在數(shù)字控制的研究中經(jīng)常需要檢測多軸驅(qū)動器輸出脈沖以了解算法插補脈沖運動軌跡及其三者之間的關(guān)系采用普通示波器雖然可以查看脈沖但由于多數(shù)示波器是基于兩軸設(shè)計的對三軸和多軸的情況進行觀察時操作很不方便并且不能反映出脈沖和運動軌跡之間的關(guān)系此外在數(shù)控人才培訓(xùn)的過程中初學(xué)者通過軌跡仿真這一過程來理解和分析整個機床各機構(gòu)的工作原理具有一定的困難要再進一步分析插補脈沖和機床運動之間的關(guān)系難度更大

圖示儀介紹

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)以采用NXP公司的ARM7 LPC2136高速處理器作為核心處理硬件該處理器體積少功耗低價格便宜性能較高I/O資源豐富運算速度滿足系統(tǒng)需求根據(jù)功能的設(shè)計要求系統(tǒng)的硬件組成劃分為面板控制模塊液晶顯示模塊核心處理單元和運動控制模塊4大部分

面板控制模塊是由電位器琴鍵開關(guān)和扭置開關(guān)等組成的簡單電路供使用者進行輸入設(shè)置和調(diào)整ARM處理器通過A/D采樣和電平檢測獲取電位器分擔(dān)的電壓和各個開關(guān)的狀態(tài)從而獲取輸入信息之后根據(jù)輸入信息處理及時調(diào)整液晶屏幕上的顯示實現(xiàn)示波調(diào)整和觀測內(nèi)容切換的功能液晶顯示模塊采用的是金鵬電子生產(chǎn)的OCM 128×128液晶顯示屏其成本低體積小信號處理簡單驅(qū)動技術(shù)成熟十分適合本系統(tǒng)的應(yīng)用液晶屏的地址和數(shù)據(jù)共用數(shù)據(jù)總線通過專用端口如 C/DCERDWR等控制數(shù)據(jù)和命令的輸入與輸出其接口關(guān)系和時序簡單明確在ARM處理器上編寫驅(qū)動程序十分簡單運動控制模塊基于專用運動控制芯片MCX314它擁有4軸xyzμ軸驅(qū)動能力MCX314芯片向步進電動機驅(qū)動器輸出高低電平來控制電機的轉(zhuǎn)動方向輸出變頻脈沖信號來控制電機的轉(zhuǎn)速在一定的頻率范圍內(nèi)芯片輸出脈沖頻率越高電機的轉(zhuǎn)速越高ARM處理器對MCX314的輸出脈沖進行捕獲獲取脈沖的時延準(zhǔn)確測得各軸的頻率值再通過軟件算法將插補脈沖與刀具的運動速度和運動方向結(jié)合起來產(chǎn)生運動軌跡數(shù)據(jù)通過顯示器模擬出來從而直觀地顯示出脈沖插補和運動軌跡的對應(yīng)關(guān)系達(dá)到預(yù)期的實驗效果

系統(tǒng)的具體實現(xiàn)上MCX314輸出的信號分別為方向信號高低電平和脈沖信號PP代表脈沖PM代表方向zyz分別對應(yīng)各方向軸液晶屏采用 I/O方式驅(qū)動ARM處理器由P0．12～PO．15端口輸出控制信號由P0．16～P0．23端口寫入或讀取數(shù)據(jù)顯示波形的縱向增益橫向增益觸發(fā)電平及波形的擴展分別通過4個不同的電位器控制ARM處理器對電位器上的電壓進行A/D采樣獲取輸入信息另外還設(shè)計了脈沖特性和電壓測試以擴展該數(shù)字圖示儀的應(yīng)用場合

軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)由運行在實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ上的兩個任務(wù)和獨立于操作系統(tǒng)的一個中斷服務(wù)程序組成顯示更新任務(wù)負(fù)責(zé)將傳人數(shù)據(jù)以圖形方式及時準(zhǔn)確地顯示在顯示屏上操作檢測任務(wù)負(fù)責(zé)將外界各項操作的電平信號轉(zhuǎn)換為一定格式的數(shù)據(jù)傳遞給操作系統(tǒng)的其他任務(wù)以便下一步處理脈沖捕獲中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)計算運動控制芯片發(fā)送的脈沖頻率并檢測方向電平的狀態(tài)確定電機轉(zhuǎn)動方向

1顯示更新任務(wù)該任務(wù)啟動后將檢測更新信號是否到來若信號沒有到來操作系統(tǒng)將其從運行狀態(tài)轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)若更新信號到來程序從郵箱中取出中斷服務(wù)程序發(fā)送的各軸計數(shù)值或操作檢測任務(wù)發(fā)送的顯示設(shè)置信息經(jīng)換算和比較后選定頻率最高的軸作為基準(zhǔn)將其與另外兩個軸的脈沖一同顯示在脈沖顯示區(qū)中并以正負(fù)號的方式在屏幕的方向標(biāo)志區(qū)上指示出各軸的運動方向隨后再根據(jù)頻率值f和步進電機在單個脈沖下驅(qū)動刀具直線運動的距離l計算出實際速度按照一定比例N衰減后得到顯示屏上的各軸運動速度v=fl/N和行進距離s=vt進而繪制出刀具各軸向的大致行走情況

2操作檢測任務(wù)該任務(wù)啟動后將定時進行A/D采樣和I/O電平檢測并與上次結(jié)果進行對比如果電位器的電位發(fā)生較大的變化或功能選擇的I/O電平發(fā)生變化時就將變換值以約定好的數(shù)據(jù)形式通過郵箱發(fā)送給顯示更新任務(wù)并發(fā)送更新信號量通知顯示更新任務(wù)刷新顯示屏

3信號捕獲中斷服務(wù)程序

發(fā)生中斷后首先判斷是哪一個軸產(chǎn)生的中斷然后將計數(shù)值存放在相應(yīng)的變量中并清除計時器的值接著讀取方向信號的電平在與上一次的計時數(shù)值比較后如果相同則說明機床在做直線運動不需要刷新顯示屏程序返回如果計數(shù)值或電平發(fā)生了變化則通過郵箱向更新任務(wù)發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)然后發(fā)送信號量通知屏幕刷新