本文關(guān)鍵詞：基于STM32的嵌入式數(shù)控插補控制器的研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著數(shù)控設(shè)備及其衍生產(chǎn)品的發(fā)展,有一部分制造行業(yè)如消失模制造、模型制造和雕刻制造業(yè)等,越來越青睞于輕量級數(shù)控成型設(shè)備。與傳統(tǒng)的數(shù)控機床相比,這類輕量級數(shù)控系統(tǒng)成本低廉,硬件結(jié)構(gòu)簡單,數(shù)控功能依靠軟件實現(xiàn),如G代碼的譯碼與插補執(zhí)行。研究嵌入式數(shù)控插補控制器對輕量級數(shù)控設(shè)備開發(fā)有重要意義。首先,本文從嵌入式數(shù)控插補控制器的需求分析入手,規(guī)劃了整體設(shè)計框架。對整個框架進行了分層設(shè)計,數(shù)控軟件層由譯碼模塊和插補模塊組成。OS層和硬件層集中體現(xiàn)在嵌入式平臺的設(shè)計過程中,在嵌入式平臺設(shè)計中對硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)的任務(wù)進行了設(shè)計。接著,本文對嵌入式插補控制器的數(shù)控軟件層進行了具體的研究與設(shè)計,數(shù)控軟件層包含譯碼模塊和插補模塊。譯碼模塊對中間變量進行了結(jié)構(gòu)體封裝,易于擴展對更多指令的支持。插補模塊先基于經(jīng)典的逐點比較法實現(xiàn)了二維平面跨任意象限的直線和圓弧插補,再對極坐標下的一類曲線的插補算法進行了研究,以彌補嵌入式數(shù)控平臺插補線型單一的問題和避免了在圓弧插補跨象限處理和逆時針順時針處理時繁瑣的判斷問題。然后,研究設(shè)計了基于STM32的嵌入式數(shù)控硬件和軟件框架,通過移植UCOS系統(tǒng),提高了插補控制器的系統(tǒng)擴展性,通過移植FATFS文件管理系統(tǒng),加強了插補控制器對G代碼文件的管理能力。將譯碼和插補模塊整合到嵌入式平臺后,通過實驗驗證了插補控制器的功能。最后,為擴展插補控制器的使用場景,本文進行了上位機設(shè)計。上位機主要進行執(zhí)行過程中相關(guān)參數(shù)顯示,G代碼的預(yù)覽與編輯,以及將G代碼文件通過自定義協(xié)議傳輸?shù)较挛粰C的SD卡,也具備實時在線譯碼和執(zhí)行的功能。該嵌入式數(shù)控插補控制器在應(yīng)用中,可以對嵌入式平臺SD卡中G代碼和PC上的G代碼進行譯碼與插補執(zhí)行,運行狀態(tài)可以同時在STM32和PC上顯示,插補控制器的擴展性好,結(jié)構(gòu)簡單易于維護,在小型數(shù)控設(shè)備中有應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)控 G代碼 STM32 譯碼 插補算法
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-12
• 1.1 課題來源8
• 1.2 課題研究背景及意義8-9
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容11
• 1.5 本章小結(jié)11-12
• 第2章 嵌入式數(shù)控插補控制器整體設(shè)計方案12-17
• 2.1 嵌入式插補控制器系統(tǒng)需求分析和整體框架12-14
• 2.2 插補控制器的數(shù)控軟件層設(shè)計方案14-15
• 2.3 STM32嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方案15-16
• 2.4 上位機軟件設(shè)計方案16
• 2.5 本章小結(jié)16-17
• 第3章 插補控制器的數(shù)控軟件層設(shè)計17-33
• 3.1 插補控制器的G代碼譯碼17-22
• 3.1.1 控制器G代碼的譯碼原理17-18
• 3.1.2 譯碼算法中的中間代碼結(jié)構(gòu)體設(shè)計18-20
• 3.1.3 插補器譯碼的算法實現(xiàn)與驗證20-22
• 3.2 插補控制器的插補算法研究22-32
• 3.2.1 跨象限逐點比較法的實現(xiàn)22-25
• 3.2.2 跨象限逐點比較法的模擬與仿真25-26
• 3.2.3 一種極坐標下的弧線插補算法的研究26-28
• 3.2.4 極坐標插補算法的實現(xiàn)與驗證28-30
• 3.2.5 極坐標插補算法特點分析30-32
• 3.3 本章小結(jié)32-33
• 第4章 插補控制器的STM32嵌入式系統(tǒng)設(shè)計33-55
• 4.1 STM32嵌入式平臺硬件設(shè)計33-38
• 4.1.1 STM32主控制芯片概述33-34
• 4.1.2 基于STM32的數(shù)控主控制板設(shè)計34-35
• 4.1.3 主要硬件模塊的設(shè)計35-38
• 4.2 STM32嵌入式平臺軟件構(gòu)架設(shè)計38-44
• 4.2.1 STM32數(shù)控平臺整體軟件構(gòu)架設(shè)計38-39
• 4.2.2 FATFS文件系統(tǒng)讀取SD文件的機制39-42
• 4.2.3 UCOSIII操作系統(tǒng)的任務(wù)管理機制42-44
• 4.3 UCOSIII操作系統(tǒng)下的任務(wù)設(shè)計44-49
• 4.3.1 G代碼譯碼任務(wù)45-46
• 4.3.2 插補執(zhí)行任務(wù)46-47
• 4.3.3 串口掃描任務(wù)與串口數(shù)據(jù)處理任務(wù)47-49
• 4.3.4 按鍵掃描任務(wù)與按鍵處理任務(wù)49
• 4.4 系統(tǒng)驗證49-54
• 4.4.1 實驗環(huán)境50-51
• 4.4.2 實驗結(jié)果51-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第5章 上位機設(shè)計55-61
• 5.1 上位機功能設(shè)計55
• 5.2 PC與插補控制器之間串口數(shù)據(jù)通訊55-58
• 5.3 上位機工作界面58-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 第6章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 全文總結(jié)61-62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻63-66
• 致謝66-67
• 附錄67

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本文編號：297814