嵌入式数控系统设计.doc

1、目录1 引言32 设计内容33 程序框图44 核心元件的功能65 功能实现136. 功能实现步骤177 程序清单23数控课设嵌入式系统，是近年来发展很快的计算机方面的学科方向，并迅速渗透到控制、自动化、仪器仪表等学科。嵌入式方向包括了软硬件协同设计、嵌入式体系结构、实时操作系统、嵌入式产品设计等方面的知识，大于当代大学生，更需要掌握嵌入式系统设计的典型开发工具和开发核心技术。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。随着时代的发展，数字化控制无疑是人们追求的目标之一，它给人们带来的方便也是不可否定的，其中数字控制器电路就是一个典型的例子，它在信息、

2、电子、物流等许多领域都有广泛的应用。随着人们对它的要求越来越高，为现代人工作、科研、生活提供更好、更方便的设施，因此对它的研究也越来越多。设计内容：开环数控系统1. 以LPC2000处理器构造数控系统并用Proteus仿真。采用2个4相8拍步进电机分别控制X和Y轴进给。分别用4个GPIO引脚通过软件编程实现环形分配器功能；2. 设计人机操作界面（键盘、LCD显示器）。在键盘输入数控程序，实现平面直线和圆弧图形加工。3. 设计译码程序，把数控程序命令和参数存入内存（数据结构或变量）；4. 按照脉冲当量计算X和Y轴步进电机的坐标脉冲；5. 采用逐点比较法编写进给插补程序得到X和Y轴的进给脉冲并通过

3、GPIO环形分配器输出，经过信号功率放大后驱动相应步进电机运动。6. 在LCD显示器显示X和Y轴进给运动图形、速度等。7. 通过键盘输入辅助操作命令，由GPIO管脚输出给LED指示灯显示。初始化Next键按下？将R0R3置低电平检测按键并转换成应的值中断发生（Key_flag=1）？按键是否为确定键？清理Lcd屏幕并显示坐标轴转换后的值赋给数组中的一个元素执行operate程序将数组number清零将之前按下的键代表的字符显示一遍在终端和lcd显示所键入的字符Number数组指向下一个元素结束输入为G01?G02?G03?Operate程序调用check_g程序调用check_x、 check

4、_y、check_x1、check_y、check_f 程序调用check_x、 check_y、check_f程序调用check_x、 check_y、check_x1、check_y、check_f 程序调用G02程序调用G01程序调用G03程序核心元件的功能1. LPC2114概述LPC2114是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU的微控制器，并带有128/256 k字节(kB)嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过

5、30%，而性能的损失却很小。 由于LPC2114/2124/2212/2214较小的64和144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC或8路10位ADC（64脚和144脚封装）以及多达9个外部中断使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和POS机。 在64脚的封装中，最多可使用46个GPIO。在144脚的封装中，可使用的GPIO高达76（使用了外部存储器）112个（单片应用）。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软modern以及其它各种类型的应用。 特性 􀁺16/32位64/144脚ARM7TDMI-S微控制器。

6、􀁺16K字节静态RAM。 􀁺128/256K字节片内Flash程序存储器（在工作温度范围内，片内Flash存储器至少可擦除和写10,000次）。128位宽度接口/加速器实现高达60MHz的操作频率。 􀁺外部8、16或32位总线（144脚封装）。 􀁺片内Boot装载程序实现在系统编程（ISP）和在应用中编程（IAP）。Flash编程时间：1ms可编程512字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms。 􀁺EmbeddedICE-RT接口使能断点和观察点。当前台任务使用片内RealMonitor软件调试时，中断服务

7、程序可继续执行。 􀁺嵌入式跟踪宏单元（ETM）支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪。 􀁺4/8路（64/144脚封装）10位A/D转换器，转换时间低至2.44us。 􀁺2个32位定时器（带4路捕获和4路比较通道）、PWM单元（6路输出）、实时时钟和看门狗。 􀁺多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口（400 kbit/s）和2个SPI接口。 􀁺通过片内PLL可实现最大为60MHz的 CPU操作频率。 􀁺向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。 𙦥

8、8;多达46个（64脚封装）或112个（144脚封装）通用I/O口（可承受5V电压），12个独立外部中断引脚（EIN和CAP功能）。 􀁺片内晶振频率范围：130 MHz。 􀁺2个低功耗模式：空闲和掉电。 􀁺通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。 􀁺可通过个别使能/禁止外部功能来优化功耗。 􀁺双电源 CPU操作电压范围：1.651.95 V(1.8 V+/ 8.3%) I/O操作电压范围：3.03.6 V(3.3 V+/ 10%)2. 12864液晶显示AMPIRE 128X64显示器1. LCD接口液晶显

9、示器件【3】（LCD）独具的低压、微功耗特性使他在单片机系统中得到了广泛的应用，常用的液晶显示模块分为数显液晶模块、点阵字符液晶模块和点阵图形液晶模块，其中图形液晶模块在我国应用较为广泛，因为汉字不能像西文字符那样用字符模块即可显示，要想显示汉字必须用图形模块。本课设所选择的LCD是AMPIRE12864的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，图形液晶显示显示器接口如图3-1所示。 图3-1 LCD电路图56 表3.1 AMPIRE12864接口说明表管脚号 管脚 电平 说明 1CS1H/L 片选择信号，低电平时选择前64列2CS2H/L片选择信号，低电平时选择后64列3GND0V 逻辑电

10、源地4VCC 5.0V 逻辑电源正5V0 LCD驱动电压，应用时在VEE与V0之间加一2K可调电阻6RSH/L 数据指令选择：高电平：数据D0-D7将送入显示RAM； 低电平：数据D0-D7将送入指令寄存器执行7R/WH/L 读写选择： 高电平：读数据；低电平：写数据8E H/L 读写使能，高电平有效，下降沿锁定数据9DB0H/L 数据输入输出引脚10DB1H/L 数据输入输出引脚11DB2H/L 数据输入输出引脚12DB3H/L 数据输入输出引脚13DB4 H/L数据输入输出引脚14DB5H/L数据输入输出引脚15DB6H/L数据输入输出引脚16DB7H/L数据输入输出引脚17RSTL复位信

11、号，低电平有效18VOUT-10VLCD驱动电源2. 指令描述 （1） 显示开/关设置LLLLHHHHHH/LCODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 功能：设置屏幕显示开/关。 DB0=H，开显示；DB0=L，关显示。不影响显示RAM(DD RAM)中的内容。 （2） 设置显示起始行 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0LLHH行地址（063）功能：执行该命令后，所设置的行将显示在屏幕的第一行。显示起始行是由Z地址计数器控制的，该命令自动将A0-A5位地址送入Z地址计数器，起始地址可以是0-63范

12、围内任意一行。Z地址计数器具有循环计数功能，用于显示行扫描同步，当扫描完一行后自动加一。（3） 设置页地址 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 LLHLHHH页地址（07）功能：执行本指令后，下面的读写操作将在指定页内，直到重新设置。地址就是DD RAM 的行地址，页地址存储在X地址计数器中，A2-A0可表示8页，读写数据对页地址没有影响，除本指令可改变页地址外，复位信号(RST)可把页地址计数器内容清零。DDRAM地址映像表如表3.2所示。 表3.2 RAM地址映像表 Y 地址 0 1 2 61 62 63 DB0 PAGE0 DB7 X=

13、0 DB0 PAGE1 DB7 X=1 DB0 PAGE6 DB7 X=6 DB0 PAGE7 DB7 X=7 （4） 设置列地址 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0LLLH列地址（063） 功能：DDRAM 的列地址存储在Y地址计数器中，读写数据对列地址有影响在对DDRAM进行读写操作后，Y地址自动加一。 （5）状态检测 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0HLBFLON/OFF RST LLLL功能：读忙信号标志位(BF)、复位标志位(RST)以及显示状态位(ON/OFF)。BF=H：内部

14、正在执行操作； BF=L：空闲状态。RST=H：正处于复位初始化状态； RST=L：正常状态。ON/OFF=H：表示显示关闭； ON/OFF=L：表示显示开。（6）写显示数据 CODE：R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0L HD7D6D5D4D3D2D1D0功能：写数据到DDRAM，DDRAM是存储图形显示数据的，写指令执行后Y地址计数器自动加1。D7-D0位数据为1表示显示，数据为0表示不显示。写数据到DD RAM前，要先执行“设置页地址”及“设置列地址”命令。（7）读显示数据 CODE： R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2

15、 DB1 DB0HHD7D6D5D4D3D2D1D0基本操作时序： 读状态：输入：RS=L,R/W=H,CS1 或CS2=H,E=H 输出：D0D7=状态字 写指令：输入：RS=L,R/W=L,D0D7=指令码,CS1或CS2=H,E=高脉冲输出：无 读数据：输入：RS=H,R/W=H,CS1 或CS2=H,E=H 输出：D0D7=数据 写数据：输入：RS=H,R/W=L,D0D7=数据,CS1 或CS2=H,E=高脉冲 输出：无由RAM 地址映射表可知LCD 显示屏由两片控制器控制，分别用CS1和CS2控制。每个内部带有64X64 位（512字节）的RAM 缓冲区，对应关系如图3-2所示。L

16、CD 128*64点 IC18页*64列64*64点IC28页*64列64*64点 图3-2 LCD地址映射图整个屏幕分左、右两个屏，每个半屏右8页，每页有8行，注意数据是竖行排列，如表3.2。显示一个字要16*16点，全屏有128*64个点，故可显示32个中文汉字。每两页显示一行汉字，可显示4行汉字，每行8个汉字，共32个汉字。而显示数据需要16*8个点，可显示数据是汉字的两陪。屏幕是通过CS1、CS2两信号来控制的，不同的组合方式所选的屏幕是不同的，对应关系如表3.3所示。表3.3 屏幕选择表 CS1 CS2 选屏 0 0 全屏 0 1 左屏 1 0 右屏 1 1 不选（8）操作 设定开始

17、页地址和列地址； 设定读写模式，进行读写操作。 只有理解了液晶显示器各个指令【4】的功能，再结合单片机的指令系统，就能编写C语言程序来达到混合显示汉字与数字的目的。通过程序将字的代码写入相应的DDRAM地址，就可以再相应的位置显示相应的字。3. 汉字字模提取液晶显示器件（LCD）独具的低压、微功耗特性使他在单片机系统中得到了广泛的应用，常用的液晶显示模块分为数显液晶模块、点阵字符液晶模块和点阵图形液晶模块，其中图形液晶模块在我国应用较为广泛，因为汉字不能象西文字符那样用字符模块即可显示，要想显示汉字必须用图形模块。液晶模块显示汉字方法：使用图形液晶模块以点阵形式来显示汉字和图形，每8个点组成1

18、个字节，每个点用一个二进制位表示，存1的点显示时在屏上显示一个亮点，存0的点则在屏上不显示，最常用的1616的汉字点阵由32个字节组成。以在我国应用较为普及的液晶显示驱动控制器12864为例，在液晶屏上竖向8个点为1个字节数据，通过字模提取软件按照先左后右，先上后下的方式对汉字进行字模提取。 D0 . D7 上一页下一页 图3-3 字提取方格由于D0-D7是从上到下排列的，最上面8行是上一页，我们先提取上面一页的数据16个，在按照相同的方法提取下一页的数据16个，在分别写入对应的DDRAM地址，就可以显示我们所需要的字。简单的字可手工制作，也可以用起模软件zimo221【5】提取标准的宋体汉字

19、，不过本文所用的液晶显示屏用这款软件要设计纵向取模并且要反字节，否则将显示乱码。数字只需起汉字的一半数据就可以了，如图3-3所示的左边8列或者右边8列。4 G代码译码G01 直线差补，G02 顺圆差补，G03 逆圆差补功能实现1各部分模块1字符取模软件2显示电机圈数的led显示灯3电机4液晶5键盘6串口7控制按键Next:下一步Clear:清除已画差补线Continuous:单步/连接功能键Save:保存键功能实现步骤1运行2按next3按next4按键盘输入代码（第一次输入代码要先按确定再按两按next再输入代码），代码格式：G01 X127 Y63 F300G02 X1 0 Y1 60 X

20、2 60 Y2 0 F300G03 X1 60 Y1 0 X2 0 Y2 60 F300按确定开始执行程序输出执行的代码显示轨迹显示电机工作的圈数，度数执行完按save保存代码显示保存的代码及代号保存后按clear清除轨迹元代码G04G09可读取出保存的代码对应代号G04-1；G05-2；G09-6。显示读出来的代码：Continous可控制单步执行查看运动轨迹程序清单Funs.h /头文件#define _FUNS_H#define_FUNS_Htypedef unsigned char uint8; /* ?8? */typedef signed char int8; /* ?8? */t

21、ypedef unsigned short uint16; /* ?16? */typedef signed short int16; /* ?16? */typedef unsigned int uint32; /* ?32? */typedef signed int int32; /* ?32? */typedef float fp32; /* ?(32?) */typedef double fp64;/*LCD*/#define LCD_DATA(0xff19)#define CS1(131)#define CS2(130)#define RS(129)#define RW(128)#d

22、efine EN(127)#define PI 3.1415926#define ENTER (117)/*/#defineFpclk(volatile unsigned long)0x00BEBC20#define Fcclk(volatile unsigned long)0x02FAF080/*/ #defineUART_BPS9600/*var*/uint8 real_row,real_key,key_flag,i,key_null;uint8 number40= , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,;uint8 button_number16=

23、49,50,51,F,52,53,54,X,55,56,57,Y,32,48,O,G;/键盘的数值/G,0,1, ,X,1,0,0, ,Y,5,0, ,F,3,0,0, , , uint8 number_test40=15,13,0,12,7,0,13,13,12,11,1,13,12,3,2,13,13,12;uint8 number_test_g240=15,13,1,12,7,0,12,13,13,12,11,0,12,5,13,12,7,1,12,5,13,12,11,1,12,13,13,12,3,2,13,13,12;/G,0,2, ,X,1, , 0, 0, , Y,1, ,5,

24、 0 , ,X,2, ,5,0 , ,Y ,2, ,0 ,0, ,F,3,0 ,0 , ,uint32 num=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0x7c; /用于LED灯的显示uint32 select=0x0,0xe,0xd,0xb,0x7; /用于led的显示uint8 motor_p8=0xa,0x8,0x9,0x1,0x5,0x4,0x6,0x02;uint8 motor_r8=0x6,0x4,0x5,0x1,0x9,0x8,0xa,0x2;uint8 k_p,k_r,j_p,j_r;uint8 c_z20=

25、 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,;int8 str=The value is out of range,so set y=63. r;/*funtions*/void wait_next(void); /void wait_clear(void); /void wait_continus(void); /void G01(uint16 x,uint16 y,uint16 f); /void G03(uint16 x1,uint16 y1,uint16 x2,uint16 y2,uint16 f); /void G02(uint16 x1,uint

26、16 y1,uint16 x2,uint16 y2,uint16 f); /void key_init(void); /uint8 row_scan(void); /uint8 key_scan(void); /uint8 key_scan(void); /void key_irq(void) _irq;/uint16 check_g(uint8 a40); /uint16 check_x(uint8 a40); /uint16 check_y(uint8 a40); /uint16 check_f(uint8 a40); /uint16 check_x1(uint8 a40); /uint1

27、6 check_x2(uint8 a40); /uint16 check_y1(uint8 a40); /uint16 check_y2(uint8 a40); /void operate(uint8 a40); /void clear_number(uint8 a40); /void delay(uint32 i);void IO_set(void);void read_busy(void);uint8 read_data(void);void write_LCD_command(uint8 value);void write_LCD_data(uint8 value);void set_p

28、age(uint8 page);/设置页void set_line(uint8 startline);void set_column(uint8 column) ;void set_on_off(uint8 onoff) ;void selectscreen(uint8 screen);void clearscreen(uint8 screen);void test_screen(void);void lcd_init(void);void set_xy(uint8 x,uint8 y);/设置液晶里面的地址void draw_dot(uint8 x,uint8 y);/画点/void dra

29、w_line(uint8 x1,uint8 y1,uint8 x2,uint8 y2);void draw_line_z(uint8 x1,uint8 y1,uint8 x2,uint8 y2);void draw_clock(uint8 rox,uint8 roy,uint8 r);void display_dama(uint8 z,uint8 b8*16);void show_dama(uint8 n_i,uint8 n_r);void displlay_bmp(uint8 a8*128);void display_word(uint8 ch,uint8 page,uint8 column

30、,uint8 b16*16);void display_number(uint8 r_l,uint8 page,uint8 column,uint8 b);void show_name(void);void show_coord(void);void DelayMs(int z);void motor_int(void);void motor_x_p(void);void motor_x_r(void) ;void motor_y_r(void) ;void motor_y_p(void);void UART_INIT(void);void UART0_SendByte(uint8 data)

31、;uint8 UART0_RcvByte(void);void show_init(void);void show_led(uint8 data,uint8 bit);void show_x_y(uint8 x,uint8 y);void led_int(void);void led_show_x(uint8 x);void led_show_y(uint8 y);/*funtions*/*LCD12864.c*/uint8 x_y_data8*128=/*LCD12864,=128x64*/ /坐标图0xF7,0x08,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

32、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

33、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xDE,0

34、x21,0x21,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

35、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

36、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x7B,0x84,0x84,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

37、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

38、x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xEF,0x10,0x10,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0

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