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1、基于PC的开放式数据系统的研究 基于PC的开放式数据系统的研究 Research of Open CNC System Based on PC【中文摘要】 数控技术正朝着高速度、高精度、柔性化、智能化和集成化方向发展同时,传统的专用数控系统已经很难满足终端用户进行二次开发的需要,一种新的数控系统基于PC的开放式数控系统的出现很好的适应了这一发展的需要。通过对当前数控系统的分析,提出了数控系统朝着开放式数控系统方向发展的必然性。首先阐述了开放式数控系统的定义、特点、设计原则以及开放途径;然后对开放式数控系统体系结构进行了分析,介绍了目前基于PC的开放式数控系统的三种结构:PC嵌入型NC型、NC嵌
2、入PC型以及全软件型NC;紧接着提出了一种新型的基于PC的开放式数控系统软、硬件构架,这种架构采用PC+运动控制卡的搭配模式。运动控制卡采用TMS320F2812和C8051F040作为中央处理器。处理器之间采用SPI总线通讯方式传输加工指令与数据,运动控制卡与PC机之间采用CAN总线传输方式进行通讯。对CAN总线以及SPI总线传输模式以及实现方式进行了阐述。通过使用经济、实用的“软”实时的方法,系统在Windows XP这种多任务操作系统平台上完成了上位机实时控制、显示以及三维仿真。目前,已经设计出了采用该数控系统的数控铣床与数控车床,调试结果说明,这种基于PC的开放式数控系统能够满足实际加
3、工的需要,具有实用价值。【英文摘要】 Modern manufacturing technique is developing toward high speed, high precision,flexibility,intelligence and integration.However,the traditional NC is hard to meet the special needs of users and of the second development.The new NCopen CNC system based on PC just adapts to the need
4、.The adoption of numerical control system on the current analysis, put forward a numerical control According to the analysis of current numerical control system,the inevitability of numerical control system developing toward open CNC architecture is raised.First of all,the definition,characteristics
5、 and design principles of open CNC system are described.Then the three kinds of architectures of current open CNC system are analyzed,including PC embedded in NC architecture,NC embedded in PC architecture and all software-based architecture.After that,the new architecture of both software and hardw
6、are of open CNC system based on PC is put forward.The architecture is based on IPC and motion controller.TMS320F2812 DSP and C8051F040 MCU are used in motion controller as a central processing unit.The SPI bus is used for the communication of instructions and data processing among processors,the CAN
7、 bus is used for the communication of instructions and data processing between motion controller and PC.The transfer mode of CAN bus and the SPI bus is also described.Through the use of economical,practical and “soft” real-time method,the real-time control, display and three-dimensional simulation s
8、ystem are achieved in the multi-tasking Windows XP operating system platforms.In present,a CNC milling machine and a CNC lathe have been designed,using the numerical control system,test results show that PC-based open CNC system of this architecture meets the needs of the actual processing,and has p
9、ractical value.【中文关键词】 开放式数控系统; DSP; CAN总线; SPI总线; 插补算法 【英文关键词】 Open CNC system; DSP; CAN bus; SPI bus; Interpolation algorithm 【毕业论文目录】摘要 5-7 ABSTRACT 7-8 第一章 绪论 11-19 1.1 数控技术的发展 11-14 1.1.1 数控技术的发展历程 11-12 1.1.2 数控技术的发展趋势 12-13 1.1.3 国内数控技术的发展现状 13-14 1.2 开放式数控系统概述 14-18 1.2.1 开放式数控系统体系结构的产生背景 14
10、-15 1.2.2 开放式数控系统的特点 15-16 1.2.3 开放式数控系统的发展现状与趋势 16-18 1.3 本课题研究意义 18-19 第二章 开放式数控系统体系结构分析 19-26 2.1 开放式CNC系统的概念设计 19-21 2.1.1 开放式CNC系统的需求分析 19-20 2.1.2 开放体系结构CNC系统的设计原则 20-21 2.2 开放式数控系统体系结构概述 21-22 2.3 数控系统体系结构的开放途径 22-23 2.4 基于PC的开放式体系结构分析 23-25 2.5 本章小结 25-26 第三章 基于PC的开放式数控系统硬件结构设计 26-43 3.1 基于P
11、C的开放式数控系统硬件的开放式实现策略 26-29 3.1.1 标准化总线技术 26-27 3.1.2 规范的接口协议 27-28 3.1.3 充分应用PC技术 28-29 3.2 系统数据传输总线介绍 29-34 3.2.1 PC机与运动控制卡之间数据通讯总线 29 3.2.2 DSP与单片机之间通讯总线 29-34 3.3 基于PC的开放数控系统硬件结构 34-41 3.3.1 铣床控制系统的组成构架 34-35 3.3.2 数控系统的原理与流程 35-36 3.3.3 DSP芯片简介 36-38 3.3.4 C8051F04X单片机简介 38-39 3.3.5 运动控制卡电气连接 39-
12、41 3.4 本章小结 41-43 第四章 基于PC的开放式数控系统软件设计 43-56 4.1 数控系统软件的开放式要求与实现策略 43-44 4.2 运动控制卡功能模块 44-46 4.3 运动控制卡DSP系统设计 46-48 4.3.1 软件流程图 47 4.3.2 DSP与PC机通讯 47 4.3.3 DSP对双端口RAM的操作 47-48 4.4 数控铣床运动控制卡单片机软件系统设计 48-51 4.4.1 主MCU软件设计 48-49 4.4.2 主MCU指令介绍 49-50 4.4.3 电机控制MCU软件设计 50-51 4.5 PC软件部分设计 51-55 4.5.1 数控系统主控PC机软件功能要求 52 4.5.2 数控系统主控PC机软件的实现 52-55 4.6 本章小结 55-56 第五章 总结与展望 56-58 5.1 课题总结 56 5.2 今后展望 56-58 参考文献 58-61 致谢 61-62 附录 攻读硕士期间发表的论文 62
