Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Design von PCB Board Bohrmaschine Controller für I²C und Dual ARM
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Design von PCB Board Bohrmaschine Controller für I²C und Dual ARM

2022-04-18
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Author:pcb

Dieser Artikel präsentiert Leiterplatten Bohrpressensteuerung basierend auf einem I²C-Bus und zwei ARM-MikroControllern. Der Controller besteht aus zwei Teilen: Mensch-Computer-Interaktionssystem und Motion Control System, die über I²C Bus verbunden sind. Dieser Beitrag diskutiert die Hardwarestruktur und verwandte Schlüsseltechnologien des Steuerungssystems, und stellt das Softwaredesign des Mensch-Computer-Interaktionssystems basierend auf μC vor/OS-II Echtzeitbetriebssystem und Softwaredesign der zeitgesteuerten Werkzeugmaschinenbewegung.

Leiterplatten

1 Introduction
The Leiterplatten Bohrmaschine ist eine wichtige Ausrüstung in der Herstellung von Leiterplatten. Mit der Verbesserung der Verarbeitungsanforderungen von elektronischen Produkten, Die Low-End-Mikrocontroller-basierte PCB-Bohrmaschinensteuerung war schwierig, die Anforderungen zu erfüllen. ARM7TDMI ist eine 32-Bit-RISC-Mikrocontroller-Struktur, die von ARM Corporation am Ende des zwanzigsten Jahrhunderts vorgeschlagen wurde.. Die Chips, die auf diesem Kern basieren, sind vielfältig und haben die Eigenschaften einer hohen Laufgeschwindigkeit, geringer Stromverbrauch und niedriger Preis. Dieses Papier stellt eine Leiterplattenbohrmaschinensteuerung vor, die auf dualer ARM-Struktur basiert, Das behebt nicht nur die Mängel der geringen Leistung herkömmlicher Low-Grade-Bohrmaschinensteuerungssysteme, hat aber auch eine hohe Wirtschaftlichkeit. Es ist eine ideale Steuerung für PCB Bohrmaschinen. Numerisches Steuerungssystem wird entsprechend der Struktur unterteilt, generally there are single CPU and multi-CPU points [5]. Eine einzelne CPU nutzt in der Regel einen zentralisierten Steuerungszeitteilungsprozess, um verschiedene Aufgaben des CNC-Systems zu erledigen. Es hat die Eigenschaften der kompakten Struktur, aber die Funktion ist relativ einfach. Das CNC-System mit Multi-CPU Struktur nimmt Multi-CPU parallele Verarbeitung an, die das System höhere Leistung erreichen lassen kann. Mehrere CPUs verwenden in der Regel einen gemeinsamen Bus oder gemeinsamen Speicher, um zu kommunizieren. Das Steuerobjekt der Bohrmaschinensteuerung ist komplizierter: Es muss vier Sätze von Panasonic MINAS AC Servosystemen steuern, 4-Spindelmotoren, 9-Schalteingänge und 11-Relaisausgänge. Wenn der Controller eine einzelne CPU-Struktur annimmt, Der Controller muss mehr Hardware erweitern, was die Systemkosten erhöht und die Systemzuverlässigkeit verringert; wenn der Controller eine duale CPU-Struktur annimmt, Die Steuerung kann hierarchisch nach Funktionen gestaltet werden: Die Aufgaben des Mensch-Computer-Interaktionssystems werden an eine CPU übergeben, während die Bewegungssteuerung der Werkzeugmaschine an eine andere CPU übergeben wird. Auf diese Weise, die Menge der externen Erweiterungshard reduziert wird, die Kosten werden gesenkt, und die Zuverlässigkeit wird verbessert.

2. The hardware design of the controller
The controller consists of a system board and an interface board: the system board is composed of LPC2214 and S3C44B0X and their related peripheral circuits, und für die Verarbeitung Verantwortlicher ist; Die Schnittstellenplatte ist hauptsächlich für die Antriebs- und Niveauanpassung zwischen der Systemplatine und den Elektrogeräten der Werkzeugmaschine verantwortlich.

2.1 Hardware Design of Controller System Board
The controller system board consists of two subsystems: human-computer interaction system and machine tool motion control system. Das Mensch-Computer-Interaktionssystem und die Bewegungssteuerung der Werkzeugmaschine tauschen Daten über den I²C-Bus aus. Der I²C-Bus ist ein serieller Bus von Philips, das die Eigenschaften der hohen Geschwindigkeit und der einfachen Hardwareverbindung hat, ohne zusätzliche Hardware.

2.1.1 Hardware design of controller human-computer interaction system
The human-computer interaction system of the controller adopts S3C44B0X as an extension of a series of hardware to form a system with perfect human-computer interaction function. Das System erweitert einen NOR Typ Flash Speicherchip SST39VF1601 um 16-Bit Datenbreite und 2MB Speicherplatz als Systemprogramm Speicher. Um die Ausführungsgeschwindigkeit des Systemprogramms zu verbessern, we expanded a HY57V641620 SDRAM with 1M*4Bank*16I/O. Sobald das System eingeschaltet ist, Das System Initialisierungsprogramm kopiert das in SST39VF1601 gespeicherte Systemprogramm nach HY57V641620, und gleichzeitig, Der Speicherbereich des Systemprogramms befindet sich ebenfalls in HY57V641620, damit das Systemprogramm vollständig im SDRAM laufen kann. Um sicherzustellen, dass die Bohrdateien der Werkzeugmaschine auch nach dem Ausschalten der Werkzeugmaschine gespeichert werden können, Das System erweitert einen 16MB NandFlash Chip K9F2808 als elektronische Festplatte des Systems. Da S3C44B0X einen eigenen LCD-Controller hat, Das System wählt STN Typ 256-color 640x480 Pixel EDMGRB8KHF LCD Modul ohne LCD Controller produziert von Mitsubishi als Ausgabe von Werkzeugmaschineninformationen. Die Eingabe von Systembetriebsinformationen nimmt PS an/2-Tastatur. Das System bohrt die Datei vom PC über die serielle RS232-Schnittstelle. Um das System Debugging Programm zu erleichtern, hat das Mensch-Computer-Interaktionssystem einen JTAG-Port entworfen. Einige wichtige Parameter der Werkzeugmaschine, z. B. die Schneckenabstellung der Werkzeugvorschubachse, das Impulsäquivalent des AC-Servosystems, etc. müssen gespeichert werden, So erweitert das System einen 512B EEPROM Chip AT24C04 basierend auf I²C Bus.

2.1.2 Hardware Design of Machine Tool Motion Control System
The motion control system of the machine tool is the LPC2214 microcontroller. LPC2214 hat 256KB Flash Speicher und 16KB SRAM innen, Keine Notwendigkeit, Programmspeicher und Datenspeicher zu erweitern. Das System entwirft einen seriellen RS232 Port, das für den ISP des LPC2214 Systemprogramms verwendet wird. Um das Debuggen des Programms zu erleichtern, hat das Motion Control System einen JTAG Port entworfen. Die Schaltungsstruktur des Bewegungssteuerungssystems der Werkzeugmaschine ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Hardwarestruktur zentriert auf LPC2214 in der Steuerungssystemplatine. Elektrogeräte für Werkzeugmaschinen werden direkt mit LPC2214 über die Schnittstellenschaltung verbunden.

2.1.3 Communication between human-computer interaction system and machine tool motion control system
After processing by S3C44B0X, Die Bearbeitungsanweisungen des CNC-Systems sollten zur Ausführung an LPC2214 gesendet werden, und das Ergebnis der LPC2214 Ausführung sollte zur Verarbeitung und Anzeige an S3C44B0X zurückgegeben werden. Das System kommuniziert über den I²C-Bus. S3C44B0X arbeitet im Master-Modus, während AT24C04 und LPC2214 im Slave-Modus arbeiten. Die Slave-Adresse von AT24C04 ist 0xa0, die Slave-Adresse von LPC2214 ist 0x50, und die Rate von I²C ist 400KHz. S3C44B0X und LPC2214 bilden jeweils ein 24-Byte-globales Array für die Kommunikation.

3. Software Design
The software part is mainly composed of human-computer interaction system software and machine tool motion control system software. Die Software-Struktur des Mensch-Computer-Interaktionssystems ist komplexer, so transplantiert die Software μC/Betriebssystem OS II. Die Softwarestruktur des Bewegungssteuerungssystems der Werkzeugmaschine ist relativ einfach, Aber dieser Teil der Software hat starke Echtzeitanforderungen, so dass die Software das Betriebssystem nicht transplantiert, wird aber in einem zeitgetriggerten Modus geschrieben.

3.1 Human-computer interaction system software design
Human-computer interaction system software is written in a layered manner. Die Software ist in Systemschicht und Anwendungsschicht unterteilt. Die Hauptaufgabe des Systems Layer Designs ist die Transplantation des eingebetteten Betriebssystems μC/OS-II zuerst, und dann den Betriebssystemkernel zu einer einfachen und effizienten Plattform erweitern. Das Design der Anwendungsschicht basiert auf dieser Plattform, um den Betrieb der Verarbeitungsdatei zu realisieren, die manuelle Bearbeitung der Werkzeugmaschine, die automatische Bearbeitung der Werkzeugmaschine, Einstellung der Werkzeugmaschinenparameter und anderer Aufgaben. Die Systemschicht wird auf Basis von μC verpflanzt und erweitert/OS-II Betriebssystemkernel. Das sogenannte Portieren bedeutet, dass das Betriebssystem auf einer bestimmten Prozessorplattform laufen kann, indem ein bestimmter Code geschrieben wird. Nach der Beschreibung von μC/OS-II, Portierung beinhaltet die Portierung der Codes in drei Dateien, die mit dem Prozessor zusammenhängen: OS_CPU.H, OS_CPU_A..ASM, OS_CPU_C.C [4]. Auf der Grundlage des von μC bereitgestellten Kernels/OS-II, Der Betriebssystemkernel wird durch das Design von Treibermodulen erweitert, Systemaufgaben, API-Funktionen des Betriebssystems und Task Scheduling Module. Durch Design und Realisierung von Schnittstellenfunktionen wie LCD, Tastatur, K9F2808, I²C Bus und serielle Kommunikation, etc., Es wird ein Treibermodul eingerichtet, um die API-Funktionen des Betriebssystems von der zugrunde liegenden Hardware zu trennen. Der Systemaufgabenteil entwirft drei grundlegende Aufgaben: LCD Refresh Task, Tastaturleseaufgabe, I²C Bus Lese- und Schreibaufgabe, und mit dem Start des Betriebssystems laufen. Basierend auf den API-Funktionen, die von der Systemschicht bereitgestellt werden, Die Applikationsschicht entwirft die Hauptaufgaben und Aufgaben wie manuelle Bearbeitung, automatische Bearbeitung, Dateiübertragung, und Parametereinstellung der Werkzeugmaschine.

3.2.LPC2214 programming
The control program structure of the machine tool motion control system is relatively simple, und die Programmmodule sind relativ unabhängig, aber die Echtzeitanforderungen sind sehr hoch. Weil das eingebettete Echtzeitbetriebssystem einen Teil der Systemressourcen belegt, Einfluss auf die Echtzeitleistung des Systems, und die Schwierigkeit des Systemdesigns erhöhen, wir transplantieren nicht das eingebettete Echtzeitbetriebssystem, aber verwenden Sie eine einfache Zeitplanungsmethode. Mit dieser Planungsmethode kann das Programm eine bessere Robustheit und Stabilität haben. Das System verwendet den Timer, um den Rhythmus der Systemplanung zu generieren, und verwendet den Timer, um das Programm für die Planung zu unterbrechen. Das System verwendet Timer 0, um den Takt des Systems zu generieren, und die Zeitspanne ist 1ms. Das System nutzt die Unterbrechung des PWM-Reglers und vier Vergleichsregister, um die Erzeugung des Vorschubimpulses des AC-Servosystems zu steuern. Wir unterteilen Aufgaben in zwei Kategorien: eine ist periodisch und die andere ist aperiod. Jede Aufgabe hat einen Task Control Block. Die Datenstruktur des Aufgabensteuerungsblocks ist wie folgt: Der Aufgabensteuerungsblock enthält wichtige Informationen über den geplanten Vorgang: ob es sich bei dem Vorgang um einen periodischen oder einen nicht periodischen Vorgang handelt, und wenn die Aufgabe ausgeführt wird, und die Aufgabe ist fertig. Logo etc. Die Hauptaufgaben der Steuerung sind: X-Vorschubachse Impulssendeaufgabe, Steueraufgabe der Y-Vorschubachse, Aufgabe zur Steuerung der Vorschubachse Z1, Aufgabe zur Steuerung der Vorschubachse Z2, Aufgabe der Steuerung des Spindelmotors, Werkzeugwechselaufgabe, etc.

4 Conclusion
In the controller scheme consideration and design, Wir berücksichtigen die Empfindlichkeit des eingebetteten Systems gegenüber Stromverbrauch vollständig, Kosten und Größe. Die I2C-basierte duale ARM Struktur Bohrsteuerung hat die Eigenschaften der ausgezeichneten Leistung, hohe Systemintegration, zuverlässige Leistung, Freundliche Mensch-Computer-Interaktion und gute Skalierbarkeit. Verglichen mit der traditionellen Single-Chip-basierten Bohrsteuerung, es hat große Leistung. Verbesserung. Dieses Design liefert eine neue Idee für die Anwendung des Embedded Systems in der Leiterplatten controller, und hat einen guten Anwendungswert.