也很高. 它是PCB鑽床的理想控制器. 數控系統按結構劃分, generally there are single CPU and multi-CPU points [5]. 單個CPU通常使用集中控制分時過程來完成CNC系統的各種任務. 它具有結構緊湊的特點, 但功能相對簡單. 多CPU結構的數控系統採用多CPU並行處理, 這可以使系統實現更高的效能. 多個CPU通常使用共亯匯流排或共用記憶體進行通信. 鑽機控制器的控制對象更複雜：需要控制4套松下MINAS交流伺服系統, 4個主軸電機, 9個開關輸入和11個繼電器輸出. 如果控制器採用單CPU結構, 控制器需要擴展更多硬體, 新增了系統成本，降低了系統可靠性； 如果控制器採用雙CPU結構, 控制器可以根據功能分層設計：人機交互系統的任務交給一個CPU, 當機床的運動控制移交給另一個CPU時. 以這種管道, 减少了外部擴展硬體的數量, 成本降低了, 提高了可靠性.
2. The hardware design of the 控制器
The controller consists of a system board and an interface board: the system board is composed of LPC2214 and S3C44B0X and their related peripheral circuits, 是控制器； 介面板主要負責系統板與機床電器之間的驅動和電平匹配.
2.1 Hardware Design of Controller System Board
The controller system board consists of two subsystems: human-computer interaction system and machine tool motion control system. 人機交互系統和機床運動控制系統通過I²C匯流排交換數據. I²C匯流排是飛利浦提出的串列匯流排, 具有速度快、硬體連接簡單的特點, 不添加硬體.
2.1.1 Hardware design of controller human-computer interaction system
The human-computer interaction system of the controller adopts S3C44B0X as an extension of a series of hardware to form a system with perfect human-computer interaction function. 系統擴展了NOR型快閃記憶體晶片SST39VF1601，具有16比特數據寬度和2MB存儲空間作為系統程式記憶體. 為了提高系統程式的執行速度, we expanded a HY57V641620 SDRAM with 1M*4Bank*16I/O. 一旦系統通電, 系統初始化程式將存儲在SST39VF1601中的系統程式複製到HY57V641620, 同時, 系統程式的資料存儲區也位於HY57V641620中, 使系統程式完全在SDRAM中運行. 為了保證機床斷電後仍能保存機床的鑽孔檔案, 系統擴展了16MB NandFlash晶片K9F2808作為系統的電子硬碟. 因為S3C44B0X有自己的LCD控制器, 系統選擇STN型256色640x480點數EDMGRB8KHF液晶顯示模塊，不帶3菱生產的液晶控制器，作為機床資訊的輸出. 系統運行資訊的輸入採用PS/2鍵盤. 系統通過RS232串列埠從PC鑽取檔案. 為了方便系統的調試程式, 人機交互系統設計了一個JTAG埠. 機床的一些重要參數, 如機床進給軸的螺距, 交流伺服系統的脈衝等效, 等. 需要保存, 囙此，系統擴展了基於I²C匯流排的512B EEPROM晶片AT24C04.
2.1.2 Hardware Design of Machine Tool Motion Control System
The motion control system of the machine tool is the LPC2214 microcontroller. LPC2214內部有256KB的閃存和16KB的SRAM, 無需擴展程式記憶體和數據記憶體. 系統設計了一個RS232串口, 用於LPC2214系統程式的ISP. 為了方便程式的調試, 運動控制系統設計了一個JTAG埠. 機床運動控制系統的電路結構如圖1所示. 控制器系統板中以LPC2214為中心的硬體結構. 機床電器通過介面電路直接與LPC2214連接.
2.1.3 Communication between human-computer interaction system and machine tool motion control system
After processing by S3C44B0X, 數控系統的加工指令應發送給LPC2214執行, LPC2214執行的結果應返回給S3C44B0X進行處理和顯示. 系統使用I²C匯流排進行通信. S3C44B0X在主模式下工作, 而AT24C04和LPC2214工作在從屬模式下. AT24C04的從機地址為0xa0, LPC2214的從地址為0x50, I²C的速率為400KHz. S3C44B0X和LPC2214分別建立一個24位元組的全域陣列用於通信.
3. Software Design
The software part is mainly composed of human-computer interaction system software and machine tool motion control system software. 人機交互系統的軟件結構更為複雜, 囙此，軟件移植了mC/OS-II作業系統. 機床運動控制系統的軟件結構相對簡單, 但這部分軟件具有很强的實时性要求, 囙此，該軟件不會移植作業系統, 但以時間觸發模式寫入.
3.1 Human-computer interaction system software design
Human-computer interaction system software is written in a layered manner. 軟件分為系統層和應用層. 系統層設計的主要任務是移植嵌入式作業系統mC/OS-II優先, 然後擴展作業系統內核，形成一個簡單高效的平臺. 應用層設計基於該平臺來實現處理檔案的操作, 機床的手動加工, 機床的自動加工, 機床參數和其他任務的設定. 系統層基於mC進行移植和擴展/OS-II作業系統內核. 所謂移植意味著作業系統可以通過編寫特定的程式碼在特定的處理器平臺上運行. 根據mC的描述/OS-II, 移植包括將程式碼移植到與處理器相關的3個檔案中：OS\U CPU.H, OS\u CPU\u AASM公司, OS\u CPU\u C.C [4]. 基於mC提供的內核/OS-II, 通過設計驅動程序模塊來擴展作業系統內核, 系統任務, 作業系統API函數和任務調度模塊. 通過LCD等介面功能的設計與實現, 鍵盤, K9F2808, I²C匯流排和串列通信, 等., 建立了一個驅動程序模塊，將作業系統API功能與底層硬體分離. 系統任務部分設計了3個基本任務：LCD重繪任務, 鍵盤讀取任務, I²C匯流排讀寫任務, 並在作業系統啟動時運行. 基於系統層提供的API函數, 應用層設計主要任務和手動加工等任務, 自動加工, 檔案傳輸, 機床參數設置.
3.2.LPC2214 programming
The control program structure of the machine tool motion control system is relatively simple, 程式模塊相對獨立, 但實时性要求非常高. 因為嵌入式即時操作系統會佔用部分系統資源, 影響系統的實时效能, 新增了系統設計的難度, 我們不移植嵌入式即時操作系統, 但是使用一種簡單的時間調度方法. 使用這種調度方法可以使程式具有更好的魯棒性和穩定性. 系統使用計時器生成系統調度的節奏, 並使用計時器中斷程式進行調度. 系統使用計時器0生成系統的節拍, 定時週期為1ms. 該系統使用PWM控制器的中斷和四個比較寄存器來控制交流伺服系統進給脈衝的產生. 我們將任務分為兩類：一類是週期性的，另一類是非週期性的. 每個任務都有一個任務控制塊. 任務控制塊的資料結構如下：任務控制塊包含有關正在調度的任務的重要資訊：任務是週期性任務還是非週期性任務, 當任務運行時, 任務已經準備好了. 徽標等. 控制系統的主要任務是：X進給軸脈衝發送任務, Y進給軸控制任務, Z1進給軸控制任務, Z2進給軸控制任務, 主軸電機控制任務, 刀具更換任務, 等.
4 Conclusion
In the controller scheme consideration and design, 我們充分考慮了嵌入式系統對功耗的敏感性, 成本和規模. 基於I2C的雙臂結構鑽井控制器具有性能優异的特點, 高系統集成度, 性能可靠, 友好的人機交互和良好的可擴展性. 與傳統的基於單片機的鑽孔控制器相比, 它的效能很好. 改善. 該設計為嵌入式系統在嵌入式系統中的應用提供了一種新的思路 印刷電路板 controller, 具有良好的應用價值.
