Blogue PCB - Conception du contrôleur de machine de forage de carte PCB pour I²C et Dual ARM

Cet article présente un contrôleur de presse de forage pour cartes imprimées basé sur un bus I²C et des microcontrôleurs ARM doubles. Le contrôleur se compose de deux parties: système d'interaction homme-ordinateur et système de contrôle de mouvement, qui sont reliés par le bus I²C. Ce document traite de la structure matérielle et des technologies clés connexes du système de contrôleur, et présente la conception logicielle du système d'interaction homme-ordinateur basé sur le système d'exploitation en temps réel μC / OS-II et la conception logicielle du système de contrôle du mouvement de la machine-outil déclenché dans le temps.

1 IntroductionLa machine de forage de cartes de circuits imprimés est un équipement important dans la production de cartes de circuits imprimés. Avec l'amélioration des exigences de traitement des produits électroniques, le contrôleur de machine de forage à PCB basé sur un microcontrôleur de gamme basse a été difficile à répondre aux exigences. ARM7TDMI est une structure de microcontrôleur RISC 32 bits proposée par ARM Corporation à la fin du 20ème siècle. Les puces basées sur ce noyau sont riches en variété et ont les caractéristiques de vitesse de fonctionnement élevée, faible consommation d'énergie et bas prix. Ce document présente un contrôleur de machine de forage PCB basé sur une structure double ARM, qui non seulement résout les lacunes de faibles performances des systèmes de contrôle de machine de forage traditionnels de faible qualité, mais a également une économie élevée. C'est un contrôleur idéal pour les machines de forage PCB. Le système de contrôle numérique est divisé en fonction de la structure, généralement il y a des points CPU unique et multi-CPU [5]. Un seul processeur utilise généralement un processus centralisé de partage du temps de commande pour effectuer diverses tâches du système CNC. Il a les caractéristiques de structure compacte, mais la fonction est relativement simple. Le système CNC avec structure multi-CPU adopte un traitement parallèle multi-CPU, ce qui peut rendre le système plus performant. Plusieurs processeurs utilisent généralement un bus partagé ou une mémoire partagée pour communiquer. L'objet de commande du contrôleur de machine de forage est plus compliqué: il doit contrôler 4 ensembles de systèmes servo AC Panasonic MINAS, 4 moteurs à broche, 9 entrées de commutateur et 11 sorties de relais. Si le contrôleur adopte une structure CPU unique, le contrôleur doit étendre plus de matériel, ce qui augmente le coût du système et réduit la fiabilité du système; si le contrôleur adopte une structure à double processeur, le contrôleur peut être conçu hiérarchiquement selon les fonctions: les tâches du système d'interaction homme-ordinateur sont transférées à un processeur, tandis que le contrôle du mouvement de la machine-outil est transféré à un autre processeur. De cette manière, la quantité de matériel d'expansion externe est réduite, le coût est abaissé et la fiabilité est améliorée.2. La conception matérielle du contrôleur Le contrôleur se compose d'une carte système et d'une carte d'interface: la carte système est composée de LPC2214 et S3C44B0X et de leurs circuits périphériques connexes, et est le contrôleur; la carte d'interface est principalement responsable de l'entraînement et de la correspondance de niveau entre la carte de système et les appareils électriques de la machine-outil.2.1 Conception matérielle de la carte de système de contrôleur La carte de système de contrôleur se compose de deux sous-systèmes: système d'interaction homme-ordinateur et système de contrôle du mouvement de la machine-outil. Le système d'interaction homme-ordinateur et le système de contrôle du mouvement de la machine-outil échangent des données par le bus I²C. Le bus I²C est un bus série proposé par Philips, qui présente les caractéristiques d'une connexion matérielle rapide et simple, sans ajouter de matériel.2.1.1 Conception matérielle du système d'interaction homme-ordinateur du contrôleur Le système d'interaction homme-ordinateur du contrôleur adopte S3C44B0X comme extension d'une série de matériel pour former un système avec une fonction d'interaction homme-ordinateur parfaite. Le système étend une puce de mémoire Flash de type NOR SST39VF1601 avec une largeur de données de 16 bits et 2 Mo d'espace de stockage en tant que mémoire de programme système. Afin d'améliorer la vitesse d'exécution du programme système, nous avons étendu une mémoire SDRAM HY57V641620 avec 1M*4Bank*16I/O. Une fois le système allumé, le programme d'initialisation du système copie le programme système stocké dans SST39VF1601 à HY57V641620, et en même temps, la zone de stockage des données du programme système est également dans HY57V641620, de sorte que le programme système peut fonctionner complètement dans la mémoire SDRAM. Afin de s'assurer que les fichiers de forage de la machine-outil peuvent toujours être enregistrés après que la machine-outil soit éteinte, le système étend une puce NandFlash de 16 Mo K9F2808 comme disque dur électronique du système. Puisque le S3C44B0X a son propre contrôleur LCD, le système sélectionne le module LCD EDMGRB8KHF de type STN 256 couleurs 640x480 pixels sans contrôleur LCD produit par Mitsubishi comme sortie d'informations sur la machine-outil. L'entrée des informations de fonctionnement du système adopte le clavier PS/2. Pour faciliter le programme de débogage du système, le système d'interaction homme-ordinateur a conçu un port JTAG. Certains paramètres importants de la machine-outil, tels que le pas de vis de l'axe d'alimentation de la machine-outil, l'équivalent d'impulsion du système servo AC, etc., doivent être enregistrés, de sorte que le système étend une puce EEPROM 512B AT24C04 basée sur le bus I²C.2.1.2 Conception matérielle du système de contrôle du mouvement de la machine-outilLe système de contrôle du mouvement de la machine-outil est le microcontrôleur LPC2214. LPC2214 a 256 Ko de mémoire flash et 16 Ko de SRAM à l'intérieur, il n'est pas nécessaire d'étendre la mémoire de programme et la mémoire de données. Le système conçoit un port série RS232, qui est utilisé pour le FAI du programme système LPC2214. Pour faciliter le débogage du programme, le système de commande de mouvement a conçu un port JTAG. La structure du circuit du système de commande de mouvement de la machine-outil est représentée sur la figure 1. La structure matérielle centrée sur LPC2214 dans la carte système du contrôleur. Les appareils électriques de la machine-outil sont directement connectés au LPC2214 par l'intermédiaire du circuit d'interface.2.1.3 Communication entre le système d'interaction homme-ordinateur et le système de contrôle du mouvement de la machine-outilAprès traitement par S3C44B0X, les instructions d'usinage du système CNC doivent être envoyées au LPC2214 pour l'exécution, et le résultat de l'exécution du LPC2214 doit être retourné au S3C44B0X pour le traitement et l'affichage. Le système communique à l'aide du bus I²C. Le S3C44B0X fonctionne en mode maître, tandis que le AT24C04 et le LPC2214 fonctionnent en mode esclave. L'adresse esclave d'AT24C04 est 0xa0, l'adresse esclave de LPC2214 est 0x50, et le taux d'I²C est de 400KHz. S3C44B0X et LPC2214 établissent chacun un tableau global de 24 octets pour la communication. La partie logicielle est principalement composée de logiciels de système d'interaction homme-ordinateur et de logiciels de système de contrôle du mouvement de la machine-outil. La structure logicielle du système d'interaction homme-ordinateur est plus complexe, de sorte que le logiciel transplante le système d'exploitation μC/OS-II. La structure logicielle du système de contrôle du mouvement de la machine-outil est relativement simple, mais cette partie du logiciel a de fortes exigences en temps réel, de sorte que le logiciel ne transplante pas le système d'exploitation, mais est écrit dans un mode déclenché par le temps. Le logiciel est divisé en couche système et couche application. La tâche principale de la conception de la couche système est de transplanter d'abord le système d'exploitation intégré μC/OS-II, puis d'étendre le noyau du système d'exploitation pour former une plateforme simple et efficace. La conception de la couche d'application est basée sur cette plateforme pour réaliser le fonctionnement du fichier de traitement, le traitement manuel de la machine-outil, le traitement automatique de la machine-outil, le réglage des paramètres de la machine-outil et d'autres tâches. La couche système est transplantée et étendue sur la base du noyau du système d'exploitation μC/OS-II. Le port signifie que le système d'exploitation peut fonctionner sur une plateforme de processeur spécifique en écrivant un certain code. Selon la description de μC/OS-II, le port comprend le port des codes dans trois fichiers liés au processeur: OS_CPU. H, OS_CPU_A..ASM, OS_CPU_C.C [4]. Sur la base du noyau fourni par μC/OS-II, le noyau du système d'exploitation est étendu en concevant des modules de pilotes, des tâches système, des fonctions API du système d'exploitation et des modules de planification des tâches. Grâce à la conception et à la réalisation de fonctions d'interface telles que LCD, clavier, K9F2808, bus I²C et communication série, etc., un module de pilote est établi pour séparer les fonctions API du système d'exploitation du matériel sous-jacent. La partie des tâches du système conçoit trois tâches de base: tâche de rafraîchissement de l'écran LCD, tâche de lecture du clavier, tâche de lecture et d'écriture du bus I²C, et exécuter avec le démarrage du système d'exploitation. Sur la base des fonctions API fournies par la couche système, la couche application conçoit les principales tâches et tâches telles que l'usinage manuel, l'usinage automatique, le transfert de fichiers et le réglage des paramètres de la machine-outil.3.2.Programmation LPC2214La structure du programme de contrôle du système de contrôle du mouvement de la machine-outil est relativement simple et les modules de programme sont relativement indépendants, mais les exigences en temps réel sont très élevées. Parce que le système d'exploitation intégré en temps réel occupera une partie des ressources du système, affectera les performances en temps réel du système et augmentera la difficulté de la conception du système, nous ne transplantons pas le système d'exploitation intégré en temps réel, mais utilisons une méthode de planification temporelle simple. L'utilisation de cette méthode de planification peut rendre le programme plus robuste et plus stable. Le système utilise le minuteur pour générer le rythme de la planification du système, et utilise le minuteur pour interrompre le programme de planification. Le système utilise le temporisateur 0 pour générer le rythme du système, et la période de temporisation est de 1ms. Le système utilise l'interruption du contrôleur PWM et quatre registres de comparaison pour contrôler la génération de l'impulsion d'alimentation du servosystème AC. Nous divisons les tâches en deux catégories : l’une est périodique et l’autre apériodique. Chaque tâche a un bloc de contrôle de tâche. La structure des données du bloc de contrôle des tâches est la suivante: Le bloc de contrôle des tâches contient des informations importantes sur la tâche à planifier: si la tâche est une tâche périodique ou une tâche non périodique, et quand la tâche est en cours d'exécution et la tâche est prête. logo, etc. Les principales tâches du système de contrôle sont: tâche d'envoi d'impulsion de l'axe d'alimentation X, tâche de contrôle de l'axe d'alimentation Y, tâche de contrôle de l'axe d'alimentation Z1, tâche de contrôle de l'axe d'alimentation Z2, tâche de contrôle du moteur de broche, tâche de changement d'outil, etc. Le contrôleur de forage double structure ARM basé sur I2C présente les caractéristiques d'excellentes performances, d'une intégration système élevée, de performances fiables, d'une interaction homme-ordinateur conviviale et d'une bonne évolutivité. Comparé au contrôleur de forage traditionnel à puce unique, il a d'excellentes performances. amélioration. Cette conception offre une nouvelle idée pour l'application du système embarqué dans le contrôleur de cartes de circuits imprimés, et a une bonne valeur d'application.