0  引言
      本文主要介紹TS540DJ四軸運(yùn)動(dòng)控制器在點(diǎn)膠機(jī)上的應(yīng)用，即TS540DJ點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)，著重介紹系統(tǒng)硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)及其可移植性。
      當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)用到電膠行業(yè)時(shí)，就產(chǎn)生了電膠機(jī)控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的手動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)相比，它具有點(diǎn)膠均勻，精確點(diǎn)膠，高效點(diǎn)膠的諸多優(yōu)點(diǎn)。眾為興研發(fā)的TS540DJ四軸點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)是其典型代表，與傳統(tǒng)的數(shù)控設(shè)備相比，它有如下特點(diǎn)：
1.技術(shù)更新，功能更加強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡的控制，是傳統(tǒng)數(shù)控裝置的換代產(chǎn)品；
2.結(jié)構(gòu)形式模塊化，可以方便地相互組合，建立適用不同場(chǎng)合、不同功能需求的控制系統(tǒng)；
3.操作簡(jiǎn)單，在PC機(jī)上經(jīng)簡(jiǎn)單編程即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，而不一定需要專(zhuān)門(mén)的數(shù)控軟件。
4.實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性、互換性、可移植性和擴(kuò)展性是運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容。具有如下特征：能方便地與機(jī)床、機(jī)器人等被控設(shè)備聯(lián)接；一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器從硬件上可以實(shí)現(xiàn)一到多個(gè)坐標(biāo)軸的位置、速度和軌跡伺服控制，從軟件上具有完善的軌跡插補(bǔ)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和伺服控制功能；
      本文主要介紹TS540DJ四軸運(yùn)動(dòng)控制器在點(diǎn)膠機(jī)上的應(yīng)用，即TS540DJ點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)。
1  系統(tǒng)整體構(gòu)成
      整個(gè)控制系統(tǒng)使用伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，有編碼器反饋，具有精確度要高的特點(diǎn)，以松下交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖為360°/10000=0.036°。又比如富士伺服FALDIC-W系列帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072= 0.00275°，是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的655分之一。
1）液晶+觸摸屏模塊，該控制器集成有觸摸和液晶屏驅(qū)動(dòng)電路，采用5.7寸單色液晶屏和四線電阻式觸摸屏，其分辨率為320×240。
2）TS540DJ為此控制系統(tǒng)的核心即“大腦”，它是眾為興典型的四軸運(yùn)動(dòng)控制器，具有簡(jiǎn)單，實(shí)用，穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。
3）伺服技術(shù)在此控制系統(tǒng)中起到了精確控制的作用，有了它們，系統(tǒng)的點(diǎn)膠精度大大提高。
1.1  系統(tǒng)硬件構(gòu)成
      該系統(tǒng)主要由TS540DJ四軸運(yùn)動(dòng)控制器，伺服驅(qū)動(dòng)器，和包括伺服電機(jī)的點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)成。
      TS540DJ控制器是其核心部分，整個(gè)控制系統(tǒng)的“大腦”。
      該四軸運(yùn)動(dòng)控制器TS540DJ是由四塊集成電路板構(gòu)成，它們分別是：電源板，顯示器集成電路板，核心主控板和輸入/輸出板。電源板將220V交流電轉(zhuǎn)化為控制器可以接受的電源，一般為5V—12V。輸入輸出板則是控制器與外界通信的“通道”。顯示器集成板主要是集成液晶+觸摸屏電路的集成板，其內(nèi)部集成了液晶+觸摸屏的驅(qū)動(dòng)電路，間接依靠來(lái)自電源板的電源。核心板是這個(gè)控制系統(tǒng)的“核心”，它內(nèi)部集成了很多芯片，諸如：Lattice公司的CPLD，兩片閃存，DSP四軸運(yùn)動(dòng)控制芯片ADT-MC814，Synchronous DRAM，ARM芯片。這些資源的有機(jī)組合構(gòu)成了整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器的“大腦”，通過(guò)接收和處理鍵盤(pán)的輸入信號(hào)來(lái)滿足用戶的各種要求。
基于ARM7+DSP+CPLD雙CPU，高速，可編程的硬件平臺(tái)。
      眾為興這款四軸運(yùn)動(dòng)控制器選用ARM+DSP+CPLD的雙CPU，高速，可編程結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。該硬件平臺(tái)支持UC/OSⅡ操作系統(tǒng)，它可以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和多任務(wù)操作的要求。該ARM SoC芯片的主要責(zé)任是處理運(yùn)行系統(tǒng)中與管理相關(guān)的任務(wù),是系統(tǒng)的主控制CPU；而DSP主要負(fù)責(zé)運(yùn)行插補(bǔ)運(yùn)算等運(yùn)算量較大、各軸驅(qū)動(dòng)等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的任務(wù)。由于其獨(dú)立完成繁重的運(yùn)算，不占用主控CPU,使得主控制CPU得以解放出來(lái)專(zhuān)門(mén)從事有關(guān)管理的工作。
      主控ARM SoC芯片是高速32位微控制器,它具有速度快、片上資源豐富，易于實(shí)際設(shè)計(jì)等特點(diǎn),適用于很多控制系統(tǒng)。該處理器使用ARM7TDMI內(nèi)核，支持I/O輸入輸出，其寫(xiě)緩沖器可以存儲(chǔ)輸入的信號(hào)，8K寄存器可以暫時(shí)存儲(chǔ)程序。它支持?jǐn)U展的SDR以便于程序的直接運(yùn)行，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，支持?jǐn)U展的閃存以便于程序與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。通過(guò)總線,CPU內(nèi)核可以直接對(duì)LCD，集成ROM/SRAM/DRAM等存儲(chǔ)器還有DMA通道進(jìn)行控制。它還支持兩通道UART，四通道DMA，ⅡC總線接口，ⅡS總線接口，同步SIO，方便數(shù)據(jù)與程序的存儲(chǔ)以及與外界的交流。而且該微處理器非常適合于運(yùn)行多任務(wù)操作系統(tǒng)如UC/OSⅡ等操作系統(tǒng)，程序簡(jiǎn)單，方便修改，支持網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。
      其片上資源包括：ARM7TDMI內(nèi)核帶8KBCache的內(nèi)部SAM；LCD控制器；帶自動(dòng)手握的2通道UART，每個(gè)包括一個(gè)波特率發(fā)生器，發(fā)送器，接受器，控制單元，波特率發(fā)生器以主頻為時(shí)鐘源，發(fā)送與接收器包含16字節(jié)FIFO和移位寄存器；4通道DMA；系統(tǒng)管理器（片選邏輯，F(xiàn)P/EDO/SDRAM控制器），一般用于控制擴(kuò)展的SDRAM，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器例如這里HY57V641620HG的SDRAM和K9F5608U0B的FLASH存儲(chǔ)器；帶PWM功能的5通道定時(shí)器和一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器；一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器；帶有日歷功能的RTC；8通道10位的ADC；ⅡC總線接口；ⅡS總線接口；同步SIO。它還采用了新的總線結(jié)構(gòu)，即SAMBALⅡ。
      運(yùn)動(dòng)控制芯片ADT-MC814以單一芯片而可控制4軸的脈沖序列輸入之伺服馬達(dá)、步進(jìn)馬達(dá)。它可以進(jìn)行各軸獨(dú)立的定位控制、速度控制，另一方面亦可在4軸中任意的選擇2軸或是3軸來(lái)進(jìn)行圓弧、直線、位方式插補(bǔ)。
      它能與8/16位數(shù)據(jù)總線接口，通過(guò)命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)等寄存器實(shí)現(xiàn)4軸3聯(lián)動(dòng)的位置、速度、加速度等的運(yùn)動(dòng)控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)直線、圓弧、位元3種模式的軌跡插補(bǔ)，輸出脈沖頻率達(dá)4MHz。每軸都有伺服反饋輸入端、4個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)，能獨(dú)立地設(shè)置為恒速、線性、非對(duì)稱(chēng)S曲線加/減控制、非對(duì)稱(chēng)梯形加/減速控制方式，并有2個(gè)32位的邏輯、實(shí)際位置計(jì)數(shù)器和狀態(tài)比較寄存器，實(shí)現(xiàn)位置的閉環(huán)控制。它 還有自動(dòng)搜尋原位、輸入信號(hào)濾波器、同步動(dòng)作、輸出脈沖32位、圓弧/直線插補(bǔ)脈沖范圍32位、完全S曲線加減速的非對(duì)稱(chēng)、手動(dòng)設(shè)定模式、位置計(jì)算器的可變環(huán)形、Z相輸入的實(shí)位計(jì)數(shù)器的清除、實(shí)位計(jì)數(shù)器的增減反轉(zhuǎn)等功能。
      它具有如下特點(diǎn)：當(dāng)主CPU通過(guò)接口設(shè)定好必要的參數(shù)之后，不需要主控制CPU的干預(yù)就能自動(dòng)完成插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制,改變了以往運(yùn)行過(guò)程還需占用主控制CPU的情形,也減少了相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。片上集成有專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制的I/O接口,如硬件限位、急停等,可簡(jiǎn)化數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。它與主控制CPU之間的通訊簡(jiǎn)單,易于協(xié)調(diào)。
      以ADT-MC814四軸運(yùn)動(dòng)控制芯片和ARM SoC芯片為硬件平臺(tái)的核心,根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的功能特點(diǎn)和工作特性要求,分別集成與擴(kuò)展了如下的功能模塊。
（1）擴(kuò)展FLASH模塊,ARM主控CPU片上集成有8 K字節(jié)的ROM,但這對(duì)于控制系統(tǒng)的運(yùn)行還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,必須進(jìn)行片外擴(kuò)展。該主板在片外擴(kuò)展了2片F(xiàn)LASH芯片，一片為32M Nand FLASH ROM，主要用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外一片為2M Nor FLASH ROM用于存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行所需的程序代碼,語(yǔ)言字庫(kù),需要斷電和長(zhǎng)期保存的系統(tǒng)參數(shù)、插補(bǔ)參數(shù)等。
（2）擴(kuò)展SDRAM模塊,該ARM芯片上集成有SRAM,但由于數(shù)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中需要有充足的RAM空間,特別是由于運(yùn)算和RTOS的多任務(wù)調(diào)度以及文件系統(tǒng)的運(yùn)行都將產(chǎn)生大量的堆棧、全局變量和局部變量,而且由于系統(tǒng)內(nèi)置CPLD的運(yùn)行也將占用一部分RAM空間。因此在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),在片外擴(kuò)展了一片8M字節(jié)的靜態(tài)高速RAM,即SDRAM可以擴(kuò)展RAM空間,程序運(yùn)行和增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和實(shí)時(shí)性。
(3)RTC時(shí)鐘控制模塊,也就是日歷系統(tǒng),需要在系統(tǒng)斷電時(shí)能夠長(zhǎng)時(shí)間的保持日歷的工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí),進(jìn)行到文件相關(guān)操作時(shí),如在數(shù)據(jù)傳輸或用戶在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程、二次開(kāi)發(fā)時(shí),都需要數(shù)據(jù)以文件的形式進(jìn)行存儲(chǔ)或傳輸,需要記錄下文件編寫(xiě)的日期,以便文件系統(tǒng)的管理。這里使用的是RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)。
(4) LCD控制模塊,主要用于完成液晶顯示的控制刷新和它與主CPU的數(shù)據(jù)交換,將點(diǎn)膠機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)、系統(tǒng)信息、坐標(biāo)信息、參數(shù)信息等通過(guò)LCD向用戶顯示,屬人機(jī)交互的一部分。
(5)鍵盤(pán)控制模塊,它是數(shù)控系統(tǒng)交互的重要環(huán)節(jié),鍵盤(pán)擴(kuò)展電路采用Lattice的CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用鍵盤(pán)接口芯片。這種設(shè)計(jì)使得鍵值判斷等可通過(guò)CPLD編程來(lái)實(shí)現(xiàn),最大限度節(jié)省了ARM主控芯片的資源。
(6)數(shù)據(jù)采集模塊,數(shù)控系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)加工實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷很重要,本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)主要是基于主控芯片上集成的ADC模塊和伺服系統(tǒng)中的編碼器信息反饋等。

(7)PC網(wǎng)絡(luò)通訊模塊,為了適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，控制器設(shè)置了高速串行接口，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。
(8) JTAG調(diào)試接口, JTAG是Joint Test Action Group縮寫(xiě)，是IEEE的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，ARM7TDMI內(nèi)部提供了3個(gè)JTAG型的掃描鏈，可以進(jìn)行調(diào)試和配置嵌入式的ICE-RT邏輯。JTAG仿真器也稱(chēng)為JTAG調(diào)試器，是通過(guò)ARM芯片上的JTAG邊界掃描口進(jìn)行調(diào)試的設(shè)備。JTAG仿真器Multi-ICE比較便宜，支持ARM 實(shí)時(shí)調(diào)試提供觸發(fā)點(diǎn)位置上處理器運(yùn)行的寶貴歷史記錄，現(xiàn)場(chǎng)信息通過(guò)Multi-ICE 可以控制存儲(chǔ)器和內(nèi)核寄存器內(nèi)容，而且連接比較方便。它可以通過(guò)現(xiàn)有的JTAG邊界掃描與ARM CPU核進(jìn)行通信，屬于完全非插入式調(diào)試。該系統(tǒng)使用它無(wú)需目標(biāo)存儲(chǔ)器，而且不占用目標(biāo)系統(tǒng)的任何端口，是一種簡(jiǎn)單，有效的在線仿真調(diào)試技術(shù)。
(9) I/O接口,主要完成內(nèi)置PLC對(duì)外部點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)電氣,電機(jī)控制輸出和其他功能模塊的對(duì)外輸出,由驅(qū)動(dòng)元件、繼電器元件和光耦隔離元件等組成，該系統(tǒng)中集成了很多I/O接口，用于對(duì)外輸入/輸出數(shù)據(jù)/脈沖信號(hào)。

（10）插補(bǔ)控制模塊，分為直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)，位模式插補(bǔ)三大插補(bǔ)模塊，四軸運(yùn)動(dòng)控制芯片ADT-MC814內(nèi)部集成的三大控制模塊，分別完成三大插補(bǔ)功能。其中，插補(bǔ)速度 1~4MPPS；插補(bǔ)范圍是各個(gè)軸-8388607~+8388607；插補(bǔ)精度各種插補(bǔ)是有區(qū)別的，直線插補(bǔ)插補(bǔ)位置精密度 ±0.5LSB以下，圓弧插補(bǔ)插補(bǔ)位置精密度 ±1LSB以下。
（11）此ARM芯片內(nèi)部沒(méi)有集成的USB，而是外部工控主板集成了USB控制器芯片和USB接口，具有以下特點(diǎn)1）數(shù)據(jù)傳輸速率高。USB高速：480Mb/s；USB全速：12Mb/s；USB低速：1.5Mb/s。 2）數(shù)據(jù)傳輸可靠。USB事務(wù)處理包括錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制，可以確保數(shù)據(jù)無(wú)錯(cuò)誤發(fā)送，在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，事務(wù)處理可以重新進(jìn)行。 3）同時(shí)掛接多個(gè)USB設(shè)備，每個(gè)USB總線支持127個(gè)設(shè)備的連接。 4）支持熱拔。USB實(shí)現(xiàn)了真正的"即插即用"功能，設(shè)備連接后由USB自檢測(cè)，并且由軟件自動(dòng)配置，完成后立刻就能使用，不需要用戶進(jìn)行干涉。系統(tǒng)支持主/從USB接口，可以與外界進(jìn)行程序/數(shù)據(jù)等的高速交換。

（12）UART模塊即是異步通信模塊，它支持系統(tǒng)與外部的數(shù)據(jù)，信息交流。
（13）ⅡC，ⅡS，同步SIO總線模塊，ⅡC總線模塊可以節(jié)省大量的地址，數(shù)據(jù)線和地址解碼器和相互連接的邏輯系統(tǒng)，用于CPU與外圍芯片的連接。集成ARM芯片具有1通道多主ⅡC總線，可進(jìn)行基于中斷的操作模式，可進(jìn)行串行，8位雙向數(shù)據(jù)傳輸，標(biāo)準(zhǔn)模式速度達(dá)到100Kbit/s,快速模式達(dá)到400Kbit/sIIC總線操作模式為：主發(fā)送模式、主接收模式、從發(fā)送模式、從接收模式。 ⅡS總線模塊，這里集成的ⅡS總線有1通道音頻總線接口，可進(jìn)行基于DMA的操作模式，可進(jìn)行串行，8/16位雙向數(shù)據(jù)傳輸，支持MSB—justified數(shù)據(jù)格式。同步SIO總線模塊，這里集成的SIO總線模塊有1通道SIO，可進(jìn)行基于DMA/中斷的操作模式，可編程的波特率，支持8位串行數(shù)據(jù)的傳輸與接收。
（14）DMA模塊，ARM芯片集成模塊，可以和硬盤(pán)，F(xiàn)LASH，SDRAM等外設(shè)高速交換數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)交換時(shí)對(duì)CPU的占用。這里集成有2通道DMA控制器。
（15）BDMA模塊，BDMA是橋聯(lián)DMA類(lèi)型的DMA通道，在這個(gè)體系結(jié)構(gòu)中，為了實(shí)現(xiàn)全雙工，數(shù)據(jù)傳輸使用兩個(gè)BDMA通道。數(shù)據(jù)傳輸可以先由內(nèi)部總線送到內(nèi)存，然后傳到BDMA控制器通道0/1，再通過(guò)控制器寫(xiě)入總線并傳輸給外設(shè)。
（16）RS—232模塊，RS—232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的串行物理接口。而且RS-232-C接口是目前最常用的一種串行通訊接口。但是，由于其規(guī)定了驅(qū)動(dòng)器有2500PF的電容負(fù)載，而且它屬于單端信號(hào)傳輸，所以其傳輸距離一般限于20米以內(nèi)。
（17）指令/數(shù)據(jù)/處理模塊，ADT-MC814運(yùn)動(dòng)控制芯片中集成有此種模塊，主要用于處理主控芯片傳輸?shù)闹噶睿\(yùn)算大量的插補(bǔ)數(shù)據(jù)，獨(dú)立完成插補(bǔ)任務(wù)。
      整個(gè)控制系統(tǒng)從伺服驅(qū)動(dòng)角度出發(fā)可以看作是伺服控制系統(tǒng)，采用的是交流伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的集中控制結(jié)構(gòu)。
      圖中交流電機(jī)的傳感器通常為電流、位置、速度和溫度等傳感器，作為電機(jī)控制算法的輸入量，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳感器取決于工藝過(guò)程的控制量，這里采用是位置、速度、電流等傳感器。執(zhí)行元件是三相交流電機(jī)。集中式控制系統(tǒng)中，工藝軟件或應(yīng)用軟件固化在控制器中，對(duì)接收到的命令信號(hào)及傳感器信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、判斷，以數(shù)字量或模擬量控制驅(qū)動(dòng)器或功率開(kāi)關(guān)，主、輔運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在交流電機(jī)及執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)下完成特定運(yùn)動(dòng)。除控制器外，其它部件間沒(méi)有電信號(hào)方面的聯(lián)系，所有控制信號(hào)都來(lái)自控制器。
      構(gòu)成交流伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的四部分依研制開(kāi)發(fā)的技術(shù)難度從低到高依次為：控制器、電機(jī)、傳感器和驅(qū)動(dòng)器，應(yīng)據(jù)此配置開(kāi)發(fā)資源。以下分別加以闡述。
      控制部分：硬件技術(shù)最成熟、實(shí)現(xiàn)最容易、見(jiàn)效最快。但目前使用較多的是PLC，也為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格偏高。用微控制器為核心組成的系統(tǒng)替代PLC，性能和可靠性可與之媲美，價(jià)格可以大大降低。這里采用的就是微控制器為核心組成的系統(tǒng)，如前面所述。軟件上針對(duì)點(diǎn)膠機(jī)系統(tǒng)，眾為興建立了自己的一套較為簡(jiǎn)潔通用的應(yīng)用語(yǔ)言和算法。
      電機(jī)：經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，永磁同步伺服電機(jī)已進(jìn)入發(fā)展期，愈來(lái)愈引起工業(yè)界的重視。單從電機(jī)本身來(lái)看，國(guó)內(nèi)廠家完全具備與國(guó)外廠家競(jìng)爭(zhēng)的能力，如設(shè)計(jì)能力、價(jià)格水平、制造工藝等。今后應(yīng)對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、制造工藝、材料、電磁設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，適當(dāng)時(shí)候制訂相應(yīng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這里即采用永磁同步伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)。
      傳感器：傳感器是控制系統(tǒng)中的主要元件，電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制就需要電流和位置傳感器，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中還需要其它種類(lèi)的傳感器。此伺服系統(tǒng)需要使用電流和位置傳感器。
      驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)器技術(shù)是整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸，主要原因是：
      功率電子器件的可靠性及系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平低下，智能功率模塊(IPM)和專(zhuān)用智能功率模塊(ASIPM)的發(fā)展，使一般技術(shù)人員也能從事小功率電子線路的設(shè)計(jì)，但對(duì)大功率電子線路的設(shè)計(jì)可靠性還應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。
所以，伺服驅(qū)動(dòng)器的選擇尤為重要，此系統(tǒng)可以使用交流伺服驅(qū)動(dòng)器：QS5，眾為興自主研制的伺服驅(qū)動(dòng)器，其IPM采用的第三代IPM，優(yōu)點(diǎn)頗多。
1.2  系統(tǒng)軟件構(gòu)成
（1）硬件驅(qū)動(dòng)層是通過(guò)抽象底層硬件的物理行為,使上層用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件功能的調(diào)用。硬件驅(qū)動(dòng)程序單獨(dú)分層的編程思想為系統(tǒng)的升級(jí)提供了良好的條件。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。FPGA的基本特點(diǎn)主要有：
 1）采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。
 2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。
 3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I／O引腳。
 4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開(kāi)發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。
 5）FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。
FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來(lái)設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。
加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。FPGA的編程無(wú)須專(zhuān)用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當(dāng)需要修改FPGA功能時(shí)，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。FPGA是硬件編程驅(qū)動(dòng)的典范。該工控住板上集成有CPLD，帶有EEPROM，更容易擦寫(xiě)，一種結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生一種功能。

（2）操作系統(tǒng)層，UC/OSⅡ是一個(gè)目前流行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它是由Jean J.Labosse編寫(xiě)的。該內(nèi)核是源代碼代碼公開(kāi)的，占先式，嵌入式可剝奪型實(shí)時(shí)內(nèi)核之一。它是多任務(wù)操作系統(tǒng)。
（3）應(yīng)用軟件，編程是在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這里的編程環(huán)境是基于ARM的ADS1.2軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。它提供了ARMC，ARMC++，Thumb C,Thumb C++四種編譯器對(duì)原代碼進(jìn)行編譯。
1.2.1  UC/OSⅡ操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介
      點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)采用UC/OSⅡ操作系統(tǒng)，相比其他的操作系統(tǒng)，UC/OSⅡ具有以下特點(diǎn)：
1公開(kāi)源代碼。整個(gè)內(nèi)核大多采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，同時(shí)有詳細(xì)的注解，很適合研究與開(kāi)發(fā)之用。
2可移植性。內(nèi)核采用移植性很強(qiáng)的ANSIC編寫(xiě)，只有和微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語(yǔ)言寫(xiě)的。匯編語(yǔ)言寫(xiě)的部分已經(jīng)壓到最低限度，使得UC/OSⅡ便于移植到其他微處理器上。
3可固化。UC/OSⅡ是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，這就意味著，只要具有固化手段，UC/OSⅡ便可以嵌入到讀者的產(chǎn)品中成為產(chǎn)品的一部分。
4可裁減。用戶可根據(jù)需要只使用UC/OSⅡ中應(yīng)用程序需要的那些系統(tǒng)服務(wù)，這樣可以減少產(chǎn)品中UC/OSⅡ需要的存儲(chǔ)空間。
5多任務(wù)。UC/OSⅡ可管理64個(gè)任務(wù)，其中8個(gè)留給系統(tǒng)用。應(yīng)用程序最多可以有56個(gè)任務(wù)。賦予每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)必須是不同的，這意味著UC/OSⅡ不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法—該調(diào)度法適合于調(diào)度優(yōu)先級(jí)平等的任務(wù)。
6穩(wěn)定與可靠性。UC/OSⅡ是基于UC/OS的，UC/OS是自1992年以來(lái)有數(shù)百個(gè)商業(yè)應(yīng)用，是一個(gè)可靠性與穩(wěn)定性極好的系統(tǒng)。
7.1.2.2  uC/ OS—II操作系統(tǒng)的移植
實(shí)際上將uC/ OS—II 移植到ARM 處理器上,需要完成的工作主要是以下三個(gè)與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件：OS CPU.H，OS CPU.C 以及OS CPU A.S。
OS CPU. H 的移植，文件OS CPU. H 中包括了用# define 語(yǔ)句定義的與處理器相關(guān)的常數(shù)、宏以及類(lèi)型。 移植時(shí)主要修改的內(nèi)容有：與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類(lèi)型的設(shè)定；用#define 語(yǔ)句定義2 個(gè)宏開(kāi)關(guān)中斷；根據(jù)堆棧的方向定義OS STK GROWTH等。
      在將uC/ OS - II 移植到ARM 處理器上時(shí),首先進(jìn)行基本配置和數(shù)據(jù)類(lèi)型定義。重新定義數(shù)據(jù)類(lèi)型是為了增加代碼的可移植性,因?yàn)椴煌木幾g器所提供的同一數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度并不相同,例如int型,在有的編譯器中是16 位,而在另外一些編譯器中則是32 位。所以,為了便于移植,需要重新定義數(shù)據(jù)類(lèi)型,如INT32U 代表無(wú)符號(hào)32 位整型。typedefunsigned int INT8U ,就是定義一個(gè)8 位的無(wú)符號(hào)整型數(shù)據(jù)類(lèi)型。其次就是對(duì)ARM 處理器相關(guān)宏進(jìn)行定義,如ARM處理器中的退出臨界區(qū)和進(jìn)入臨界區(qū)的宏定義,退出臨界區(qū)宏定義[5 ] : # define OS EXITCRITICAL () ARMDisable Int ( ) / / 關(guān)中斷,進(jìn)入臨界區(qū)宏定義# define OS ENTER CRITICAL ( ) AR2MEnableInt () / / 開(kāi)中斷. 最后就是堆棧增長(zhǎng)方向的設(shè)定. 當(dāng)進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時(shí),入口參數(shù)和返回地址一般都會(huì)保存在當(dāng)前任務(wù)的堆棧中,編譯器的編譯選項(xiàng)和由此生成的堆棧指令就會(huì)決定堆棧的增長(zhǎng)方向,定義為# define OS STK GROWTH 1.
     OS CPU. C 的移植包括任務(wù)堆棧初始化和相應(yīng)函數(shù)的實(shí)現(xiàn). 在這里,共有6 個(gè)函數(shù):OSTaskStkInit( ) , OSSTaskCreateHook ( ) , OSTaskDelHook ( ) , OS2TaskSwHook( ) ,OSTaskStatHook ( ) , OSTimeTickHook () 。其中后面的5個(gè)HOOK函數(shù)又稱(chēng)為鉤子函數(shù),主要是用來(lái)對(duì)uC/ OS - II 進(jìn)行功能擴(kuò)展。這些函數(shù)為用戶定義函數(shù),由操作系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的HOOK函數(shù)去執(zhí)行,在一般情況下,他們都沒(méi)有代碼,所以實(shí)現(xiàn)為空函數(shù)即可。而函數(shù)OSTaskStkInit( ) 對(duì)堆棧進(jìn)行初始化,在ARM 系統(tǒng)中,任務(wù)堆?？臻g由高到低依次為PC ,LR ,R12 ,R11 , ⋯,R1 ,R0 ,CPSR ,SPSR. 在進(jìn)行堆棧初始化后,OSTaskStkInit ( )返回新的堆棧棧頂指針.
    OS CPU A. S 文件的移植需要對(duì)處理器的寄存器進(jìn)行操作,所以必須用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。這個(gè)文件的實(shí)現(xiàn)集中體現(xiàn)了所要移植到處理器的體系結(jié)構(gòu)和uC/ OS - II 的移植原理。 它包括4 個(gè)子函數(shù):OSStartHighRdy() , OSCtxSw() , OSIntCtxSw() ,OSTick2ISR()。其中難點(diǎn)在于OSIntCtxSw() 和OSTickISR() 函數(shù)的實(shí)現(xiàn),因?yàn)檫@兩個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與移植者的移植思路以及相關(guān)硬件定時(shí)器、中斷寄存器的設(shè)置有關(guān).在實(shí)際的移植工作中,這兩處也是比較容易出錯(cuò)的地方。
      OSIntCtxSw( )函數(shù)由OSIntExit( )函數(shù)調(diào)用,而OSIntExit()函數(shù)又由OSTickISR() 調(diào)用. OSIntCtxSw()函數(shù)最重要的作用就是它完成在中斷ISR中直接進(jìn)行任務(wù)切換,從而提高了實(shí)時(shí)響應(yīng)的速度. 它發(fā)生的時(shí)機(jī)是在ISR 執(zhí)行到OSIntExit ( )時(shí),如果發(fā)現(xiàn)有高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)因?yàn)榈却齮ime tick 的到來(lái)獲得了執(zhí)行• 7 2 • 第4 期李學(xué)橋等:uC/ OS - II 在ARM系統(tǒng)上的移植與實(shí)現(xiàn)的條件,就可以馬上被調(diào)度執(zhí)行,而不用返回被中斷的那個(gè)任務(wù)之后再進(jìn)行任務(wù)切換. 實(shí)現(xiàn)OSIntCtxSw() 的方法大致也有兩種情況[7 ] :一是通過(guò)調(diào)整SP 堆棧指針的方法,根據(jù)所用的編譯器對(duì)于函數(shù)嵌套的處理,通過(guò)精確計(jì)算出所需要調(diào)整的SP 位置來(lái)使得進(jìn)入中斷時(shí)所作的保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的工作可以被重用. 二是設(shè)置需要切換標(biāo)志位的方法,在OSIntCtxSw( ) 里面不發(fā)生切換,而是設(shè)置一個(gè)需要切換的標(biāo)志,等函數(shù)嵌套從進(jìn)入OSIntExit( )= >OS ENTER CRITI2CAL()= >OSIntCtxSw( )=>OS EXIT CRITICAL()=> OSIntExit( )退出后,再根據(jù)標(biāo)志位來(lái)判斷是否需要進(jìn)行中斷級(jí)的任務(wù)切換。
其次是對(duì)OSTickISR() 修改。OSTickISR() 首先在被中斷任務(wù)堆棧中保存CPU 寄存器的值,然后調(diào)用OSIntEnter()。隨后調(diào)用OSTimeTick()，檢查所有處于延時(shí)等待狀態(tài)的任務(wù),判斷是否有延時(shí)結(jié)束就緒的任務(wù)。最后調(diào)用OSIntExit( )。如果在中斷中(或其他嵌套的中斷)有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)就緒,并且當(dāng)前中斷為中斷嵌套的最后一層,OSIntExit( )將進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。如果進(jìn)行了任務(wù)調(diào)度,OSIntExit()將不再返回調(diào)用者,而是用新任務(wù)的堆棧中的寄存器數(shù)值恢復(fù)CPU 現(xiàn)場(chǎng),然后實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。如果當(dāng)前中斷不是中斷嵌套的最后一層,或中斷中沒(méi)有改變?nèi)蝿?wù)的就緒狀態(tài), OSIntExit ( ) 將返回調(diào)用者OSTickISR      ( ) ,OSTickISR() 返回被中斷的任務(wù). 最后就是退出臨界區(qū)和進(jìn)入臨界區(qū)函數(shù). 進(jìn)入臨界區(qū)時(shí),必須關(guān)閉中斷,用ARMDisableInt () 函數(shù)實(shí)現(xiàn). 在退出臨界區(qū)的時(shí)候恢復(fù)原來(lái)的中斷狀態(tài),通過(guò)ARMEnableInt ( ) 函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。至于進(jìn)行任務(wù)級(jí)上下文切換,則是由匯編子程序OSCtxSw 實(shí)現(xiàn)。
2  功能實(shí)現(xiàn)
2.1  數(shù)控三軸點(diǎn)膠機(jī)模型機(jī)
      上圖7.2.1為數(shù)控三軸點(diǎn)膠機(jī)模型機(jī)。由圖上可知，X，Y，Z三軸方向上，在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，工件在加工平臺(tái)上通過(guò)絲杠做兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)工件的加工，即點(diǎn)膠過(guò)程。點(diǎn)膠機(jī)上一般有一個(gè)/幾個(gè)膠槍?zhuān)粋€(gè)膠槍只能用來(lái)完成一個(gè)工件的加工，多個(gè)膠槍用來(lái)完成一組的工件的同時(shí)點(diǎn)膠，它們一般呈現(xiàn)矩陣狀或者其他規(guī)則形狀。還有個(gè)電磁閥用于調(diào)整膠水的流量。有的時(shí)候點(diǎn)膠機(jī)還有一個(gè)壓力供應(yīng)裝置用于噴射膠水。
2.1  案例
    1）工程概述
      以上是實(shí)際的加工的工件陣列，在此僅針對(duì)點(diǎn)線加工進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)于點(diǎn)點(diǎn)操作相對(duì)簡(jiǎn)單一些，在此就不再說(shuō)明了，系統(tǒng)可以通過(guò)參數(shù)設(shè)定來(lái)選擇是點(diǎn)點(diǎn)還是點(diǎn)線操作。系統(tǒng)可以自由設(shè)定加工的行列數(shù)（X方向或Y方向），以實(shí)現(xiàn)教導(dǎo)編輯一組工件，進(jìn)行多組加工的目的。
    a)系統(tǒng)上電回機(jī)械原點(diǎn)，確定機(jī)床的初始工作位置。
    b)安裝需加工的工件，選擇加工的文檔，進(jìn)入原點(diǎn)設(shè)定界面，設(shè)定系統(tǒng)的工作原點(diǎn)（加工數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置均是參考此原點(diǎn)的位置）
    c)進(jìn)入教導(dǎo)界面進(jìn)行工件的軌跡教導(dǎo)編程或直接導(dǎo)入CAD圖形，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)把CAD圖形轉(zhuǎn)換為我們標(biāo)準(zhǔn)的表格式數(shù)據(jù)以便于用戶再對(duì)其進(jìn)行靈活的編輯操作。
    d)數(shù)據(jù)教導(dǎo)編輯完成后，可以進(jìn)行單步校準(zhǔn)操作以檢測(cè)教導(dǎo)位置的準(zhǔn)確性，同時(shí)系統(tǒng)亦可以進(jìn)行模擬運(yùn)行操作。
    e)根據(jù)您的模具尺寸進(jìn)行X,Y偏移位置設(shè)定，以實(shí)現(xiàn)在加工時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行陣列加工。
    f)選擇加工界面，按“啟動(dòng)”即可開(kāi)始加工，加工過(guò)程中可以隨時(shí)選擇暫停加工，以及停止加工操作，便于您對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行控制操作。
加工時(shí)，可以是一個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)膠，也可以是一個(gè)規(guī)則的形狀的點(diǎn)膠，在處理過(guò)渡線時(shí)，可以采用分組加工的方法。當(dāng)交稅過(guò)夜時(shí)，首先將已經(jīng)干涸的部分?jǐn)D出噴槍外面，然后再進(jìn)行點(diǎn)膠。一般采用將噴槍推至點(diǎn)膠位的方法。當(dāng)電膠路線是銳角形狀時(shí)，可以采用在適當(dāng)位置插入更小銳角，然后，沿著此銳角進(jìn)行點(diǎn)膠的方法，這樣可以減少過(guò)渡圓弧產(chǎn)生的影響。
3  結(jié)論
      由整個(gè)控制系統(tǒng)的框架可以看出控制器是其核心部分。其中，ARM芯片和DSP運(yùn)動(dòng)控制芯片ADT-MC814是核心中的核心。可以這么說(shuō)，兩芯片性能的優(yōu)劣決定著整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣?？梢灶A(yù)見(jiàn)，伺服驅(qū)動(dòng)器在將來(lái)的數(shù)控行業(yè)中一定會(huì)占有一席之地，其性能優(yōu)劣對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣起到了至關(guān)重要的作用，是制約整個(gè)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的一個(gè)瓶頸，而決定系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量的另一個(gè)重要因素是軟件構(gòu)成。
      眾為興就是因?yàn)橛凶约旱囊惶总浖途幊碳夹g(shù)，所以才創(chuàng)出了自己的一套數(shù)控解決方案。這套方案使得嵌入式技術(shù)在數(shù)控方面得到更加廣泛的應(yīng)用?？刂破鱐S540DJ在點(diǎn)膠機(jī)上的應(yīng)用提高了工業(yè)生產(chǎn)力，給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了突飛猛進(jìn)的增長(zhǎng)。