嵌入式数控系统设计

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1、课程设计课程名称数字控制技术题目名称嵌入式数控系统设计学生学院专业班级学号学生姓名指导教师2015年01月15日19任务书开环数控系统（1）以LPC2114处理器构造数控系统并用Proteus仿真。采用2个4相8拍步进电机分别控制X和Y轴进给。分别用4个GPIO引脚通过软件编程实现环形分配器功能；（2）设计人机操作界面（键盘、LCD显示器）。在键盘输入数控程序，实现平面直线和圆弧图形加工。（3）设计译码程序，把数控程序命令和参数存入内存（数据结构或变量）；（4）按照脉冲当量计算X和Y轴步进电机的坐标脉冲；（5）采用逐点比较法编写进给插补程序得到X和Y轴的

2、进给脉冲并通过GPIO环形分配器输出，经过信号功率放大后驱动相应步进电机运动。（6）在LCD显示器显示X和Y轴进给运动图形、速度等。（7）通过键盘输入辅助操作命令，由GPIO管脚输出给LED指示灯显示。19摘要数字控制简称数控，采用数字指令自动控制机械的动作，控制位置、角度和速度等机械量，也包括温度、压力、流量等物理量，是电子信息技术与传统机床技术相融合的机电一体化产品。在当今制造业中数控系统扮演着极其重要的角色，因此受到高度重视，是今年来发展最快的技术。目前，嵌入式技术已经开始广泛应用于工业控制领域，将嵌入式技术应用在机床控制上，对新型嵌入式系统进行研

3、究和应用具有十分重要的意义。本文提出的数控系统是基于由飞利浦的LPC2114芯片作为CPU，通过4X4矩阵键盘输入G代码控制X、Y轴方向的步进电机进行进给，同时在LCD显示屏上描绘轨迹。关键字：数字控制、嵌入式技术、CPU、LCD、矩阵键盘19目录一、引言4二、设计目的与意义及任务分析42.1设计目的与意义42.2任务分析4三、部件功能简介53.1LPC211453.2步进电机73.3矩阵键盘83.4L29883.5AMPIRE128x6493.6LM016L11四、仿真电路图124.1LPC2114接口124.2电机模块134.3显示模块134.4输入

4、模块144.5虚拟终端（调试用）14五、程序设计155.1主程序框图155.2显示程序165.3步进电机程序175.4串口发送程序（调试用）175.5键盘扫描程序175.6差补程序18六、功能演示1919一、引言制造业是各种产业的支柱工业,数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础，直接影响到一个国家的经济发展和综合国力,关系到一个国家战略地位。发展数控技术和数控机床是当前制造工业技术改造、技术更新的必由之路。数控技术和数控机床是实现柔性制造和计算机集成制造的最重要基础技术之一，也是制造系统最基本的加工单元。随着微电子技术、计算机技术、自动控制和精密测

5、量技术的不断发展和迅速应用，在制造业中，数控技术和数控机床不断更新换代，向高速度、多功能、智能化、开放型以及高可靠性等方面迅速发展。当前柔性自动化（单机和生产系统）是世界机械电子工业发展的趋势。数控技术的应用、数控机床的生产量已成为衡量一个国家工业化程度和技术水平的重要标志。数字控制技术主要朝着一下几个方向发展：1.继续向具有开放式体系结构的数控系统发展2.向智能化方向发展3.向高速化、高精度和高自动化发展4.向网络化发展嵌入式系统作为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求

6、的预先定义的任务。根据数控技术的发展方向，选择用嵌入式技术研究数控系统，显得非常必要。二、设计目的与意义及任务分析2.1设计目的与意义本次课程设计力求实现题目所要求的功能后，尽可能的优化系统功能。数字控制技术是一门对测控技术与仪器专业很关键的课程，通过数字控制技术的学习，可以清楚了解数字控制技术的原理和工作方式。而本次课程设计能够让我们使用所学的数控技术知识和加深以及巩固对嵌入式系统，增强我们实践能力。2.2任务分析本次课程设计的任务，主要是通过protues软件按照要求编程仿真来实现设计要求。19三、部件功能简介3.1LPC2114概述LPC2114/

7、2124基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-SCPU，并带有128/256k字节（KB）嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。由于LPC2114/2124非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、PWM输出、46个GPIO以及多达9个外部中断使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机（POS）。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们

8、也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其它各种类型的应用。特