基于ARM的數(shù)控算法圖示儀設(shè)計(jì)

(1)顯示更新任務(wù)：流程如圖3所示。該任務(wù)啟動(dòng)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(yùn)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(jì)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(gè)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(yùn)動(dòng)方向。隨后再根據(jù)頻率值f和步進(jìn)電機(jī)在單個(gè)脈沖下驅(qū)動(dòng)刀具直線運(yùn)動(dòng)的距離l計(jì)算出實(shí)際速度，按照一定比例N衰減后得到顯示屏上的各軸運(yùn)動(dòng)速度v=fl／N和行進(jìn)距離s=vt，進(jìn)而繪制出刀具各軸向的大致行走情況。

(2)操作檢測任務(wù)：流程如圖4所示。該任務(wù)啟動(dòng)后將定時(shí)進(jìn)行A／D采樣和I／O電平檢測，并與上次結(jié)果進(jìn)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(shí)，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：流程如圖5所示。

發(fā)生中斷后首先判斷是哪一個(gè)軸產(chǎn)生的中斷，然后將計(jì)數(shù)值存放在相應(yīng)的變量中，并清除計(jì)時(shí)器的值，接著讀取方向信號的電平。在與上一次的計(jì)時(shí)數(shù)值比較后，如果相同，則說明機(jī)床在做直線運(yùn)動(dòng)，不需要刷新顯示屏，程序返回；如果計(jì)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。

3 系統(tǒng)測試與應(yīng)用
經(jīng)測試，該系統(tǒng)在最高脈沖頻率為200 kHz的運(yùn)動(dòng)控制芯片驅(qū)動(dòng)下能夠正常顯示各軸脈沖的比例關(guān)系和相應(yīng)的頻率值，并能準(zhǔn)確地描繪出如直線、簡單曲線和基本弧形等加工軌跡。圖示儀的最大響應(yīng)延時(shí)約為30 ms，基本上能滿足設(shè)計(jì)要求。
圖6是驅(qū)動(dòng)器最高脈沖頻率為20 kHz下加工弧形時(shí)繪制的圖形。圖中弧形約占5π／8，橫軸和縱軸的速度比約為2：1。在驅(qū)動(dòng)器允許范圍內(nèi)，頻率表與速度成正比，即頻率比也約為2：1。圖中測試值基本符合理論值。

該系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，教學(xué)中，取得了較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，學(xué)生反應(yīng)良好。

4 結(jié) 話
在此著重介紹了基于ARM的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)字圖示儀的設(shè)計(jì)，分別從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面描述了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。它通過較低的成本，解決了數(shù)控研究和教學(xué)過程中分析插補(bǔ)算法、插補(bǔ)脈沖和刀具運(yùn)動(dòng)軌跡三者間關(guān)系的困難問題，在教學(xué)實(shí)用性上效果明顯。