基于ARM处理器的数控雕刻机控制系统设计(1)

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基于ARM处理器的数控雕刻机控制系统设计(1)摘 要
随着信息化、 数 字化 、 网络化 的发展 ， 数字雕刻机也朝 着多个方 向发展 ， 介 绍 了-种基 于 ARM 处理 器--Co r t e x -M3
的数控雕 刻机 系统设计 ， 克服 了以前 由 CP L D控制雕刻机所 引起 的缺 陷， 在整个 系统设计 中， ARM 处理 器主要是协助上位
机完成雕刻机的控制过程， 同时它要完成上位机和雕刻机运动控制器的通信， 设计充分利用了P C机强大的运算能力， 也
考虑到 了ARM 处理 器的低功耗、 实时性。
关键 词 ： A R M 处理 器， Co d e x - M3， 上位机 ， CP L D
Ab s t r a c t
T he CNC En gr a vi ng Mac hi ne al s o de v el op t o war ds mu l t i pl e di r ec t i o n， wi t h i n f or ma t i on ， di gi t i z a t i on an d n e t wo r k i n g d ev e l -
o pmen t . T hi s pa pe r s ho ws on e k i n d o f d es i g n b as e o n ARM pr oc e s s or - - Co r t e x-M3. I t wi l l o v er c ome t h e de f ec t s o f des i gn
ba s e o nl y o n CPL D. T he ARM pr o ce s s o r a s s i s t s P C i n c ompl e t i n g t h e c on t r o l of t h e CNC e ngr a vi ng mac hi ne ， a t t h e s a me
t i me a ch i e v e s c ommun i c a t i on be t we en PC an d mo t i on c on t r o l l er
Ke y wor d s： ARM pr oc e s s or . Cor t ex -M3， PC， CP LD
本文介绍的基于 ARM处理器 的数控雕刻机系统 ， 在克服这
些 问题的基础上 ， 使操作更加人性化 、 简洁化 。
1 数控雕刻系统总体设计
数控雕刻机是-种能够装载数控雕刻程序 自动控制雕刻机
运动的加工系统， 它通常由雕刻机控制计算系统、 数控装置、 主轴
控制系统和进给控制系统组成 。雕刻程序计算 系统由计算机和雕
刻软件组成 ， 如图 1所示 ， 数控雕刻机系统是-种典型 的数控 系
统 ， 在系统中 ， P C机上已经开发 出了相应 的软件 ， 可 以把需要雕
刻的文字 、 图像进行数字化 ， 系统控制程序根据这些数据 ， 产生-
系列连续的数控指令， 用来控制主轴转速、 进给速度 、 换刀、 运动暂
停等。雕刻软件根据设计图样和刀具自动算出刀具的运动位置，
即刀位点 ， 并将它们写入雕刻程序。数控系统从雕刻程序中读 取
刀位点之后 自动计算各个坐标轴 的运动分量 ， 连续发送脉冲给电
机， 以控制各个轴 的运动， 最终完成图像等的雕刻 。
数控装嚣
划机
传感器 - 十 A D C -控制引 - D A C
嚣帆
雕划机 且
图 1 数控雕刻机 系统框 图
2 数控雕 刻机 系统硬件设计
2 . 1数控雕刻 系统硬件结构框图
基于 ARM 的数控雕刻机控制系统主要 由上位机 、 处理器控
制板 、 硬件加密 、 键盘 、 数模转换几部 分组成 ， 具体如 图 2所示 ，
上位 机主要 是通过 相应 的雕 刻软 件计算 出需要雕 刻 图像 的 G
代码 ，然后把这些数据代 码通过 PCI 总线放 到双端 口 RAM 中
去 ， 主控制器--S TM3 2 F 1 0 3 ZE T 6主要是把 双端 口 RAM 里面
的数据取出来 ， 计算 出道具的位置然后送到道具控制器里 面去 ，
同时它要通过键盘完成人机交互 ，软件设 计时可以根据处理器
的实际资源使用情况 ， 让它承担更多的计算工作 ， 减少上位机的
工作量 ， 提高 了整个雕刻机的实时性 ， 控制器还会实时采集 刀具
的现场情况 ， 根据实际工作现场做 出相应 的措施 。 硬件加密主要
防止系统被人复制 ， 起到产权保护的作用 ， 同时由于整个 系统 中
有 3 . 3 V的子系统 ， 也有 5 . 0 V的子系统 ， 它还 可以在硬 件上 减小
不 同电源系统之间产 生的干扰 ， 提高系统 的稳定性。
l P - A M 删 J 0 板 3 Z 盯 。 I L - - -

C P L D 键稚
图 2 数控雕刻机系统硬 件框 图
2 . 2 数控雕刻系统硬件电路 图
2l 2 1 P Cl 总线接 口电路
数 控雕 刻系统中用到的 P CI 接 口芯 片是 CH3 6 5， 这款芯片
是-种通用 的 PCI 总线接 口芯片， 支持 l / O端 口映射、 存储器映
射 、 扩展 ROM 以及 中断操作 。CH36 5将 3 2位高速 P CI 总线转
换 为简易 的类似于 I SA总线 的 8位 主动并行接 口，用于制作成
本 的基 于 P CI 总线的计算机板 卡 ，以及将原来基于 I S A总线的
板卡升级到 PCI 总线上来 ， 它 的主要特点是实现基 于 3 2位 P Cl
总线的从设备 、 转换为主动并行接 口。 数控雕刻系统的 P CI 接 口
电路如 图 3所示 。
图中的AD [ 0 . . 3 1 ] 是地址、 双向数据复用信号线， CB E [ 0 . . 3 ] 是
总线命令 、 字节使能复用线 ， P AR是奇偶校验信号 ， I DSEL是初始
化设备选择信号 ， F RAME是帧周期 开始信 号 ， l RDY是发起设备
准备好信号， 同时主板的 P CI 插槽想系统提供三种不同的电源。
2. 2 . 2 PCl 接 口与 DRAM 接 口电路
双端 口 RAM 有两路 相互 独立 的数据 、 地址总线 ， 可 以同时
有两个 CPU对它进行操作 ， 数控雕刻机系统利用 了双端 口的这
种功能 ， 工作 在 P C机上面 的软件根据需要雕刻的 图像 ， 产生 G