基于ARM的數(shù)控算法圖示儀設(shè)計

(1)顯示更新任務(wù)：流程如圖3所示。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，將其與另外兩個軸的脈沖一同顯示在脈沖顯示區(qū)中，并以正負號的方式在屏幕的方向標志區(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)：流程如圖4所示。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：流程如圖5所示。

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。

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的運動控制芯片驅(qū)動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)延時約為30 ms，基本上能滿足設(shè)計要求。
圖6是驅(qū)動器最高脈沖頻率為20 kHz下加工弧形時繪制的圖形。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)控機床實驗系統(tǒng)，教學中，取得了較好的實驗教學效果，學生反應(yīng)良好。

4 結(jié) 話
在此著重介紹了基于ARM的運動軌跡數(shù)字圖示儀的設(shè)計，分別從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面描述了系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。它通過較低的成本，解決了數(shù)控研究和教學過程中分析插補算法、插補脈沖和刀具運動軌跡三者間關(guān)系的困難問題，在教學實用性上效果明顯。