基于ARM的嵌入式数控车床控制系统的开发djtk.docx

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1、中图分类类号：TTP2773 TTP3991论文文编号：102287005099-01167学科分类类号：00802202硕士学位位论文基于ARRM的嵌入式式车床数控控系统研究与开开发研究生姓姓名杨军学科、专专业机械械电子工工程研究方向向机电控控制工程程指导教师师游有鹏鹏 教授授南京航空空航天大大学研究生院院 机机电学院院二八八年十二二月NanjjinggUniiverrsitty oof AAeroonauuticcs aand AsttronnautticssThe GraaduaateSSchooolColllegee off Meechaaniccalaand Eleectrricaa

2、l EEngiineeerinngReseearcch oof EEmbeededd CNNC ffor LatthessBaseed oon AARMA Thhesiis iinMechhaniicall EnnginneerringgByYanggJunnAdviisedd byyProff. YYou YouupenngSubmmittted in Parrtiaal FFulffilllmenntof tthe Reqquirremeentssfor thee Deegreee oofMastter of EnggineeeriingDec. 20008承诺书本人郑重重声明：所呈交交的

3、学位位论文，是是本人在在导师指指导下，独独立进行行研究工工作所取取得的成成果。尽尽我所知知，除文文中已经经注明引引用的内内容外，本本学位论论文的研研究成果果不包含含任何他他人享有有著作权权的内容容。对本本论文所所涉及的的研究工工作做出出贡献的的其他个个人和集集体，均均已在文文中以明明确方式式标明。本人授权权南京航航空航天天大学可可以有权权保留送送交论文文的复印印件，允允许论文文被查阅阅和借阅阅,可以以将学位位论文的的全部或或部分内内容编入入有关数数据库进进行检索索，可以以采用影影印、缩缩印或其其他复制制手段保保存论文文。(保密的的学位论论文在解解密后适适用本承承诺书)作者签名名：日 期：南京航

4、空航天大学硕士学位论文摘 要传统的中中、低档档数控车车床在结结构上往往往采用用8/116位单单片机加加精插补补器，以以获得较较高的性性价比。随随着嵌入入式系统统的迅速速发展，高高性能的的32位位CPUU已经普普及，以以ARMM为代表表的322位微处处理器速速度快、功能强强、价格低低，完全全可以开发发出具有有更高性性价比的的嵌入式式数控系统统。本文旨旨在研究究和设计计一种基于AARM77的嵌入入式数控控车床控控制系统统。本文首先先通过对对嵌入式式技术和和数控技技术的全全面分析析，选择择确定了了车床嵌嵌入式数数控系统统的软硬硬件平台台。硬件件平台以以ARMM7系列列微处理理器LPPC22220为为

5、核心，基基于可编编程逻辑辑器件CCPLDD实现精精插补器器，并配配以必要要的外围围电路。软软件平台台以源代代码公开开的C/OOS-实时操操作系统统为基础础，开发发系统所所需的驱驱动程序序和应用用软件。规划设计计了基于于C/OOS-的车床数数控系统统控制任任务划分分以及各各任务模模块间的的通讯协协调机制制。控制制任务划划分为77个：主主控、液液晶显示示、文件系系统服务务、数控控程序解解释、速速度处理理、插补补和逻辑辑控制；利用C/OOS-提供的的邮箱、信信号量等等服务机制制，有效效实现了了任务与与任务、任务与与中断之之间的通通信与同同步。此外，本本文还研研究了系系统程序序解释的的实现方方法。首首

6、先，基基于有限状态机机（DFFA）的的分析策策略构造造了数控控程序解解释的词词法分析析器，把把程序的的字符流流转换为为内部标标记流，然然后对程程序进行行语法和和语义分分析，最最后翻译译成速度度处理和和逻辑控控制所需需要的数数据结构构。重点点分析了了子程序序调用和和返回的的机制及及其实现现方法。最后，介介绍了系系统的软软硬件开开发工具具和调试试方法。软软硬件测测试表明明，该嵌嵌入式车车床数控控系统可满满足预期期目标。关键词：嵌入式式车床数数控系统统，ARRM，CCPLDD，C/OOS-，程序序解释 113AbsttracctTo ggainn hiigh cosst pperffermmencc

7、e, traadittionnal CNCC foor llathhes ussuallly adoopts8-bbit or 16-bitt mccu aand finne iinteerpoolattor. Witth tthe devveloopmeent off thhe eembeeddeed ssysttem,higgh pperffermmencce 332-bitt CPPU hhas beeen ppopuularrizaatioon. ARMM ass a typpicaalprroduuct of 32 bitts pproccesssorss, beeingg off

8、hiigh speeed in commputtatiionaand funnctiion andd loow ccostts, cann bee coomplleteely useed tto ddeveelopp emmbedddedd CNNC wwithh hiigheer ccostt peerfeermeencee. Inn thhis pappar an Embbendded CNC forr laathees baasedd onn ARRM iis ddesiigneed aand devveloopedd.Baseed oon ggeneerallanaalyssis of

9、 embbeddded sysstemms annd NNC ttechhnollogyy, tthe harrdwaare andd sooftwwaree pllatfformmof embbeddded CNC fforllathhesaree chhoseed. A 32-bitt CPPU LLPC222200 iss ussed as thee keerneel oof hharddwarre,toggethher witth aa fiine intterppolaatorrimpplemmentted witth aaCPLLD, andd soome othher necce

10、sssaryy peerippherral moddulees. Thee sooftwwaree off thhe eembeeddeed CCNC is bassed onC/OOSIII, areeal-timme eembeeddeed ooperratiing sysstemm wiith opeen ssourrce codde. Somme eequiipmeent driiverr annd aappllicaatioon pproggramm arre iinclludeed iin tthe sofftwaare.For thee deevellopmmentt off t

11、hhe eembeeddeed CCNC forr laatheesbaasedd onn CC/OSSIII, coontrrol tassks in thee syysteem aare firrstlly pplanned andd thhe ccommmuniicattionn cooorddinaatioon mmechhaniism amoong eacch ttaskk iss thhen dessignned. Seveen ttaskks iis iinvoolveed iin tthe CNCC:maiin cconttroll, LLCD dissplaay,ffilee

12、 seerviice,NC proograam iinteerprretaatioon, ACCC/DEEC cconttroll, iinteerpoolattionn annd PPLC. Uppon thee seerviice of maiilboox aand semmaphhoree prroviidedd byy CC/OSSIII, thhe ccommmuniicattionn annd ssyncchroonizzatiion cann bee effficcienntlyy reealiizeddamoong tassks or bettweeen ttaskk annd

13、 IISR.In aaddiitioon, thee immpleemenntattionn meethood oof tthe intterpprettatiion of NC proograam ffor latthessis invvesttigaatedd. FFirsst, a llexiicall annalyyzerr off NCC prrogrram is connstrructted byfiinitte sstatte aautoomatton(DFAA) wwhicchcaan ttrannsfoorm chaaraccterr sttreaams to innner

14、tokken strreamms. Theen, synntaxx annd ssemaantiic aanallysiis aare useedfoorthhe NNC pproggramm.Fiinallly, thhe eerroor-ffreee maachiininng iinfoormaatioon iis sstorred in a sspeccifiicall daatasstruuctuurewwhicch ccan be recceivved andd ussed by botth tthe tassk oof AACC/DECC coontrrol andd PLLC.T

15、hemeechaanissmannd iimpllemeentaatioon oof ccalll annd rretuurn forr subbrouutinnesaree annalyyzeddandd giivenn.Finaallyy, tthe insstruumennts ofddebuuggiing andd deevellopmmentt foor hharddwarre aand sofftwaare aree inntrooducced. Byy teestiing, thheemmbedddedd CNNC ffor latthess caan mmeett thhe e

16、expeecteed ddesiign demmandds.Key Worrds:embbeddded CNCC foor llathhes, AARM, CPPLD, CC/OSSIII, pproggramm innterrpreetattionn目 录录第一章绪绪论11.1 数控技技术概况况11.1.1 数数控技术术发展背背景11.1.2 国国外数控控发展现现状21.1.3 国国内数控控发展现现状31.1.4 数数控技术术的发展展趋势331.2 嵌入式式系统概概况41.3 本文研研究意义义及主要要工作551.3.1研究究意义551.3.2论文文主要内内容6第二章嵌嵌入式数数控车床床系统总

17、总体结构构设计772.1 嵌入式式数控系系统的总总体设计计72.2 嵌入式式数控系系统的硬硬件组成成72.1.1 AARM子子系统882.1.2 CCPLDD子系统统82.1.3 液液晶模块块82.1.4 键键盘模块块82.3 嵌入式式数控系系统软件件的结构构92.3.1 人人机界面面管理992.3.2 逻逻辑处理理92.3.3 运运动控制制102.3.4 数数据处理理控制1102.3.5 辅辅助控制制102.3.6 伺伺服处理理102.4 本章小小结111第三章车车床数控控系统硬硬件平台台设计1123.1 LPCC22220概述述123.1.1 AARM简简介1223.1.2 LLPC222

18、200微控制制器概述述及特性性123.2 电源、时时钟及复复位电路路设计1143.2.1 电电源电路路设计1143.2.2 时时钟电路路设计1153.2.3 复复位电路路设计1163.3 LPCC22220的外外部存储储器设计计163.4 EPMM12770的电电路设计计173.5 人机界界面电路路设计1183.5.1 键键盘输入入电路设设计1883.5.2 液液晶显示示模块接接口电路路设计1183.6 RS-2322串行通通信电路路203.7 本章小小结211第四章数数控系统统软件平平台设计计224.1嵌嵌入式实实时操作作系统简简介2224.2.C/OS-简介2332.2.1、C/OOS-的

19、特点点234.2.2 C/OOS-的工作作原理2244.2.3 C/OOS-的任务务间通讯讯和同步步254.2.3.11 信号号量2554.2.3.22 消息息邮箱2264.2.4 C/OOS-的中断断机制2274.3 C/OOS-在LPCC22220上的的移植2294.3.1 编编写OSS_CPPU.HH294.3.1.11 定义义不依赖赖编译器器的数据据类型3304.3.1.22 OSS_ENNTERR_CRRITIICALL()和和OS_EXIIT_CCREIITICCAL()的编编写3004.3.1.33 OSS_STTK_GGROWWTH的的编写3314.3.1.44 OSS_TAA

20、SK_SW()函数数的编写写314.3.2 编编写OSS_CPPU_CC.C3314.3.3 编编写OSS_CUUP_AA.ASSM3334.3.3.11 OSSStaartHHighhRdyy函数的的编写3334.3.3.22 OSSCtxxSw函函数的编编写3444.3.3.33 OSSInttCtxxSw()函数数的编写写344.3.3.44 OSSTicckISSR()函数的的编写3344.4 系统的的软件任任务及中中断划分分344.4.1 车车床控制制系统的的任务划划分3554.4.2 车车床控制制系统任任务优先先级的确确定3664.4.3 车车床数控控系统中中断的确确定3774.4

21、.4 车车床控制制系统中中各个任任务及IISR之之间的工工作流程程374.5 系统驱驱动程序序设计3394.5.1 液液晶驱动动设计3394.5.1.11 速度度匹配3394.5.1.22 地址址空间访访问3994.5.1.33 S11D1333055的初始始化4004.5.1.44 字符符、汉字字及图形形的显示示404.5.1.55 提高高界面切切换和屏屏幕刷新新速度的的措施4424.5.2 键键盘驱动动程序的的设计4424.6 本章小小结455第五章车车床数控控程序解解释模块块的实现现465.1 程序解解释模块块的总体体分析4465.1.1 程程序解释释模块的的方法4465.1.2 程程序

22、解释释模块结结构划分分475.2 数控程程序的检检查4885.2.1 词词法分析析485.2.1.11 词法法分析器器485.2.1.22 分析析方法4485.2.2 语法法分析4495.2.3 语语义分析析515.3 数控控程序的的翻译5525.3.1 一一般G代码的的翻译5525.3.2 子子程序的的研究与与实现5535.3.3 MMST 代码的的处理5555.3.4 重重新译码码的处理理555.4 程序解解释模块块的部分分测试5565.4.1 程程序错误误的测试试565.4.2 一一般G代码的的测试5565.4.3 子子程序调调用的测测试5775.5 本章小小结588第六章系系统的软软件

23、调试试596.1 系统开开发与调调试的工工具5996.1.1 AADS集集成开发发环境介介绍5996.1.1.11 ADDS1.2集成成开发环环境的组组成6006.1.1.22 CoodeWWarrriorr IDDE简介介606.1.1.33 AXXD调试试器简介介616.1.2 EEasyyJTAAG-HH仿真器器的使用用626.2 系统的的软件调调试6336.2.1 系系统的模模块调试试636.2.2 系系统联调调646.3 本章小小结655第七章总总结展望望667.1 论文总总结6667.2 课题展展望666参考文献献67致谢700硕士期间间发表的的学术论论文711图表目录录图2.11

24、 数控控系统总总体结构构模型77图2.22 嵌入入式数控控硬件结结构图88图2.33 嵌入入式数控控软件结结构图99图3.11 LPPC22220功功能框图图13图3.22 5VV转3.33V电路路14图3.33 3.3V转转1.88V电路路15图3.44 300M有源源晶振时时钟电路路15图3.55 111.05592MM的无源源晶振时时钟电路路15图3.66 SPP7088-S的的复位电电路166图3.77外部RAAM扩展展电路117图3.99 ZLLG72290键键盘电路路18图3.110液晶晶模块接接口电路路19图3.111 串串口通信信电路221图4.11 任务务结构224图4.22

25、 任务务间的状状态转换换25图4.33 任务务、中断断服务子子程序和和信号量量之间的的关系226图4.44任务、中中断服务务子程序序和邮箱箱之间的的关系227图4.55 中断断服务子子程序流流程图228图4.66 基于于C/OOS-的硬件件和软件件体系结结构图229图4.77 任务务堆栈结结构322图4.88 车床床系统中中各个任任务和中中断之间间的工作作流程338图4.99 CAA32002400液晶模模块初始始化流程程40图4.110 按按键处理理流程图图44图5.11 数控控加工过过程流程程46图5.22 译码码模块结结构图447图5.33 确定定有穷状状态自动动机（DDFA）49图5.

26、44 子程程序调用用关系图图54图5.55 语法法检查结结果566图5.66 一般般G代码测测试结果果57图5.77 子程程序调用用测试结结果588图6.11 运动动控制器器实物图图59表6.11 ADDS1.2的组组成600图6.22 CoodeWWarrriorr IDDE集成成开发环环境611图6.33 AXXD调试试器611图6.44 测试试ARMM核62图6.55 测试试FLAASH663图6.66 系统统的打印印调试原原理644图6.77 系统统自动运运行时的的画面665第一章 绪论随着全球球经济竞竞争日益益加剧，制制造行业业面临着着产业升升级换代代：被加加工零件件复杂度度的增加加

27、，加工工单元柔柔性化、工工厂自动动化的实实现等等等。数控控机床作作为一种种自动化化的加工工设备而而被广泛泛采用。同同时，随随着现代代机械制制造业向向更高层层次的发发展，数数控机床床也成为为柔性制制造单元元(FMMC)、柔柔性制造造系统(FMSS)以及及计算机机集成制制造系统统(CIIMS)的基础础装备。数数控技术术是数控控机床的的关键技技术，它它的迅速速发展和和广泛应应用，使使得普通通机械逐逐渐被高高效率、高高精度的的数控机机械所代代替，从从而形成成了巨大大的生产产力。一一个国家家的工业业化水平平，很大大程度上上体现在在制造业业的水平平，而数数控机床床技术正正是制造造技术中中关键性性的技术术之

28、一。近近年来我我国机床床需求旺旺盛，市市场巨大大。自220022年来，我我国已经经连续六六年成为为世界上上最大的的机床消消费国和和进口国国，其中中数控机机床是机机床消费费的主流流。随着着制造技技术，计计算机技技术，微微电子技技术等的的发展，数数控机床床必然向向更高精精度、更更高速度度、更高高可靠性性及更完完善的功功能方向向发展，以以提高国国家的整整体制造造业水平平。1.1数数控技术术概况1.1.1数控控技术发发展背景景数控研究究的历史史始于220世纪纪40年年代前后后，美国国帕森斯斯公司和和麻省理理工学院院伺服机机构研究究所合作作，进行行数控机机床的研研究工作作，在119522年研制制成功了了

29、世界上上第一台台三坐标标数控铣铣床11。从从此，传传统机床床产生了了质的变变化。近近半个世世纪以来来，数控控系统经经历了四四个阶段段、八代代的发展展2-6。(1)数数控(NNC)阶阶段早期计算算机运算算速度低低，这对对当时的的科学计计算和数数据处理理影响还还不大，但但不能适适应机床床实时控控制的要要求。人人们不得得不采用用数字逻逻辑电路路“搭”成一台台机床专专用计算算机作为为数控系系统，被被称为硬硬件连接接数控，简简称为数数控(NNC)。随随着元器器件的发发展，这这个阶段段历经了了三代，即即 19952年年第一代代一电子子管;119599年第二二代一晶晶体管;19665年第第三代一一小规模模集

30、成电电路。(2)计计算机数数控(CCNC)阶段 到19770年，通通用小型型计算机机业已出出现并成成批生产产，其运运算速度度比五、六六十年代代有了大大幅度的的提高，这这比专门门“搭”成的专专用计算算机成本本低、可可靠性高高。于是是将它移移植过来来作为数数控系统统的核心心部件，从从此进入入了计算算机数控控(CNNC)阶阶段。119700年在美美国芝加加哥数控控展览会会上，首首次展出出了由小小型计算算机为核核心的计计算机数数控系统统，标志志着数控控系统进进入了计计算机为为主体的的第四代代。至此此，原来来由硬件件实现的的功能逐逐步改由由软件完完成，从从此系统统进入了了软件数数控时代代。19744年，

31、首首次出现现了采用用微处理理器芯片片的软件件CNCC系统，象象征着数数控系统统进入了了以微机机为背景景的第五五代。这这一发展展真正实实现了机机电一体体化，进进一步缩缩小了体体积，降降低了成成本，简简化了编编程和操操作，使使数控系系统达到到了普及及的程度度。70年代代末、880年代代初，随随着超大大规模集集成电路路、大容容量存储储器、CCRT的的普及应应用，CCNC系系统进入入了第六六代。它它虽然仍仍以微处处理器为为基础，但但控制功功能更为为完备，达达到了多多功能的的技术特特征，尤尤其在软软件技术术方面发发展更快快，具有有了交互互式对话话编程，三三维图形形动态显显示/校校验，实实时精度度补偿等等

32、功能。在在系统结结构上，开开始出现现了柔性性化、模模块化的的多处理理机结构构。数控控系统产产品也逐逐步实现现了标准准化，系系列化。(3)高高速高精精度CNNC的开开发与应应用阶段段进入八十十年代，为为了实现现高速、高高精度曲曲面轮廓廓精加工工，必须须提高微微轮廓线线的解释释处理能能力和伺伺服驱动动特性，为为保证零零件程序序的传送送、插补补、加工工线速度度控制等等连续处处理，CCNC系系统应具具有足够够高的数数据处理理速度和和能力。332位CCPU以以其很强强的数据据处理能能力在CCNC中中得到了了应用，使使CNCC系统进进入了面面向高速速、高精精度的第第七代。119866年，三三菱电机机公司率

33、率先推出出了CPPU为6680220的332位CCNC，掀掀起了332位CCNC的的热潮，并并逐渐成成为当今今数控系系统的主主流。(4)基基于PCC的开放放式CNNC的开开发与应应用进入九十十年代，个个人计算算机(PPerssonaal CCompputeer, PC)的性能能已发展展到很高高的阶段段，从88位、116位发发展到332位，可可以满足足作为数数控系统统核心部部件的要要求，而而且PCC机生产产批量很很大，价价格便宜宜，可靠靠性高。数数控系统统从此进进入基于于PC的的CNCC系统阶阶段。119944年，这这种基于于PC的的CNCC控制器器在美国国首先亮亮相市场场，并在在此后获获得了高

34、高速发展展。PCC的引入入，不仅仅为CNNC提供供高性能能价格比比的硬件件资源和和极其丰丰富的软软件资源源，更为为CNCC的开放放化提供供了基础础，使之之成为数数控历史史最具影影响的发发展。人人们常称称这种PPC-NNC结构构为第八八代数控控系统。1.1.2国外外数控发发展现状状近年国外外数控技技术发展展呈如下下趋势:(l)国国际机床床市场的的消费主主流是数数控机床床19988年世界界机床进进口额中中大部分分是数控控机床，美美国进口口机床的的数控化化率达770%，我我国为660%。目目前世界界数控机机床消费费趋势己己从初期期以数控控电加工工机床、数数控车床床、数控控铣床为为主转向向以加工工中心

35、、专专用数控控机床、成成套设备备为主7。(2)国国外数控控机床的的信息化化世界装备备制造业业市场正正在向全全面信息息化的方方向迈进进，技术术发展主主要表现现为柔性性制造系系统、计计算机集集成制造造系统的的开发与与应用，并并向制造造智能化化方向发发展。技技术发展展特征表表现为技技术的融融合化；产品的的发展特特征表现现为高附附加值化化、智能能化和系系统化；系统管管理的发发展特征征表现为为集成化化（包括括系统集集成、软软件集成成、技术术集成和和接口集集成）和和网络化化。随着着计算机机技术、网网络技术术日益普普遍运用用，数控控机床走走向网络络化、集集成化己己成为必必然的趋趋势和方方向。从从另一角角度来

36、看看，目前前流行的的ERPP即工厂厂信息化化对于制制造业来来说，仅仅仅局限限于通常常的管理理部门或或设计、开开发等上上层部分分的信息息化是远远远不够够的，工工厂、车车间的最最底层加加工设备备一数控控机床不不能够连连成网络络或信息息化就必必然成为为制造业业工厂信信息化的的制约瓶瓶颈。以以FANNUC和和西门子子为代表表的数控控系统生生产厂商商己在几几年前推推出了具具有网络络功能的的数控系系统。在在这些系系统中，除除了传统统的RSS2322接口外外，还备备有以太太网接口口，为数数控机床床联网提提供了基基本条件件。1.1.3国内内数控发发展现状状我国数控控机床起起步并不不晚，大大约与日日本、德德国、

37、前前苏联同同步。119588年，由由北京机机床研究究所和清清华大学学等单位位研制成成功第一一台数控控机床7。但但是由于于相关工工业基础础差，尤尤其是电电子工业业薄弱，致致使其发发展速度度缓慢。但但由于历历史的原原因，一一直没有有取得实实质性的的成果。数数控机床床的品种种和数量量都很少少，稳定定性和可可靠性都都比较差差，只在在一些复复杂的、特特殊的零零件加工工中使用用。200世纪880年代代以来，在在消化吸吸收国外外先进技技术的基基础上，我我国数控控技术有有了新的的发展，数数控机床床才真正正进入小小批量生生产的商商品化时时代。“七五”、“八五”期间的的技术攻攻关，大大大推动动了我国国数控机机床的

38、发发展，目目前我国国已经能能生产1100多多种数控控机床。尤尤其是最最近100年来，我我国己研研制了具具有自主主版权的的数控技技术平台台和数控控系统，比比如20008年年国产机机床展上上的大连连机床集集团的VVDW5500五五轴联动动立式加加工中心心、华中中数控的的LVCC6000五轴联联动立式式加工中中心其机机床各项项性能指指标都接接近国际际先进水水平8。但从数控控机床的的整体来来看，我我国的数数控技术术与发达达国家相相比仍有有相当差差距，数数控产业业仍十分分薄弱，而而且国产产数控绝绝大部分分是中低低档经济济型，高高档数控控仍然被被国外发发达国家家技术封封锁。为为了促进进我国数数控技术术的发

39、展展，国家家已经在在“十一五五”继续把把数控技技术列为为优先发发展的技技术之一一，使我我国的数数控技术术在较短短的时间间里加快快赶上世世界先进进水平。1.1.4数控控技术的的发展趋趋势随着微电电子技术术、计算算机技术术、精密密制造技技术及检检测技术术的发展展，数控控机床性性能日臻臻完善，数数控系统统应用领领域日益益扩大。为为了满足足市场和和科学技技术发展展的需要要，达到到现代制制造技术术对数控控技术提提出的更更高的要要求，当当前，世世界数控控技术及及其装备备发展趋趋势主要要体现在在以下几几个方面面:(l)高高速度、高高精度 机床向高高速化方方向发展展，可充充分发挥挥现代刀刀具材料料的性能能，不

40、但但可大幅幅度提高高加工效效率、降降低加工工成本，而而且还可可提高零零件的表表面加工工质量和和精度。超超高速加加工技术术对制造造业实现现高效、优优质、低低成本生生产有广广泛的适适用性。精精密化是是为了适适应高新新技术发发展的需需要，也也是为了了提高普普通机电电产品的的性能、质质量和可可靠性，减减少其装装配时的的工作量量从而提提高装配配效率的的需要。随随着高新新技术的的发展和和对机电电产品性性能与质质量要求求的提高高，机床床用户对对机床加加工精度度的要求求也越来来越高。现代数控机床主轴转速在12000r/min以上较为普及，高速加工中心的主轴转速高达100000r/min；快速进给速度一般机床都

41、在50m/min以上，有的机床高达120m/min。加工的高精度比加工速度更为重要，微米级精度的数控设备正在普及，一些高精度机床的加工精度已达到0.1um9。(2)高高可靠性性高可靠性性是指数数控系统统的可靠靠性要高高于被控控设备的的可靠性性在一个个数量级级以上，新型的数控系统大量采用大规模或超大规模的集成电路，采用专门芯片及混合式集成电路，使线路的集成度提高，元器件数量减少，功耗降低，提高了可靠性。现代数控机床都装备了计算机数控系统（即CNC系统），只要改变软件控制程序，就可以适应各类机床的不同要求，实现数控系统的模块化、标准化和通用化。数控控制软件的功能更加丰富，具有自诊断及保护功能。为了

42、防止超程，可以在系统内预先设定工作范围（即软限位）。数控系统还具有自动返回功能（即断点保护功能）。(3)多多功能大多数数数控机床床都具有有CRTT图形显显示功能能，可以以进行二二维图形形的加工工轨迹动动态模拟拟显示，有有的还可可以显示示三维彩彩色动态态图形；具有丰丰富的人人机对话话功能，“友好”的人机界面；借助CRT和键盘的配合，可以实现程序的输入、编辑、修改、删除等功能。现代数控系统，除了能与编程机、绘图机、打印机等外设通信外，还应能与其他CNC系统、上级计算机系统通信，以实现FMS的连接要求。(4)智智能化数控系统统应用高高技术的的重要目目标是智智能化。如如引进自自适应控控制技术术、人机机

43、对话自自动编程程、自动动诊断并并排除故故障等智智能化功功能。(5)复复合化复合化是是近几年年数控机机床发展展的模式式，它将将多种动动力头集集中在一一台数控控机床上上，在一一次装夹夹中完成成多种工工序的加加工。如如立卧转转换加工工中心、车车铣万能能加工中中心及四四轴联动动（X、YY、Z、CC）的车车削中心心等。1.2嵌嵌入式系系统概况况嵌入式系系统是以以应用为为中心，以以计算机机技术为为基础，软软件硬件件可裁减减，适应应于应用用系统对对功能、可可靠性、成成本、体体积、功功耗严格格要求的的专用计计算机系系统110。随随着社会会的日益益信息化化，计算算机和网网络已经经全面渗渗透到日日常生活活的每个个

44、角落。对对于我们们每个人人来说，需需要的已已经不再再仅仅是是那种放放在桌上上处理文文档、进进行工作作管理和和生产控控制的计计算机“机器”。任何何一个普普通人都都可以使使用嵌入入式电子子产品，小小到MPP3、PPDA等等微型数数字化产产品，大大到网络络家电、智智能家电电、车载载电子设设备等。纵纵观嵌入入式系统统的发展展历程大大致经历历了4个个阶段。(1)无无操作系系统阶段段是以8位位单芯片片为核心心的可编编程控制制器形式式，执行行一些单单线程程程序，具具有与监监测、伺伺服、指指示设备备相配合合的功能能。这类类系统大大部分应应用于一一些专业业性强的的工业控控制系统统中，通通过汇编编语言编编程对系系

45、统进行行直接控控制。这这一阶段段系统的的主要特特点是:系统结结构和功功能相对对单一，处处理效率率较低，存存储容量量较小，几几乎没有有用户接接口。由由于这种种嵌入式式系统使使用简单单、价格格低，以以前在国国内工业业领域应应用较为为普遍，但但是己经经远不能能适应高高效的、需需要大容容量存储储的现代代工业控控制和新新兴信息息家电等等领域的的需求。(2)简简单操作作系统阶阶段20世纪纪80年年代，随随着微电电子工艺艺水平的的提高，集集成电路路制造商商开始把把嵌入式式系统应应用中所所需的微微处理器器、I/O接口口、串行行接口及及RAMM、ROOM等部部件集成成到一片片VLSSI中，制制造出面面向I/O设

46、计计的微控控制器。与与此同时时，嵌入入式系统统的程序序员也开开始基于于一些简简单的操操作系统统开发嵌嵌入式软软件，缩缩短了开开发周期期，提高高了开发发效率。此此时的嵌嵌入式操操作系统统虽然还还比较简简单，但但已经初初步具有有了一定定的兼容容性和扩扩展性。典典型的有有19881年，RReaddy SSysttem 开发出出世界上上第一个个商业嵌嵌入式实实时内核核（VTTRX332）。这这个实时时内核包包含了许许多传统统操作系系统的特特点，包包括任务务管理，任任务间通通信，同同步与互互相排斥斥、中断断支持和和内存管管理等功功能。(3)实实时多任任务操作作系统阶阶段20世纪纪90年年代，随随着硬件件实时性性要求的的提高，嵌嵌入式系系统的软软件规模模也在不不断扩大大，实时时内核逐逐渐形成成了实时时多任务务操作系系统（RRTOSS），并并开始成成为嵌入入式系统统的主流流。这一一阶段的的操作系系统实时时性得到到了很大大改善，已已经能够够运行在在各种不不同类型型的微处处理器上上，具有有高度的的模块化化和扩展展性。典典型的有有VxWWorkks、PPalmm OSS、WiinCEE，嵌入入式Liinuxx等。(4)面面向Innterrnett阶段21世纪纪