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设计一种研究数字控制(尤其是各种数字插补算法及其性能和状态的研究)的专用数字图示仪，其适用于数控人才培养。该图示仪能对控制芯片发出的各类脉冲和电平信号实时捕获，并进行分析，通过图形的形式形象地将插补算法，脉冲信号以及运动轨迹之间的关系以一组按比例缩放的脉冲序列和一个坐标图的形式显示出来。它具有结构简单，价格低廉，功能实用等特点。
在数字控制的研究中经常需要检测多轴驱动器输出脉冲，以了解算法、插补脉冲、运动轨迹及其三者之间的关系。采用普通示波器虽然可以查看脉冲，但由于多数示波器是基于两轴设计的，对三轴和多轴的情况进行观察时操作很不方便，并且不能反映出脉冲和运动轨迹之间的关系。此外，在数控人才培训的过程中，初学者通过轨迹仿真这一过程来理解和分析整个机床各机构的工作原理具有一定的困难，要再进一步分析插补脉冲和机床运动之间的关系难度更大。
在此设计了一种基于ARM嵌入式处理器的专用数字图示仪，能帮助仅具有基本操作知识的使用者，直观清楚地了解插补过程中各轴脉冲的关系和对应算法下刀具运动的轨迹。
系统以采用NXP公司的ARM7 LPC2136高速处理器作为核心处理硬件，该处理器体积少，功耗低，价格便宜，性能较高，I／O资源丰富，运算速度满足系统需求。根据功能的设计要求，系统的硬件组成划分为面板控制模块、液晶显示模块、核心处理单元和运动控制模块4大部分。
系统的具体实现上，MCX314输出的信号分别为方向信号(高低电平)和脉冲信号，PP代表脉冲；PM代表方向；z，y，z分别对应各方向轴。液晶屏采用 I／O方式驱动，ARM处理器由P0．12～PO．15端口输出控制信号，由P0．16～P0．23端口写入或读取数据。显示波形的纵向增益、横向增益、触发电平及波形的扩展分别通过4个不同的电位器控制，ARM处理器对电位器上的电压进行A／D采样获取输入信息。另外，还设计了脉冲、特性和电压测试，以扩展该数字图示仪的应用场合。
软件系统由运行在实时操作系统μC／OS-Ⅱ上的两个任务和独立于操作系统的一个中断服务程序组成。显示更新任务负责将传人数据以图形方式及时准确地显示在显示屏上；操作检测任务负责将外界各项操作的电平信号转换为一定格式的数据传递给操作系统的其他任务，以便下一步处理；脉冲捕获中断服务程序负责计算运动控制芯片发送的脉冲频率，并检测方向电平的状态，确定电机转动方向。
(3)信号捕获中断服务程序。
经测试，该系统在最高脉冲频率为200kHz的运动控制芯片驱动下能够正常显示各轴脉冲的比例关系和相应的频率值，并能准确地描绘出如直线、简单曲线和基本弧形等加工轨迹。图示仪的最大响应延时约为30 ms，基本上能满足设计要求。
图6是驱动器最高脉冲频率为20 kHz下加工弧形时绘制的图形。图中弧形约占5π／8，横轴和纵轴的速度比约为2：1。在驱动器允许范围内，频率表与速度成正比，即频率比也约为2：1。图中测试值基本符合理论值。
4 结 话
在此着重介绍了基于ARM的运动轨迹数字图示仪的设计，分别从硬件设计和软件设计两个方面描述了系统的实现方法。它通过较低的成本，解决了数控研究和教学过程中分析插补算法、插补脉冲和刀具运动轨迹三者间关系的困难问题，在教学实用性上效果明显。
