基于嵌入式微處理器激光雕刻機系統(tǒng)研究與開發(fā)

微處理器的高性能激光雕刻機數(shù)控系統(tǒng)，著重解決了加工過程中的速度和精度要求，有效提高了激光加工的生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的整體性價比。論文對基于嵌入式微處微處理器的高性能激光雕刻機數(shù)控系統(tǒng)，著重解決了加工過程中的速度和精度要求，有效提高了激光加工的生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的整體性價比。論文對基于嵌入式微處理器實現(xiàn)的激光雕刻機控制系統(tǒng)進行了研究，并完成了理器)處理器的數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)，DM642和FPGA(Field現(xiàn)場可編程門陣列)高速力，并結(jié)合FPGA實現(xiàn)了系統(tǒng)組合控設(shè)計開發(fā)出基于DM642和FPGA實現(xiàn)的高速PCB開發(fā)出基于DSP／BIOS內(nèi)核技術(shù)實現(xiàn)的控制系統(tǒng)軟件關(guān)鍵詞：激光雕刻機DM642處理器高速Ⅲspaperaccordingthecontrol oflasercarvingmachinethelaSermachineconwolsvstembased highClient。aprocessor,resolvetIleofprecisionproductivitygaineffectivelyandⅢspaperaccordingthecontrol oflasercarvingmachinethelaSermachineconwolsvstembased highClient。aprocessor,resolvetIleofprecisionproductivitygaineffectivelyandahighperformancelOWCOStoftheLasercarvingmachirlesyStembasedonembeddedprocessoriSresearchedandinthispaper．InthispaperthehardwareandsoftwaredesignhasedonasresearchedofDM642highkey—FPGA．T1lefinalmodelmachilieon-linedisplayfounctionof山attainedtheanticipationdesigndemand．TllemainresearehWOrkasofinfluenceofprocessing。indexofsystemtheschemethenewTI—performanceofdataprocessingandcombineFPGArealizationthecontrolResearchthehighspeedPCBsystemdesignofDM642and4)ResearchcontrolsystemsollwarebasedonDSP／B10Skemelprocessor,High—speed獨創(chuàng)性本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下獨創(chuàng)性本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作得的研究成果，除了文中特別加以標注和致謝之處外，論文中不包含人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲墨盜墨墨盤至其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意，月莎本學位論文作者完全了叁盜墨蘭盤堂有關(guān)保留、使用學位可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編的規(guī)定。特授權(quán)墨盜堡蘭有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編供查閱和借閱。同意學校向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復本和電子件(保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)說明導師簽名：釵象I6簽字日期：泗7年／月6第一章緒1．1開發(fā)背景與選題意第一章緒1．1開發(fā)背景與選題意自20世紀60領(lǐng)域越來越廣泛n1，“1。優(yōu)劣直接關(guān)系著激光雕刻機的加工質(zhì)量與加工效率，對整個雕刻機的性價比和市場競爭力都至關(guān)重要。但目前國產(chǎn)雕刻機使用的數(shù)控系統(tǒng)在性能和價格上不能很好地統(tǒng)一，成為影響國產(chǎn)激光雕刻機市場競爭力的制約因素之一。為此，研究丌發(fā)具有良好性價比的天津鼎森激光設(shè)備科技發(fā)展有限公司經(jīng)過長時間的市場調(diào)查分析之后，委托我校張寶峰教授領(lǐng)導激光雕刻切割項目課題組，為該公司開發(fā)設(shè)計高速激光雕刻切割系統(tǒng)。經(jīng)過長達1年多的研究與開發(fā)，目前已試制出樣機，并小批量生產(chǎn)銷售，取得了公司和客戶廣泛好評。系統(tǒng)主要有如下特點)數(shù)控系統(tǒng)采用嵌入式SP處理器(DS專用的運動控制芯片，很好的解決了長期困擾我國激光雕刻切割產(chǎn)品應用普及的速度和精度問題，并大大降低了生產(chǎn)成本；2)在圖形加工算法中采用“智能非線性曲線插補算法”，優(yōu)化加工路徑，很好的解決復雜圖形的加工速度和平穩(wěn)性問題；3)電機控制中采用“動念NURBS曲線”優(yōu)化加工路徑有效提高系統(tǒng)的高速運行平穩(wěn)性，提高了加工質(zhì)量，增加了激光雕刻切割機的整體性1．2激光雕刻加工的發(fā)展背景及基本現(xiàn)激光加工技術(shù)是光電子技術(shù)在傳統(tǒng)加工領(lǐng)域內(nèi)的應用，是先進制造技術(shù)的重要組成部分。激光加工是激光應用最有發(fā)展fi{『景的領(lǐng)域之一，并將成為繼光通訊、光醫(yī)療、光存儲等弱激光技術(shù)應用后又一強激光應用的新興產(chǎn)業(yè)。國外已丌發(fā)出20技術(shù)。激光的空問控制性和時間控制性很好，對加工對象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適合于自動化加工。激光加工系統(tǒng)與計算機數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可第一章緒本在光電子技術(shù)方面占首位，美國在激光醫(yī)療及激光檢測方面占首位，而在激光材料加工設(shè)備方面則是德國占首位。這表明各個國家的發(fā)展都與他們自己的工業(yè)基礎(chǔ)有關(guān)。在這些發(fā)達國家，激光加工技術(shù)已在各個制造領(lǐng)域得到廣泛應用。如美國通用汽車公司在汽車制造中，50％以上的汽車部件采用了激光加工技術(shù)舊。以R本為例，目前已擁有C02加工機2萬多臺，約占全球激光加工總量的t／3，其中0％為激光切割設(shè)備。在材料加工領(lǐng)域中(主要使用YAG激光器和C0：激光器)的應用最廣，其次是科學研究與發(fā)展領(lǐng)域。我國激光技術(shù)的發(fā)展已有四十余年的歷史。盡管我國激光加工技術(shù)還相對落后，許多領(lǐng)域還沒有得到應用，但經(jīng)過多年的艱苦發(fā)展，國內(nèi)激光產(chǎn)品已經(jīng)在國內(nèi)占據(jù)了較大的市場份額，在產(chǎn)品質(zhì)量、性能等方面初步具備了與國外大公司競爭的實力。目前國內(nèi)外激光加工行業(yè)中有很多公司J下在致力于高性能激光雕第一章緒本在光電子技術(shù)方面占首位，美國在激光醫(yī)療及激光檢測方面占首位，而在激光材料加工設(shè)備方面則是德國占首位。這表明各個國家的發(fā)展都與他們自己的工業(yè)基礎(chǔ)有關(guān)。在這些發(fā)達國家，激光加工技術(shù)已在各個制造領(lǐng)域得到廣泛應用。如美國通用汽車公司在汽車制造中，50％以上的汽車部件采用了激光加工技術(shù)舊。以R本為例，目前已擁有C02加工機2萬多臺，約占全球激光加工總量的t／3，其中0％為激光切割設(shè)備。在材料加工領(lǐng)域中(主要使用YAG激光器和C0：激光器)的應用最廣，其次是科學研究與發(fā)展領(lǐng)域。我國激光技術(shù)的發(fā)展已有四十余年的歷史。盡管我國激光加工技術(shù)還相對落后，許多領(lǐng)域還沒有得到應用，但經(jīng)過多年的艱苦發(fā)展，國內(nèi)激光產(chǎn)品已經(jīng)在國內(nèi)占據(jù)了較大的市場份額，在產(chǎn)品質(zhì)量、性能等方面初步具備了與國外大公司競爭的實力。目前國內(nèi)外激光加工行業(yè)中有很多公司J下在致力于高性能激光雕刻機系統(tǒng)的研究在國外主要是美國的宙斯、威特、悍馬等公司，以及德國Scherpers公司，其價格一般較昂貴；他們生產(chǎn)的設(shè)備屬于領(lǐng)先水平。目|j{『，國內(nèi)在這一行業(yè)做的比較好的有北京開天、廣東喲銘、浙江博業(yè)和安徽力宇、楚天激光、深圳大族等公司為主，這些激光雕刻機的控制系統(tǒng)多采用主從式結(jié)構(gòu)，個人計算機負責圖形處理和數(shù)掘的傳送，下位機接收數(shù)據(jù)后，通過插補計算進行雕刻加工，但是，用戶提出的許多新功能和性能的要求，尚不能給于很好的滿足，且在雕刻加工時，有時會出現(xiàn)加工數(shù)據(jù)的丟失，加工速度慢、穩(wěn)定性比較差“】。國內(nèi)外部分激光加工公司的雕刻機參數(shù)如表卜1所示表1-1國內(nèi)外雕刻機性能Tablel一1inanddomesticofengraving內(nèi)I外灄楚廣博咒f足f江【大瀨微酸鼎’澉到輔(蹲刎縫約X能60—2第一章緒第一章緒1．3嵌入式微處理器在工業(yè)控制應用上的優(yōu)嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制上的應用起源于20世紀0已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域，且與人們的R常生活密不可分，給人們生活和工業(yè)生產(chǎn)帶來極大方便。激光雕刻機作為一種高科技的產(chǎn)品，為實現(xiàn)系統(tǒng)控制要求，早期的成熟產(chǎn)品大都采用了單片機技術(shù)，但隨著系統(tǒng)控制對象的擴大和技術(shù)的進步，實際應用中又對激光雕刻機控制系統(tǒng)的功能和性能提出了許多新的要求，在這種情況下單片機也就越來越不能滿足應用對象的需求，開發(fā)工作也變得越來越復雜、龐大。隨著微電子技術(shù)的進步，芯片的制造成本大大降低，而功能卻大大增強，32位的嵌入式微處理器和高速數(shù)字信號處理器(DSP)逐漸成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的主流”’。隨著切割工藝的復雜程度不斷提高，傳統(tǒng)的手工切割和機械加工由于受設(shè)備及技術(shù)的制約，對被加工物的切割精度低而在一定程度上影響產(chǎn)品的質(zhì)量．甚至會影響到經(jīng)濟效益。對于高速激光雕刻機而言，高速和商可靠性永遠是其最重要的要求。隨著激光技術(shù)的發(fā)展提高、步進電機技術(shù)的發(fā)展，以及特別是近年隨微電子技術(shù)的進步，芯片的制造成本大大降低，32位的嵌入式微處理器和高速數(shù)字信號處理器(DSP)逐漸成為嵌入式工控系統(tǒng)設(shè)計的主流，這些都為高速激光雕刻切割系統(tǒng)的研究應用創(chuàng)造了有利條件。數(shù)字信號處理具有精度高、靈活性大、可靠性好、易于大規(guī)模集成、易于存儲等優(yōu)點，而且可以采用多種性能優(yōu)良的數(shù)字信號處理方法和算法。實時數(shù)字信號處理的應用需求和超大規(guī)模集成電路技術(shù)水平的飛速發(fā)展，推動著數(shù)字信號處理器性能的不斷提高，使其在信號處理、運動控制等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，而且其應用深度和廣度J下在不斷地深化現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展對數(shù)控系統(tǒng)的速度、精度要求越來越高，而高速、高精度則主要靠運動控制的執(zhí)行部件來保證。運動控制系統(tǒng)有典型的要求，如高速的輸入輸出、處理的實時性、數(shù)據(jù)處理過程簡單但數(shù)據(jù)計算量很大等。由于DSP特有的多組總線的哈佛結(jié)構(gòu)，使得處理指令和處理速度同時進行，從而大大提高了處理效率，DSP的流水技術(shù)，使得每個指令的最終執(zhí)行在單個周期內(nèi)完成，使得處理速度大為提高。因此，DSP在數(shù)據(jù)量大、計算復雜、實時性要求高的運動控制領(lǐng)域是比較理想的選擇，而基于DSP的運動控制系統(tǒng)已成為運動控制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。早期用在控制系統(tǒng)中的DSP僅僅實現(xiàn)一些簡單的數(shù)字控制算法，其實DSP在其它方面也有許多強大的功能。最近十多年來，隨著運動系統(tǒng)控制要求的不斷提高，如高可靠性、高效性、高精度、實時性等，DSP的應用越來越廣，DSP的巨大潛力也逐漸被挖掘出來。DSP片內(nèi)特別結(jié)構(gòu)和外圍電路對控制系統(tǒng)很有用，如A／D、大容量存儲器、定時器、比較單元、鎖存單元、PwM波形發(fā)生器、快速中斷處理能力、高速串行口和I／oEMAC網(wǎng)絡接口等。因此，運動控制系統(tǒng)設(shè)計者通過DSP跡實現(xiàn)、各種復雜控制算法、診斷和保護等幾乎所有的控制系統(tǒng)功能第一章緒第一章緒1．4本文在分析了嵌入式系統(tǒng)、嵌入式DSP微處理器、當前激光雕刻切割機的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對激光雕刻切割機數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)的一些關(guān)鍵技術(shù)做了分析，課題的提出是基于工程實際需要，面向的控制對象是高速激光雕刻切割機，基于委托方對項目的實際要求，將綜合考慮穩(wěn)定性、可靠性及成本控制多方面需求，為廠家丌發(fā)一套基于DM642嵌入式處理器的激光雕刻機控制系統(tǒng)。本課題主要研究工作包括：分析C0：激光雕刻的原理，對影響國內(nèi)外激光雕刻切割系統(tǒng)性能指標的原因作了路；根據(jù)提出的設(shè)計要求，提出不同的數(shù)控系統(tǒng)硬件解決方案，綜合考慮成本、性能等各方面因素，分析各方案的優(yōu)缺點，最終確定了基于A的激光雕刻完成了數(shù)控系統(tǒng)基本模塊的硬件設(shè)計。包括硬件原理圖的繪制，硬件PCB采用DP／BIOS實時操作系統(tǒng)，開發(fā)了系統(tǒng)控制軟件算法程序，并解決了在軟件開工作、系統(tǒng)DSP4第二章系統(tǒng)原理及總第二章系統(tǒng)原理及總體方激光雕刻切割機作為一種特殊的數(shù)控加工設(shè)備，盡管激光加工有著其特殊性，但從運動速度和定位精度是激光雕刻切割機的主要技術(shù)性能。本章針對激光雕刻切割機的工作原理，圍繞市場調(diào)研提出的雕刻機數(shù)控系統(tǒng)的2．1激光雕刻切割機的工作原在激光雕刻切割機上待加工的圖形主要有兩種格式：位圖和矢量圖。這兩種圖形格式特點不一致，加工方法也不同，所以，可以對矢量圖形和位圖分別定義加工數(shù)據(jù)格式。這樣，上下位機便遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，在Pc端軟件設(shè)定加工參數(shù)后，即可通過RJ45接口(TCP／P)或者其他通信口傳輸至DSP的數(shù)控系統(tǒng)?；赟P的激光雕刻切割數(shù)控系統(tǒng)使用DSP控制C如激光器和步進電機實現(xiàn)對非金屬材料按照預先設(shè)計的圖案進行切割、雕刻等加工處理。在Pc中上位端軟件功能即讀取常用的DXF、PLT、BMP圖形、圖像文件，根據(jù)圖形和加工材料的不同設(shè)定不同的加工參數(shù)。再把設(shè)定好參數(shù)的加工數(shù)據(jù)通過TCP網(wǎng)絡或者其他通信接口發(fā)送到控制板的DSP中，由DSP解析并處理生成最終的加工數(shù)據(jù)，驅(qū)動步進電機并控制C02激光器進行加工圖2-系統(tǒng)加I：流Fi92—1Systemprocess第二章系統(tǒng)原理及2．2系統(tǒng)設(shè)計要第二章系統(tǒng)原理及2．2系統(tǒng)設(shè)計要此，整個系統(tǒng)的原理方案的確定，將主要從運動控制的兩個重要性能指標入2．2．1．運動控位控制(PositionContr01)又稱為點到點控制 PointContr01)，是一種從個位置向另一位置移動時，不管中間的移動軌跡如何，只要最后能到達目標位置的控制方式。這類控制在移動過程中，對兩點間的移動速度及運動軌跡沒有嚴格要求，可以先Contr01(PallelCont01)，準確位置外．還要保證兩點之間移動的軌跡是一條直線，而且對移動的速度也要進行制。輪廓控制(ContouringContr01)又稱為連續(xù)軌跡控制在運動控制系統(tǒng)中，按執(zhí)行部件的類型分類可分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)。在我們的激光雕刻機系統(tǒng)中采用的是步進電機驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)，沒有位置反饋和校正系而采用大規(guī)模的FPGA來對數(shù)控加工系統(tǒng)作精確控制)，步進電機(動與激光發(fā)射的時間同步、配合等問題予以解決，這一方面需要在硬件電路設(shè)計中予以考慮，采用合適的硬件方案；另一方面，軟件算法的優(yōu)劣也是關(guān)鍵，好的算法能充分發(fā)揮硬件潛能，提高機床的穩(wěn)定性。如果算法設(shè)計不成功必將使設(shè)備的綜合性能有所降低，NRB2．2．2．速度控機的加工特點是加工速度快、累計運動線路長、啟停頻繁，不僅要求指令運動速度高，而且要求快的加減速，以提高雕刻切割加工的平均運動速度，提高加工效率。6第二章系統(tǒng)原理及總體方表2-l、系統(tǒng)主要技術(shù)與性能指標名項目實第二章系統(tǒng)原理及總體方表2-l、系統(tǒng)主要技術(shù)與性能指標名項目實施后可以達到的指最大加工面 64000最大加工速激光強100級激光器及功定位精網(wǎng)紋精掃描精2．5*2．5m(黑體)1．0．1．0mm(英文字符最小成型文接口模運動控支持直線插補、曲線插控制方完全脫2．3確定系統(tǒng)的硬軟件劃分和開發(fā)策略，為系統(tǒng)的具體丌發(fā)提供指導?？傮w方案制定得合理與否不僅將直接影響到系統(tǒng)是否能夠達到預期的性能指標，還將影響到系統(tǒng)的工作可靠分析本系統(tǒng)的設(shè)計指標可知，其目標是要設(shè)計丌發(fā)一套針對雕刻機的控制特點、能滿足各種加工控制需求并具有高性價比的高性能檔激光雕刻切割數(shù)控系統(tǒng)。為此，本系統(tǒng)首先需從速度方面入手，重點要解決好運動的快速性和可靠性問題，同時兼顧系統(tǒng)的制造成本，使硬件造價控制在預期的范圍內(nèi)?？梢姡到y(tǒng)的處理速度和成本控制是本系1)PCP而插補計算、速度控制、位置控制等實時控制要求高的任務由高速運動卡完成。但系統(tǒng)中的底層功能模塊必須自行丌發(fā)，工作量大、開發(fā)周期長。另外，高速工控運動板卡價第二章系統(tǒng)原理及第二章系統(tǒng)原理及總體方單片機等MCU+高速運動控制芯片：該方案利用單片機控制高速控制芯片完成插更不能滿足，此外，高速運動控制芯片價格過于昂貴，所以尚不易推廣。采用DSP+cPLD／FPGA構(gòu)成：隨微電子技術(shù)的進步，芯片的制造成本大大降低，而功能卻大大增強，32位的嵌入式微處理器和高速數(shù)字信號處理(DSP)逐漸成為嵌入式工控系統(tǒng)設(shè)計的主流。由于DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力，因而在激光雕刻機的數(shù)控系統(tǒng)中可以充分借助DSP的強大運算能力，把復雜的算法放到控制系統(tǒng)上完成，便于控制算法的優(yōu)化和提高，使系統(tǒng)的功能和性能得到很大提高。D6422-2所示。它由基于DM642微處理器的運動控制主板、機和人機界面單元三部分組成圖2—2系統(tǒng)總體玟Fig．2-2Thecollectivitychart在整個控制系統(tǒng)中，DSP主控板是數(shù)控系統(tǒng)的核心，主控板用來完成了數(shù)控系統(tǒng)中的插補運算、步進電機輸出脈沖的分配，發(fā)揮DSP高速計算性能，解決雕刻切割機運動控制過程中的高速信息問題。另外，DSP主控板還需對其它外部設(shè)備進行控制，如機床操作。人機界面是機床和操作人員的一個紐帶，主要完成操作按鍵的掃描和加工狀8第二章系第二章系統(tǒng)原理及總體方在Pc端的控制軟件中，主要任務是把PLT、I)XF等格式轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)自有的數(shù)據(jù)格式并對圖元進行復制、移動、縮放等編輯操作，設(shè)置雕刻區(qū)及其他的加工參數(shù)，形成初步的加工數(shù)據(jù)經(jīng)TCP／UDP方式傳輸至SP控制板進行進一步處理。而基于嵌入式DSP實現(xiàn)的雕刻機的控制系統(tǒng)是本文所重點要闡述的，所以以下章節(jié)將主要對基于嵌入式P數(shù)控系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)與系統(tǒng)軟件開發(fā)予以詳細闡述9第二章系統(tǒng)原理及總體方本第二章系統(tǒng)原理及總體方本章主要討論基于高性能DSP芯片與高性能FPGA芯片相結(jié)合的高速激光雕刻機控系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)。作者設(shè)計了基于TI公司TMS320DM642的多媒體處理器和仿真，確定這種DM642+FPGA協(xié)同工作的方案是可行的。該系統(tǒng)充分利用6000系列DSP強大的并行運算能力，以及FPGA靈活的時序邏輯控制技術(shù)，從改變現(xiàn)有硬件系統(tǒng)的角度出發(fā)來提高數(shù)控系統(tǒng)的整體性能。此外，本章還介紹了DM64處理器相關(guān)特性、DSP數(shù)控系統(tǒng)的由于激光加工方式的特殊性，對許多材料采用激光加工方式加工的優(yōu)點只有在國際上，高速激光雕刻切割機往往采用工業(yè)控制器配合伺服電機實現(xiàn)在高速度速度和精度一直是影響我國激光雕刻切割機產(chǎn)品應用普及的主要因素，國內(nèi)廠家為了降低成本一般都采用兩相混合式步進電機，由于步進電機是采用分步運動方式，在每步之間不可避免會出現(xiàn)震動；而且步進電機本身的矩頻特性曲線輸出力矩隨著脈沖頻率的加快呈拋物線下降趨勢，所以兩相混合式步進電機很少應用在轉(zhuǎn)速超過800轉(zhuǎn)／分的應用場合。很多廠家為了追求高速度，往往通過加大步進電機的每轉(zhuǎn)行程，但由于步進我們的設(shè)計目標是運動速度達到2000mm／s，此時按每轉(zhuǎn)行程72m達到1667轉(zhuǎn)／分。經(jīng)過深入研究，我們發(fā)現(xiàn)如果能夠構(gòu)造一條符合步進電機矩頻特性的較理想的加減速曲線，同時盡可能提升步進電機的每轉(zhuǎn)脈沖個數(shù)，降低步進電機步間震動，將會大大改善步進電機矩頻特性曲線，從而達到高轉(zhuǎn)速目的。目|ji『國內(nèi)生產(chǎn)的步進電機驅(qū)動器，其有效細分一般在64，即將每個步距角細分64等份，按每個步距角1．8度計算，電機每轉(zhuǎn)一周需但此時按運動速度為2000mm／s計算，脈沖頻率將達到200／72180=55556(Hz)，脈沖周期僅為2．8微秒，對微處理器提出了很高的要求，所以我們采用需要較長的丌發(fā)周期、成本較高、輸出脈沖穩(wěn)定性有保障，并且采用軟件方式處理的DSP控制系統(tǒng)。我們采用了TI新一代新型的TMS320DM642高速DSP0第三章系統(tǒng)硬什開第三章系統(tǒng)硬什開既可避免DSP多線程被打斷，同時由于激光加工的特殊性而需要的速度和精度問題也3．2為充分發(fā)揮DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力和強大的資源管理能力，在數(shù)控系統(tǒng)中我們采用了TI的新型高速DSP處理器DM642和FPGA組合控制(DSP用于高速的數(shù)值計算，而采用大規(guī)模的FPGA來對數(shù)控加工系統(tǒng)作精確控制)步進電機和c02激光器實現(xiàn)對不同材料的加工，所設(shè)計的數(shù)控系統(tǒng)(控制板)最終可以完全脫機運行，操作方便，極具人性化。該數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3．1所示圖3-1．數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意F夠-1．TheNumericalcontrolsystemstruGureDM642高速DSP處理DM642是TI公司最新推出的一款針對多煤體處理領(lǐng)域應用的DSP，它成化。在600MHz的時鐘周期運行速度下，其處理能力為4800MIPS。雖然該DSP是專針對多煤體處理領(lǐng)域應用的，但這并不妨礙我們將其用在激光雕刻切割數(shù)控系統(tǒng)中第二章系統(tǒng)硬什開第二章系統(tǒng)硬什開程序和數(shù)據(jù)空『自J編址，依靠指令計數(shù)器提供的地址來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，指令和數(shù)據(jù)通過同一總線訪問同一地址空間上的存儲器。而DSP采用的哈佛結(jié)構(gòu)則是不同于馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的一種并行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點是程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問。與之相對應的是系統(tǒng)中設(shè)置兩條總線：程序總線和數(shù)據(jù)總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。在哈佛結(jié)構(gòu)中，由于程序和數(shù)據(jù)存儲器在兩個分開的空『白J里，因此取指操作和執(zhí)行操作能完全重疊與通用芯片相比，其具有以下一些優(yōu)點DSP和升級。穩(wěn)定性好：DSP集成方便：DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成在激光雕刻切割數(shù)控系統(tǒng)中，我們采用DM42與颶風(Ccoe)系列PA控制系統(tǒng)的設(shè)計，一方面充分利用了DM642強大的數(shù)據(jù)處理能力和片上資源管理能力，同時利用DM642處理器的EDMA來對FPGA進行數(shù)據(jù)管理，這樣既可避免DSP多線程被打斷，同時由于激光加工的特殊性而需要的速度和精度問題將得以很好的保證DM642與FPGA組合協(xié)調(diào)控在激光雕刻切割機系統(tǒng)中，通過M42控制PA實現(xiàn)對步進電機和C制，是數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵。DSP處理速度和FPGA及其他外圍設(shè)備的配合問題，需要一套硬件電路來控制DSP對FPGA及外圍設(shè)備配合問題進行協(xié)調(diào)。目前還沒有可以直接應用的通用芯片。因此，需要一套硬件電路實現(xiàn)控制器對FPGA以及其他外圍設(shè)備的配合進行協(xié)調(diào)。現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA是可編程的ASIC(ApplicationSpecifiCCircuit，專用集成電路)，可以實時地對外加或內(nèi)置的RAM或EPROM2第三章系第三章系統(tǒng)硬什開研制、小批量生產(chǎn)的最佳選擇。電路設(shè)計師設(shè)計一個電路首先要確定電路(也可以用Verilg／VHL語言進行行為描述，然后做邏輯綜合)，然后進行軟件模擬及優(yōu)化，以確認設(shè)計電路的功能和性能．然而隨著電路規(guī)模的不斷增大和工作頻率的提高，將會給電路引入很多分布參數(shù)的影響，而這些影響很難用軟件來反映，所以有必要做硬件仿真。FPGA就可以實現(xiàn)硬件仿真，將軟件模擬后的線路經(jīng)過處理后下載到FPGA，設(shè)計者就可以直觀地測試其邏輯功能及性能指標，采用系統(tǒng)內(nèi)可再編程的技術(shù)，使得系統(tǒng)內(nèi)硬件的功能可以象軟件一樣被編程配置，從而可以實時地進行更改和開發(fā)。這種稱為“軟”硬件的全新的系統(tǒng)設(shè)計概念．使新一代的電子系統(tǒng)具有極強的靈活性和適應性，它不僅使電子系統(tǒng)的設(shè)計和產(chǎn)品性能的改進和擴充變得十分容易和方便，而且使電子系統(tǒng)具有多功能的適應能力，從而可以為許多復雜的信號處理和信息加工的實現(xiàn)提供新的思路和方法?？稍倥渲肍PGA技術(shù)己在勾畫著未來的方案，國外一些大學和研究所己經(jīng)利用xilinx和A1tera的FPGA實現(xiàn)多用途、高速的協(xié)處理器來加速計算機系統(tǒng)的運行，對于專門的應用，可在配置FPGA把超級計算機的性能帶到桌面系統(tǒng)?？梢灶A測：未來的計算機可自動地改變其硬件來適應正在運行的程序，被稱為在最終用戶的產(chǎn)品中實現(xiàn)“設(shè)計的可再編程性”的年代己經(jīng)開始?？膳渲糜嬎慵夹g(shù)在科學計算、設(shè)計自動化等方面得到應用，可編程ASIC的發(fā)展是電子技術(shù)進一步成為當今信息時代功能強大的手段。綜合上面關(guān)于FPGA的論述，F(xiàn)PGA有著豐富的資源、可重復的編程特性、方便的設(shè)計手段、低壓低功耗的性能和低廉的價格，對于設(shè)計功能強大的運動控制電路來實現(xiàn)復雜運動控制必將是首要的選擇。在設(shè)計中我們在DM62實現(xiàn)了兩個緩沖區(qū)，一個放加工數(shù)據(jù)，另一個為填充數(shù)據(jù)，利用緩沖區(qū)的切換，當加工緩沖區(qū)的矢量圖形數(shù)據(jù)NI完之后，告知DM642可以對當前緩沖區(qū)進行填充(拋棄原有數(shù)據(jù))，同時丌始加工另一個緩沖區(qū)內(nèi)(原填充區(qū))的圖形數(shù)據(jù)，如此反復，這樣由于DM642處于多線程的運行狀態(tài)下，為避免DSP在處理其他重要事務時被打斷，可利用DSP的EDMAFPG進行數(shù)據(jù)管理。這樣既可避免DSP多線程被打斷，同時在速度上也可以得到保在管理步進電機和C魄激光器的FPGA中主要實現(xiàn)三個定時器l、T2、T3，以及激光器(實際是對激光電源)能量和使能控制。整個系統(tǒng)實現(xiàn)的難點在于對激光和兩個步進電機協(xié)調(diào)控制，系統(tǒng)中通過一塊FPGA(CPLD)來控制。在FPGA第二章系統(tǒng)硬什開圖3-2FPGA功能實現(xiàn)FPGA第二章系統(tǒng)硬什開圖3-2FPGA功能實現(xiàn)FPGAFi93-implementblockFPGA采用的是Altera公司的Cyclone系列器件，Cyclone器件采用的是專為低成本設(shè)計的全新體系結(jié)構(gòu)，其具有大容量，并內(nèi)嵌乘法器和存儲器，這些都有助于在系統(tǒng)的設(shè)計應用中很好的實現(xiàn)我們的要求。圖3．2中，T3的數(shù)據(jù)是由數(shù)控系統(tǒng)的DSP處理的加工圖形計算出的。在激光雕機工作過程中，由于要保證激光加工的精度，所以對激光器的發(fā)光時間和步進電機行時問有特殊的要求，要求發(fā)光時間與步進電機的運行時序要完全匹配，否則會引進電機運行過程中激光器出光不均勻，被加工工件會產(chǎn)生“毛刺”或者加工不閉合等。由T3同時控制定時器l、2和激光器，可以使他們的時序完全匹配。步進在激光雕刻機控制系統(tǒng)中，使用硬件描述語言 HDL進行FPGA程序程序設(shè)計。應特別注意的是，用VerilogHDL編寫的程序是否與外部的硬件電路相匹配。于VerilogHDL是硬件描述語言，當使用它編寫程序時，VerilogHDL本身會編譯程HDL中的時序延時可能與外部的硬件電路的延時不一致顯示無錯誤通過，但HDL編而導致雖然程序編譯正確，卻不能在具體電路中運行。所以，在使用程序時，一定要考慮VerilogHDL的時序與外部電路的匹配問題。本控制系統(tǒng)了DM642處理數(shù)據(jù)，用定時器T3控制兩個步進電機的運行，保證了步進電的高精度，不會出現(xiàn)時序偏差，同時外部輔助硬件電路滿足了FPGA的VerilogHDL程實際4．1系統(tǒng)印刷電路板4．1系統(tǒng)印刷電路板設(shè)高速PCB設(shè)計，已經(jīng)不僅僅是在生產(chǎn)工藝允許的情況下，用盡量短的敷銅線把器件互連就算完成，而是要從選擇高速器件類型開始，對系統(tǒng)器件的布局、關(guān)鍵網(wǎng)絡的特征和走線方式與長度進行控制，對PCB設(shè)計的同時進行仿真和分析，最后達到所要設(shè)計的要求為止。高速PCB設(shè)計反映在器件上，就是高速時鐘要求我們選擇具有更快速度的開關(guān)驅(qū)動器件。一個PCB上的信號是否作為高速信號來處理取決于上升時間、導線長度和傳輸速率三種因素，而高速PCB設(shè)計的特點也就在于怎樣控制信號傳輸時『白J和信號完整硬件是數(shù)控系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)系統(tǒng)控制功能的必要載體，同時在工控環(huán)境運行的控制系統(tǒng)必須考慮硬件抗干擾措施等，因此對系統(tǒng)中DM642與FPGA硬件控制電路和接口電路設(shè)計加以著重的考慮。實現(xiàn)。由于系統(tǒng)最高頻率達到600MHz，并且系統(tǒng)中涉及到了高速SDRAM絡接口混合芯片等數(shù)模電混合，在具體的PCB設(shè)計上必然要考慮到信號完整性等問題，本章將著重介紹系統(tǒng)的PCB設(shè)計的相關(guān)理論以及實現(xiàn)方案。4．1．1板級設(shè)計的理論基高速數(shù)字電路設(shè)計主要涉及信號完整性問題，信號完整性sI(Signalntegrity)指的是在信號線上的信號的質(zhì)量。信號波形的破損往往不是由單個因素導致的，而是板級設(shè)計中多種因素共同引起的””。信號完整性問題主要包括反射、振鈴、地彈、串擾等。1)傳輸線理作是傳輸線。需要考慮印刷電路板的線際互聯(lián)和板層特性對電氣性能的影響。例如在我們丌發(fā)的DSP圖像采集處理模塊中，TMS320VC6205的工作頻率為200MHz， 島2、／微帶傳輸線的特征阻抗z。-(赤微帶傳輸線的特征阻抗z。-(赤]hc傳輸延遲：t=1．017x]—0．45帶狀傳輸線的特征阻抗傳輸延遲：t=1．017√善(ns2)信號完整性反射電壓為正。稚線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過連接器的傳輸及電源平面連續(xù)等因素的變化均會導致此類反射信號的振鈴(tinging)和環(huán)繞振蕩(runding)分別是由線上不恰當?shù)碾姼泻碗娙菟鸬摹Ｕ疋弻儆谇纷枘釥顟B(tài)，環(huán)繞振蕩屬于過阻尼狀態(tài)。這一類信號完整性問題通常在周期信號中比較敏感，例如DSP的時鐘信號，它是從晶振中得到的，所以需要特別仔細的考慮。振鈴和環(huán)繞振蕩同反射一樣也是由多種因素引起的，振鈴可以通過恰當?shù)亩私佑枰詼p少，但是不可能完全消除。當電路中有大的電路涌動時會引起地跳，如大量芯片的輸出級同時開啟，此時有一個較大的瞬時電流在芯片和PCB板的電源平面上流過，芯片封裝與電源平面問的寄生電感和電阻就會引發(fā)電源噪聲，從而在真JV基準)產(chǎn)生電壓的波動和變化，這個噪聲往往會影響元器件的動作。負載電容的增大、負載電阻的減少、對地電感的增大、同時開關(guān)器件數(shù)目的增加都會導致地跳效應的增大”馴。PB4．1．2高速PCB設(shè)計的一般原則‘制高速PCB設(shè)計可以從布局和布線以及地線的分配等幾個方面予以闡一、稚在PCB設(shè)計中，布局是一個重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布因此可以這樣認為，合理的布局是PCB首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干6其次，在確定PCB尺寸后，再確定特殊元其次，在確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。尤其是系統(tǒng)核心芯片的位以及周圍的總線關(guān)系最后根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進行在確定特殊元件的位置時要遵守以下原盡可能縮短高頻元器件之『白J的連線，設(shè)法減少它們的分御參數(shù)和相互間的電電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。重量超過159對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應考慮整機的結(jié)構(gòu)要求。若是機內(nèi)調(diào)節(jié)，應放在印制板上便于調(diào)節(jié)的地方；若是機外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應(5對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則：在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分行參數(shù)。一般電路應盡可能使4)位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm為矩形，長寬比為3：2或4：3。電路板面尺寸大于200×150mm時，應考慮電路板所受的機械強度。二、布在PCB設(shè)計中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計的重要步驟，可以說前面的準備工作都是為它而做的。在整個PCB速PCB布線時通常要考慮以下幾點：避免傳輸線的阻抗不連續(xù)，因為傳輸線的阻抗不連續(xù)會導致信號的反射。阻抗不連續(xù)點就是傳輸線上的突變點，如：直拐角、過孔等。所以信號布線的時候要避免使4地線、對串擾敏感的信號進行端接、避免信號共用回路等措施。輸入輸出端用的導線應盡量避免相鄰平行，最好加線間地線，避免發(fā)生反饋耦合，并且也要避免使用過長的平行走線。對于器件中閑置的I／O口，盡量不要懸空，應按要求作上下拉處理，以免由于擾使器件產(chǎn)生誤操作，以提高信號的抗干擾性能導線的最小寬度主要由導線與絕緣基板『自J的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為0．05inm、寬度為1～導線的最小寬度主要由導線與絕緣基板『自J的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為0．05inm、寬度為1～m時，通過A的電流，溫度不會高于℃。因此，導線寬度為1．5rmu，可滿足要求。對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0．0~o．3nun導線寬度。當然，只要允許，信號傳輸線應盡量粗而短，這樣可以減小因傳輸線阻抗而引起的信號衰減。其次電源線和地線最好用粗線：導線的最小間距主要由最壞情況下的線問絕緣電阻和擊穿電壓決定，對于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使『自J距小至5-$nun。除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體焊盤要比器件引線直徑大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小(d+1．2)aim，其中d為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取O+1．O)mmPOB設(shè)計的電源和地線分配在高速電子系統(tǒng)設(shè)計中電源分配是一個非常重要的問題。一個低噪聲的電源是高速電子系統(tǒng)穩(wěn)定工作的基本保證。電源分配問題主要考慮的是電子系統(tǒng)中的電源和地的分配和布線。一、電源分配和設(shè)電源分配常用的兩種方式是：總線方式(powerbuses)和電源層方式(power總線方式的電源系統(tǒng)是由電子系統(tǒng)需要的各種電壓的電源傳輸線組成的。這種方式的電源和器件之『自J的傳輸線相當于一個小電阻，這就增加了電源系統(tǒng)的輸出阻抗。在系統(tǒng)功耗較大的情況下，它有比較明顯的分壓作用，從而使器件的實際工作電壓偏離它的規(guī)定工作電壓，導致系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。電源層方式的電源系統(tǒng)采用一個或多個電源和地線層來構(gòu)成系統(tǒng)的電源。在電源層方式的電源系統(tǒng)中，器件的電源和地主要是使用過孔來實現(xiàn)與系統(tǒng)電源和地的連接。這樣減少了電源系統(tǒng)的輸出阻抗，從而減小電源的噪聲。早期設(shè)計更傾向于總線方法，把整個層用作電源分配，成本比較高。因為電源總線與信號線分享這些層，而總線需要給所有的設(shè)備提供電源，并且還要給信號線留出空問，所以總線必須是很長很窄的帶子。這使得在較小的交叉范圍內(nèi)產(chǎn)生一些小阻抗，盡管這些阻抗很小，但是仍然很重要。例如一塊PCB板有20個Ic，每個設(shè)備200mA，那么總電流將為4A。這樣總線上1．15歐姆的小阻抗將會造成0．5V的電壓損失。如果供應的總電壓是5V的話，那么總線上最后一個設(shè)備僅能得到4．5V的電壓。因為電源層方式使用的是整個層，所以唯一限制就是板子的尺寸問題。帶有同樣多設(shè)備的系統(tǒng)，電源平面上的阻抗和總線系統(tǒng)上的阻抗比起來可以忽略。因此，電源平面系統(tǒng)比總線系統(tǒng)更能為整個系統(tǒng)提供全電壓。其次，在總線上，電流被限制在總線的路線上。每個高速設(shè)備產(chǎn)生的線路噪聲都將被帶入這條線路中其他的設(shè)備；而電源平面系統(tǒng)中，電流不受線路控制，分布在整個層上，由于整體阻抗小，電源平面系統(tǒng)比總因此因此額外的過濾措施是必需的。這一任務由電源濾波來完成電源濾波是使用濾波電路來實現(xiàn)的。在系統(tǒng)電源的輸入端通常使用c對電源進行濾波。如：兀型濾波器，T型濾波器等，并且常用luF到IOuF的電容來濾掉01u0．01u此外，原則上每個集成電路芯片都應布置一個0．01pF的瓷片電容。如遇CB不夠，可每4～8個芯片布置一個1～F的鉭電容。對于抗噪能力弱、開關(guān)時電源變化大的器件，如RM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入去耦電容。環(huán)路相當于一個線圈，因而具有一定的電感，并且電感量隨著環(huán)路面積的增大而增大。這個電感會使信號的振鈴、串擾、輻射惡化。所以在設(shè)計中要有效地減小信號回路的面積。二、地線分配和設(shè)在電子設(shè)備中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽J用，可解決大部分干擾問題。電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機殼地(屏蔽地)、數(shù)在地線設(shè)計中應注意以下幾點低頻電路中，信號的工作頻率小于MItZ，它的布線和器件問的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于IOMHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工作頻率在1MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1／20，否則應采用多點接地法。將數(shù)字電路與模擬電路分式進行接地處理。邏輯上分離，即布局時，數(shù)字電路與模擬電路分離，兩者盡量分開：物理上統(tǒng)一，即進行接地時，兩者不進行區(qū)分，統(tǒng)一與電源端地線相連。要盡量加大電路的接地面積。盡量加粗接地若接地線很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗，使它能通過位于印制電路板的允許電流。如有可能，接地線的寬度應大于3mm。將接地線構(gòu)成閉環(huán)以明顯地提高抗噪聲能力。其原因在于：印制電路板上有很多集成電路元件，尤其遇有耗電多的元件時，因受接地線粗細的限制，會在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降。若將接地構(gòu)成環(huán)路，則會縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。94．2系統(tǒng)PCB我們所設(shè)計的4．2系統(tǒng)PCB我們所設(shè)計的高速激光系統(tǒng)是一個高速、大容量、數(shù)模電源以及各種存儲器上，在設(shè)計和研制的各個階段采取了必要的措施系統(tǒng)PCB的設(shè)計采取了很多相當重要的措施。由于DM642核心板模塊是8層板中包含sDRAM等高速器件，PcB設(shè)計相當復雜：FPGA模塊為2層板，相對簡單。個模塊的PCB設(shè)計中，有共同之處，也各有區(qū)別分電阻、電容等器件放在PCB的頂層，由于PCB尺寸的限制，表層放置不下的部分電阻、電容放置在PCB的底層，如芯片的濾波電容。，由于系統(tǒng)中DM642模塊和FPGA接口控制板都是數(shù)?；旌想娐?，因此布局時，我們將數(shù)字器件和模擬器件進行邏輯上的分離，即數(shù)字器件盡量分布在一起，模擬器件盡量分布在一起。上面數(shù)字器件、模擬器件的分離布局產(chǎn)生部分沖突，因此PCB的布局需要不斷的改進通過不斷的努力與嘗試，協(xié)調(diào)數(shù)字／模擬器件分離和不同工作電壓器件分離這兩個要素，同時兼顧信號的流向等要素，最終達到比較理想的PCB布局。傳統(tǒng)的PCBDM642為548引腳的BGA．31．8v1．、5v、2vJji殊的仿真、布局、布線、匹配、屏蔽等處理，我們采用了業(yè)界近年來提出的一種新的高速PCB的高效設(shè)計流程，如圖4．1所示?回|墨4—1采HJ白上而下流程設(shè)計高速Fj94-1Adoptup-down回|墨4—1采HJ白上而下流程設(shè)計高速Fj94-1Adoptup-downdesignflowdesignhi曲speed由于高速的PCBEDA仿真工具，基本上實現(xiàn)了“設(shè)計即正確”目的。本系統(tǒng)中DM642核心板為八層板，需要進行疊層設(shè)計。從減少信號之間的串擾等素入手，最終設(shè)計疊層如下第一層(信號層，主要元器件分布于該上表面層第二層：GNDPlane第三層(中間信號層第四層：PowerPlane(電源層第五層：Power第六層(中間信號層(地層第七層第八層 (信號層，部分元器件分布于該下表面層最終設(shè)計的核心板八層PCB圖如下所示圖4-2核心扳8層圖4-2核心扳8層PCBF．94-2TheCoresystem8layersFP6A硬件控制接口板硬件POB設(shè)，F(xiàn)PA～M4PALTERA公司的Cyclone系列EPlC3T1100。在FP6A的PCB板設(shè)計過程中，主要應遵從有關(guān)FPAFPGAPLL(1v)，以及IO電壓(3．3v)的電源分割，同時兼顧到與核心板的板級互連接口設(shè)計，保證一定的機械結(jié)構(gòu)。最終設(shè)計的 PCB版圖如圖4．3所示I鳘】4-FPGA控制板PCBI鳘】4-FPGA控制板PCBFi94—3FPGAcontrolsystem4．4系統(tǒng)POB硬件調(diào)在系統(tǒng)PCB設(shè)計完成并設(shè)計系統(tǒng)各部分驅(qū)動管理程序之后，就可以對其進行硬件調(diào)試了。一般來講，對大的系統(tǒng)進行調(diào)試需要分模塊束進行。首先，應當對PCB查，如電源線與地線是否短路，焊盤是否存在虛焊點和短路點等。在cB檢查沒問題之后方可以進行芯片的焊接，系統(tǒng)中核心板上DM642位BGA548封裝，必須送專門的廠家進行焊接，之后才能對其他芯片進行焊接。所有芯片焊接完并檢查之后就可以分模塊進行測試了。在我們的系統(tǒng)中有兩塊PCB板，其中又以核心板的測試為重點，因為它核心板EDMA測試，主要測試利用DM642的EDMA來管理FPGA測試驅(qū)動程序4)LCD測試，即核心板EDMA測試，主要測試利用DM642的EDMA來管理FPGA測試驅(qū)動程序4)LCD測試，即系統(tǒng)GUI界面的測試，測試驅(qū)動程序鍵盤測試，即系統(tǒng)人機交互的測試，測試驅(qū)動程序在進行硬件調(diào)試時，需要用到一系列的軟硬件平臺，主要包(3)個人計算機DSPCPLD／FPGA電路設(shè)計仿真軟件：ProtelDxp、CadenceA1legro、Hyperlynx等；(8)CPLD／FPGA開發(fā)軟件圖4—4軟硬什測試平SoftwareandhardwaretestFi94-第無章系統(tǒng)控制軟什開第無章系統(tǒng)控制軟什開軟件算法的優(yōu)劣是本課題中研究的關(guān)鍵，好的算法程序能充分發(fā)揮硬件潛能，提高機床系統(tǒng)的穩(wěn)定性等綜合性指標。傳統(tǒng)的編程方式很難應付同益復雜的算法，系統(tǒng)設(shè)計編程難度很大，并且系統(tǒng)程序后續(xù)開發(fā)工作難度很大，因而，在基于對現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)首先針對可用于嵌入式DSP微處理器的各實時嵌入式操作系統(tǒng)分析，其次對嵌入式系開發(fā)中的一些關(guān)鍵問題做了詳細的分析，最后給出了基于DSP／BIos操作系統(tǒng)軟件過程中的主要實現(xiàn)方法5．1嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)與應用。7嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)OperatingSystem基礎(chǔ)和開發(fā)平臺，它是一段嵌入在目標代碼中的軟件，用戶的其他應用程序都建立在RTOS之上。不但如此，ROS還是一個可靠性和可信性很高的實時內(nèi)核，將CPU時『白J、中斷、I／O和定時器等資源都包括起來，留給用戶一個標準的API，并能根據(jù)各個任務CPU可以面對幾十個系列的嵌入式處理器的PU，CU，SP和OC等提供類同的P接口，從而可以實現(xiàn)獨立于設(shè)備的應用程序開發(fā)。據(jù)專家測算，在優(yōu)秀RTOS上跨處理器1％一TORTOS最關(guān)鍵的部分是實時多任務內(nèi)核，它的基本功能包括任務管理、定時成熟的通用程序還可以形成專家?guī)旌瘮?shù)產(chǎn)品。嵌入式軟件的函數(shù)化，產(chǎn)品化能夠促進行業(yè)交流以及社會分工專業(yè)化、減少重復勞動、提高知識創(chuàng)新的效率。實時多任務操作系統(tǒng)是根掘操作系統(tǒng)的工作特性而占的。實時是指物理進程的真實時『日J指具有實時性，能支持實時控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。首要任務是調(diào)度一切可利用的資源完成實時控制任務，其次才著眼于提高系統(tǒng)的使用效率，重要特點是要滿足對時間的限制和要求。實時操作系統(tǒng)應具有如下的功能實時操作系統(tǒng)的工作特性第五章系統(tǒng)控制軟件開第五章系統(tǒng)控制軟件開。CPU權(quán)。芯片獲得了許多實時操作系統(tǒng)System)供應商的支持，比較知的有：WindowsCE，uCLinux，pSOS，VxWorks，Nucleus。uC／OS等。而在基于嵌入式處理器的嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計中，目Ij{『可用并且已經(jīng)移植成功的嵌入式系統(tǒng)主要uC／OS—II、uCLinux和TI公司自己開發(fā)的實時操作系統(tǒng)DSP／BIOS OS操作系統(tǒng)概述№1IDSP／BIOS主要是為需要實時調(diào)度和同步以及主機／目標系統(tǒng)通信和實時監(jiān)測的用而設(shè)計的。DSP／BIOS組件包括搶先式多任務內(nèi)核，硬件抽象層、實時分析工具和配置工具。DSP／B105的出現(xiàn)背在計算機技術(shù)和信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，計算機和計算機技術(shù)大量應用在我們的日常生活中?，F(xiàn)代的計算機早已超出早期計算機的概念，廣泛應用的嵌入式計算機便是其中的一種。嵌入式系統(tǒng)，多指深藏于工業(yè)系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、或一些機電儀表設(shè)備、消費電子類產(chǎn)品內(nèi)部，完成一種或多種特定功能的計算機系統(tǒng)，是軟硬件的緊密結(jié)合體。具有軟件隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，越來越多的數(shù)字信號處理芯片應用于各行各業(yè)。PDSP系統(tǒng)可以用傳統(tǒng)方法，從底層用匯編語言編寫程序，利用在線仿真器、在線調(diào)試器等開平臺進行開發(fā)，是很難或者幾乎不可能達到預定要求的。而且用傳統(tǒng)方法丌發(fā)軟件，代碼的可重用性差，系統(tǒng)丌發(fā)在很大程度上依賴于軟件編程人員的編程技巧，軟件開發(fā)的靈活性導致了很多軟件移植性很差，動一發(fā)而動其全身．第五章系統(tǒng)控第五章系統(tǒng)控制軟什開司作為世界上應用最廣、品種最多的DSP芯片生產(chǎn)廠家之一，推出了特針對于其0系列DSP開發(fā)軟件的實時操作系統(tǒng)DSP／BIOS。以往多數(shù)的DSP系統(tǒng)是基于流程圖的設(shè)計發(fā)法，該方法設(shè)計的程序穩(wěn)定性不高，流程中任意一個環(huán)節(jié)出錯都將導致系統(tǒng)崩潰甚至死機。針對于此，使用DSP／BIOS將對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的改善。使應用模塊化，可極大提高程序的可讀性、可擴展性和可移植性。使用實時操作系統(tǒng)DSP／BIOSDSP算法，方便快捷，程序思路清晰，便于代碼調(diào)試和重用，但是目前國內(nèi)的DSP實際應用中，開發(fā)者往往被DSP／BlOS表面上的繁瑣迷惑，對繁多的實時操作系統(tǒng)文檔望而卻步，仍然采用與早期單片機開發(fā)一樣的手工匯編或者C代碼編譯的開發(fā)方式，將DSP／BIOS的就是如何利用DSP／BIOS開發(fā)1rI公司的DSPDSP／B105操作系統(tǒng)簡DSP／BIOS的資源和構(gòu)建DSP應用的基礎(chǔ)架構(gòu)。DSP，BIOS所提供的內(nèi)核服務在代碼大小和性能S2C0C0DP／BIS，我們可以：(1)使用多線程技術(shù)高效地管理DPMPS；2)使用標準接口的I／O和中斷；(3)高效地定義和配置系統(tǒng)資源，如系統(tǒng)內(nèi)存；(4)通過實時分析工具對用戶應用程序的運行狀況實時查看；(5)向用戶的目標應用程序添加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并圍繞一組61TM320DPDsP／BIOS是一個用戶可剪裁的實時操作系統(tǒng)，主要由三部分組成：多線程實時核；實時分析工具：芯片支持庫。利用實時操作系統(tǒng)開發(fā)程序，可以方便快速地丌發(fā)復雜的DSP程序。操作系統(tǒng)維護調(diào)度多線程的運行，只需將定制的數(shù)字信號算法作為一個線程嵌入系統(tǒng)即可；芯片支持庫幫助管理外設(shè)資源，復雜的外設(shè)寄存器初始化可以利用直接圖形工具配置；實時分析工具可以幫助分析算法實時運行情況．DSP／BIOS塊化方式提供給用戶對線程、中斷、定時器、內(nèi)存資源、所有外設(shè)資源的管理能力都可以根據(jù)需要剪裁。實際應用中需要的定制算法作為一個線程插入DP／SDPBIODSP／BIOS實時操作系統(tǒng)的圖表配置界面如圖5．1所示第五章系統(tǒng)控制軟第五章系統(tǒng)控制軟件開圖5一lDSP／BIOS配置界Fi舀-1DSP／BIOS斷管理、任務調(diào)度、系統(tǒng)空載任務函數(shù)同步機制(Synchronization)——提供一般操作系統(tǒng)都具有的信號燈、郵箱、隊主機交互接口(Input／Output)——提供DSP實時運行時與主機通過仿真口和芯片支持庫(ChipSupportLibrary)——針對不同的DSP芯片幫助配置DSP設(shè)資源，最常用的有DMA、McBSP的配置DSWBIOS內(nèi)核技DSP／BOS內(nèi)核實質(zhì)上是可以從C源程序或者匯編源程序中調(diào)用的函數(shù)庫，目標應用程序通過在源程序中嵌入相應的APIs調(diào)用從而喚醒DSP／BIOS的運行時刻服務。該對片上定時器和硬件中斷的硬件抽象第五章系統(tǒng)控制軟件第五章系統(tǒng)控制軟件開具體來說，DsP／BIoS調(diào)度組件、輸入／輸出組件和芯片支持庫(CSL)。其中，每類組件或服務又包括數(shù)個功能(1BIOS配置工具提供一個可視編輯器來定義目標應用的全局屬性、系統(tǒng)內(nèi)存象圖、中斷向量表以及對片上定時器進行編程。DSP／BIOSAPI實時分序線程的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。該類服務提供相應的API來完DSP／BIOS調(diào)度器向程序員提供了四種不同的線程類型。每一種線程提供不同的執(zhí)行效果。P／IS支持兩種高優(yōu)先級的中斷線程和一種背景空閑線程WI、WI和L模塊管理這些內(nèi)核執(zhí)行線程。除此之外，DSP／B10S內(nèi)核還提供了一種多任務線程類一同步線程，能夠在它們執(zhí)行的任意點上掛起和重新調(diào)度執(zhí)行。輸入／輸出模設(shè)備無關(guān)的I／0模塊負責管理數(shù)據(jù)的傳輸。P／BIOS數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)管道是小而快速的在讀寫線程之問傳遞數(shù)據(jù)的通用組件。數(shù)據(jù)流在緩沖機制方面提供了更大的靈活性，從而滿足更加廣泛的需求。數(shù)據(jù)流依賴于一個或者多個基礎(chǔ)設(shè)備驅(qū)動程序。PIP和SIO模塊負責管理目標應用程序中的數(shù)據(jù)傳輸。SIO著一個設(shè)備驅(qū)動程序模塊DEV，由該模塊與SIO模塊完成數(shù)據(jù)的流入或流出。對實時分析很關(guān)鍵的是具有在主機和目標應用程序之『白j傳輸數(shù)據(jù)的能力。DSP／IOS還提供了API調(diào)用來管理主機與目標機之間的數(shù)據(jù)傳輸由HST模塊和RTDX模塊管理這些函數(shù)。芯片支持庫芯片支持庫提供了配置和控制片上外圍設(shè)備的c語言接口。該模塊是頂層的模塊。模塊的主要目的是初始化該庫。該配置工具用于對片上外圍設(shè)備進行編程DMA、多通道緩沖串行口(McBSP)DSP／B10s的開發(fā)與應DSP／BIOS是可擴展的組件化的系統(tǒng)服務集，用戶可以對其所使用的組件進行完全控制。當用戶開發(fā)應用程序或者把以前的應用程序?qū)氲紻SP／BIOS時，只選擇用戶應用程序所需要的那些組件即可。并且只有用戶所選擇的那些組件被包含在用戶的目標應DS／B1S一般地，應用程序使用SP／BIOS來配置系統(tǒng)中斷向量表和系統(tǒng)內(nèi)存映像圖。在開發(fā)期間，大多數(shù)丌發(fā)者利用構(gòu)建在DSP／B10S中的實時分析功能來對用戶應用程序運行時刻的行為進行查看或監(jiān)控。此外，人們還利用DP／BIS的調(diào)度器來優(yōu)化和管理處理。每～個應用程序都可以利用DSP／BIOS中的特征或功能。先前的應用程序可以利用DSP／BIOS，以使得向其所支持的TMS320DSP的移植更加容易。DSP／BIOS需要知道幾個全局系統(tǒng)參數(shù)。這些參數(shù)包括DSP設(shè)備、CPU時鐘速度第五章系統(tǒng)控制軟什開進行初始化或者設(shè)第五章系統(tǒng)控制軟什開進行初始化或者設(shè)置，這些絕大多數(shù)的參數(shù)初始化或者設(shè)置都可以通過其配置工 T001)來完成。當然，其中有一些用戶既可以通過配置DSP／BIOSDSP／BIOS應用需要以下幾個步驟：使用配置工具選擇和配置目標應用程序所需的DSP／BIOS運行時刻支持對象使用配置工具指定目標應用程序的線程類型、優(yōu)先級以及激活時所調(diào)用的函數(shù)使用配置工具創(chuàng)建系統(tǒng)內(nèi)存映像圖使用配置工具創(chuàng)建中斷向量表使用配置工具對片上定時器進行編程配置過程結(jié)束后，開發(fā)人員就可以在其程序中像調(diào)用常規(guī)數(shù)據(jù)對象一樣來API，以訪問和操作DSP／BIOS的對象由于DSP／BIOS內(nèi)核含有實現(xiàn)執(zhí)行線程和設(shè)備無關(guān)i／o的許多組件，因此從簡單View)功能和實時分析(RTA)特征，使得開發(fā)人員內(nèi)核對象查看KOV(Kernel把真實算法附加到程序中以前，就能夠快速驗證應用程序的執(zhí)行邏輯。例如，通過利用其實時分析特征功能，設(shè)計師能夠快速地測量使用DSP／BIOS丌發(fā)所帶來的開銷：利用其RTA組件，開發(fā)人員可以對嵌入式應用某一線程在運行時刻的行為或者狀態(tài)進行實時監(jiān)控或者分析：開發(fā)人員能夠使用支持錯誤檢測與通知、數(shù)據(jù)仿真以及實時數(shù)據(jù)捕獲等特征的定制檢測向量來分析所開發(fā)的算法：利用實時數(shù)據(jù)交換(RTDX)特征，丌發(fā)人員還可以在目標應用程序J下在運行時更新參數(shù)和監(jiān)控結(jié)果，從而調(diào)整自己的算法。應用程序邏在接下來的章節(jié)中，我們將會通過激光雕刻切割機系統(tǒng)控制軟件開發(fā)的一些具5．4基于DSP／B10s的激光雕刻切割控制系統(tǒng)軟件開盡管在軟件算法程序的設(shè)計中，我們可以有多種方案可供選擇，可采用的實時操作系統(tǒng)也有好多，但基于開發(fā)難度和項目時間進度的要求，我們最終還是選用了TIDSP／BIOS實時操作系統(tǒng)來進行系統(tǒng)軟件的丌發(fā)。DSP／BIOS專門針對TI的DSP境，通過一系列的對象模塊向丌發(fā)者提供了一個實用優(yōu)秀的實時操作系統(tǒng)。在控制算法的設(shè)計中，有效地提高了軟件的模塊化、并行性和維護性等，有效地降低了系統(tǒng)成本和縮短了丌發(fā)周期。本文中所有的軟件是在CCS(CodeComposerStudio)擴展了基本的代碼產(chǎn)生工具，集成了調(diào)試和實時分析功能。開發(fā)者的一切丌發(fā)過程都是在CCS這個集成環(huán)境下進行的，包括項目的建立、源程序的編輯以及程序的編譯和調(diào)試。本文為了設(shè)計出性能價格比最高的DSP控制系統(tǒng)，盡可能地利用DSP的資源代碼必須非常緊湊效率很高，而完全采用c語言編程一般不能滿足實時性和性價比第五章系統(tǒng)控制軟件大，所以本文使用了C語言和匯編語言混合編程，以C語言為主體，匯編語言以C語第五章系統(tǒng)控制軟件大，所以本文使用了C語言和匯編語言混合編程，以C語言為主體，匯編語言以C語言可以調(diào)用的函數(shù)或內(nèi)聯(lián)代碼的形式出現(xiàn)在整個代碼內(nèi)，使用匯編語言進行優(yōu)化的代碼大概占總代碼的10％左右，但是這1096卻是雕刻機控制算法軟件的核心，占用處理器95％左右的運行時問5．4．11．主程序的執(zhí)行過采用DSP／BIOS后的程序執(zhí)行過程如圖5．2在DSP系統(tǒng)上電之后，程序先由外部FLASH中調(diào)入片內(nèi)RAM。完成上節(jié)講的引(3)調(diào)用main0函main0函數(shù)只用于初始化所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在main上E乜幼始化J硝jIJDSP—initJ謝jIJlainOJ峨{tJBIOs_Start以耵J仆爆圖5- 程序的執(zhí)行過Fi95-2．DSP／BIOS配置文為了使軟件能夠很好的運行于DSP／BIOS操作系統(tǒng)上，必須建立一個擴展名CDB文件對應用程序中用到的對象及對象屬性進行設(shè)置，CCS集成丌發(fā)環(huán)境提供DSP／BIOS配置工具，利用它可以很容易的完成CDB文件的設(shè)計在System中進行系統(tǒng)硬件資源屬性設(shè)置、內(nèi)存分配管理等，在Schedu]ing中成定時器的設(shè)置和管理，周期調(diào)用函數(shù)的管理．硬件中斷和軟件中斷的管理(如第五章系統(tǒng)控制軟什先級)，在CSL中則利用芯片支持庫進行一些片內(nèi)外設(shè)的參數(shù)設(shè)置，如擴展的直接數(shù)據(jù)TmeDCCS的C編譯器編譯結(jié)果是未定位的，亦即沒有第五章系統(tǒng)控制軟什先級)，在CSL中則利用芯片支持庫進行一些片內(nèi)外設(shè)的參數(shù)設(shè)置，如擴展的直接數(shù)據(jù)TmeDCCS的C編譯器編譯結(jié)果是未定位的，亦即沒有對其分配內(nèi)存地址，因此需計一個擴展名為CMD存如何使用，主程序空『日J配置及說明如下：commandfileconfig—laserDri{．boot—／／自舉程柵．Ext．Ext—Dat—}C：＼ti＼c6000＼ndk＼lib＼hal＼evmdm642一l＼hal—一c：＼ti＼c6000＼ndk＼lib＼c6400-一ib＼e6400一C：＼ti＼c6000＼ndk＼lib＼e6400一l＼os．1ib＼ti＼c6000＼ndk＼lib＼c6400-4．頭文較多，需要交互的速度、功率及文件的基本信息比較多。因此我們定義了一個全局的構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體ShowStatus定義如下f／／顯示文／／刪除文／／開始修改／／開始修改／／按下功能SHOWSHOW—DEL—，SHOW—CHG—SPEEDSHOW—CHG—SHOW—SHOW— MANUAL_SPEED，／／修改手動移動的速第五章系統(tǒng)控制軟什開SHOW—CHG—MANUAL—POWER／／第五章系統(tǒng)控制軟什開SHOW—CHG—MANUAL—POWER／／{machineID[20]：／／機床／／端口／／左右方向鍵時每次移動的距／／出光時5．4．2控制系統(tǒng)主要模塊的實采用DsP／B10s操作系統(tǒng)后，雕刻機控制系統(tǒng)軟件要實現(xiàn)的各個功能模塊DSP／BIOS的多任務調(diào)度內(nèi)核的調(diào)度下來完成的／／主循環(huán)線程，主要的工作線程，用來控制所有的動作void{unsignedintTSK—sleep(1／／1．檢查LCD／／2．界面∥點亮：／／關(guān)閉2 SHO崤第五章系統(tǒng)控制軟什開2 ／／main?一／／如果文件信息正確，則根據(jù)第五章系統(tǒng)控制軟什開2 ／／main?一／／如果文件信息正確，則根據(jù)配置的加工速度、能量等參數(shù)，在“加工按鍵的控制下開始加工，主要通過調(diào)用一些定義好的函數(shù)來實idleProcessO；／／}}除此之外系統(tǒng)還包括了一些其他的處理線程，主要有／／人機交互過程處理線程，不處理PER／／讀取系統(tǒng)在理解了這些基本的線程之后，我們知道c語言程序的入口一般是從一個定義的默認的main．c函數(shù)開始執(zhí)行的外，系統(tǒng)的main．c函數(shù)定義如下，／系統(tǒng)主函數(shù)，初始化DSP／BIOS后C程序的入voidmainOvolatileint22g-22／設(shè)置存儲器)在main函數(shù)完成基本的初始化工作之后，控制系統(tǒng)程序的運行就完全在內(nèi)核的調(diào)度機制下運行了。雕刻機的運行則在一系列運動控制加工指令的控制下，并在相應的速度控制算法的控制下，進行雕刻、切割等加工。第八章總結(jié)與第八章總結(jié)與展6．1工作向市場、面向用戶的，涵蓋從設(shè)計、制造、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品維護以至到報廢的整個產(chǎn)品生命周期的集成制造技術(shù)，可以實現(xiàn)快速、靈活、高效、清潔的生產(chǎn)模式，它在未來會在本課題的研究中，我們對激光雕刻切割機的數(shù)控系統(tǒng)進行了全面調(diào)研，對其運動控制技術(shù)進行了深入研究，并針對國內(nèi)運動控制技術(shù)研究起步較晚的現(xiàn)狀，結(jié)合激光雕刻領(lǐng)域的具體需要，緊跟當日U運動控制技術(shù)研究的發(fā)展趨勢，吸收了世界丌放式數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)運動控制技術(shù)的最新成果，采用了P和A較新穎的、功能強大的、具有很大柔性的兩軸多功能運動控制卡。該系統(tǒng)針對當前國內(nèi)激光雕刻切割加工系統(tǒng)中的一些問題，如高速、高精度、運動平穩(wěn)性、實時控制以及多軸聯(lián)動等，提供了行之有效的解決方案，己經(jīng)成功地運用于服裝皮革、廣告工藝、包裝j1系統(tǒng)性能指標的原因作了深入探討與研究：并給出一套獨特的高速激光加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和2、在數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計上，比較了幾種常用的運動控制方案，確定了DS和FPGA相結(jié)0M口，使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率高達lOOMbps，并采用高速PCB板卡。3、采用TIDSP／BIO軟件的模塊化、并行性和維護性等，降低了系統(tǒng)成本和縮短了丌發(fā)周期，并為系統(tǒng)的后4、在系統(tǒng)軟件設(shè)計方面，參考了軟件工程學中所提出的丌發(fā)步驟和注意事項，保障第六章總結(jié)與展種相第六章總結(jié)與展種相應的措施，予以逐一解決，取得良好的效果6．2展通過本課題全面深入的研究，提供了一套符合現(xiàn)代高速激光雕刻切割數(shù)控系統(tǒng)要求的、基于高速DSP和FPOA相結(jié)合的開放式運動控制系統(tǒng)的方案，研制了一款高性能的多功能運動控制卡，并將其成功地運用于激光雕刻切割中，取得了理想的效果。但隨著復雜加工工藝的出現(xiàn)，要使激光雕刻切割機能在最大程度上滿足用戶的實際加工需要，并成為真J下的智能化加工平臺，對激光加工技術(shù)和高速激光雕刻切割系統(tǒng)的研究還有著很多的工作要做，還有很多地方需要進一步完善?；诋斍暗难芯亢蛯す饧庸ば袠I(yè)的了解，筆者認為高速激光雕刻切割系統(tǒng)將朝以下幾個方向發(fā)展高速、高精度控制的實現(xiàn)依賴于更為復雜先進的控制算法的使用，而這只有高性能的DSP、32位ARM微處理器和高性能FPGA等芯片協(xié)作運行才能滿足復雜控制算法的DSP2、開放式智能系統(tǒng)的研究方興未艾，遠程故障診斷技術(shù)、智能化一體化操未來的激光數(shù)控加工系統(tǒng)一個重要的發(fā)展方向3、隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和EDA技術(shù)的迅速發(fā)展，片上系統(tǒng)oilfl的時代已經(jīng)到來。這種片上系統(tǒng)可以將CPU／DSP內(nèi)的電子系統(tǒng)集成到一個芯片上，實現(xiàn)更高的集成度和系統(tǒng)性能，因此，使用結(jié)構(gòu)更為先進、資源更加豐富、性能更為優(yōu)良的微處理器系統(tǒng)進行運動控制電路設(shè)計，將是重要[3]俞巧云等，《基丁二并口的微步進電機控制系統(tǒng)》[J]，白動化與儀表，第16卷[4]北‘文泰雕刻輸出操作手冊》[5]HouLantian，F(xiàn)uGermani∞D(zhuǎn)ioxideHollorCoreC02Laser．Sciencein[3]俞巧云等，《基丁二并口的微步進電機控制系統(tǒng)》[J]，白動化與儀表，第16卷[4]北‘文泰雕刻輸出操作手冊》[5]HouLantian，F(xiàn)uGermani∞D(zhuǎn)ioxideHollorCoreC02Laser．ScienceinChinaA，1995。386：749—王家金 《激光加，I：技術(shù)》[M]，中國計齡出版社，1992．1l。[10]趙學民，李適民，等。1500W軸快流C02激光器電源系統(tǒng)[J]。激光雜志20(6)：7．9。[11]謝鋒、劉正士，先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢分析[J]，組合機床與自動化加工技術(shù)[12]r手永章等，機床的數(shù)字控制技術(shù)[M]，哈爾濱INl戴曉華等，開放式數(shù)控系統(tǒng)研究綜述[J李俊，步進電機的運動控制系統(tǒng)及其應Hj【J]，微特電機[24]彭韜、周學才，基于國產(chǎn)MCT8000運動控制R的開放式結(jié)構(gòu)機器人控制系統(tǒng)[J]，制造業(yè)白theandC02[25]HouLantian．SunLoss