基于C8051和μC-OS-Ⅱ的数控机床嵌入式执行控制器实现.doc
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1、基于C8051和C/OS-的数控机床嵌入式执行控制器实现在数控机床系统中,功能模块可分为两大部分:一部分是实时性要求不高的功能,例如人机界面交互管理等;另一部分是实时性要求高的功能,主要有伺服控制、插补计算等。根据这一特点,该系统采用两级控制结构,利用 IPC丰富的软件资源,提供图形化的人机交互环境;利用嵌入式执行控制器的高实时性和稳定性,实现快速、可靠的控制,充分发挥了二者的优点。两级之间用串行口进行实时通信。本文主要介绍嵌入式执行控制器的实现。1 数控机床系统硬件结构数控机床系统硬件结构如图1所示,IPC作为上位机,安装有专用软件,实现人机交互;C8051020芯片及其外围电路构成的嵌入式
2、执行控制器作为下位机,负责实时、可靠的控制。执行控制器通过串行口接收上位机的命令信息(包括:插补命令、开关量控制命令),再将这些信息转换成控制信号输送给相应的执行部件。例如,将插补命令转换成一连串的插补信号,输送给电机控制部件;将开关量控制命令转换成输出信号,通过IO驱动隔离接口板输送给相应的开关控制器。执行控制器同时还有2个检测任务:一个是刀具是否运动到各轴限位点的检测,另一个是间隙电压的检测。这两个信息将为运动时的自动调节控制提供依据。执行控制器还负责将运行中的状态信息组装成帧,实时地传送给上位机。2 COS-在C8051F020上的移植要使用COS-,首先就必须把这个内核成功地移植到C8
3、05lF020上。COS-的移植主要是对OS_CPUH,OS_CPU_AASM和OS_CPU_ CC三个文件进行修改,下面就具体的修改内容做介绍。21 OS_CPUH文件的修改OS_CPUH包括了用#define定义的与处理器相关的常量、宏和类型定义。其中,需要修改的部分如下:22 OS_CPU_AASM文件的修改该文件包含4个汇编语言函数。(1)OSStartHighRdy()函数在多任务系统启动函数OSStart()中调用。作用是设置系统运行标志位OSRunning=TRUE;将就绪表中最高优先级任务的栈指针Load到SP中,并强制中断返回。(2)OSCtxSw()函数是在任务级切换函数中
4、调用的。作用是保存当前任务的环境变量,将当前SP存入任务TCB中,载入就绪最高优先级任务的SP,恢复就绪最高优先级任务的环境变量,中断返回。这样就完成了任务级的切换。(3)OSIntCtxSw()在退出中断服务函数OSIntExit()中调用。作用是实现中断级任务切换。(4)OSTIcklSR()系统时钟节拍中断服务函数,其周期的大小决定了内核所能给应用系统提供的最小时间间隔服务。该中断由C8051F020的TO定时器完成,设置定时时间为20 ms。修改代码如下:其中:TOVAL是16位定时器T0的时间常数,该系统采用25 MHz的外接晶振,模式1(16位)定时。23 OS_CPU_CC文件的
5、修改该文件中定义10个C函数,如下:其中,最重要的是OSTaskStklnit(),它的作用是初始化堆栈,返回堆栈的最低地址、堆栈的长度,方便汇编语言实现任务的切换。其他9个函数是暂无具体功能,其功能可以根据需要在系统内核扩展时添加。3 基于COS-的数控机床系统设计31 执行控制器的软件结构如图2所示,系统总体分为3个功能块,即:与IPC的通信、命令解释和命令执行。其中,通信有发送和接收两方面内容;命令解释时,直接执行开关量控制命令;命令执行中,需要进行插补计算、检测间隙电压和限位开关状态及加工监测。32 任务划分及其优先级的确足(1)发送任务嵌入式执行控制器发送给IPC的信息有2种:联络信
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