基于SoC的雕刻機的設計

SOC技術(shù)，是一種高度集成化、固件化的系統集成技術(shù)。使用SOC技術(shù)設計系統的核心思想，就是要把整個(gè)應用電子系統全部集成在一個(gè)芯片中。在使用SOC技術(shù)設計應用系統，除了那些無(wú)法集成的外部電路或機械部分以外，其他所有的系統電路全部集成在一起。

　　隨著(zhù)現代技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，運動(dòng)控制技術(shù)取得了巨大的成就，被認為是21世紀最有發(fā)展潛力的技術(shù)之一。運動(dòng)控制器作為數控系統的核心運算單元，具有舉足輕重的地位。但縱觀(guān)所有市場(chǎng)，幾乎所有的產(chǎn)品都定位于工控領(lǐng)域，在低成本的民用領(lǐng)域卻很少涉及。針對低端運動(dòng)控制器的市場(chǎng)應用前景，本文主要應用SoC技術(shù)，采用SLAB公司最新推出的高性能混合信號處理器C8051F120,設計出基于SoC技術(shù)的運動(dòng)控制器，從而實(shí)現低成本的大規模生產(chǎn)。

　　1 雕刻數控系統的一般構成

　　雕刻機的數控系統是指一種能夠裝載數控程序文件并能夠自動(dòng)控制機床進(jìn)行加工的控制系統。其工作原理：用計算機編制數控加工程序（或畫(huà)出需要雕刻的圖形），通過(guò)存儲介質(zhì)傳輸給運動(dòng)控制模塊，運動(dòng)控制模塊將NC程序解釋成特定的加工路徑數據，并通過(guò)查補和速度控制算法產(chǎn)生控制步進(jìn)電機或伺服電機（本文采用步進(jìn)電機），控制X、Y、Z等軸的進(jìn)給，對工件進(jìn)行加工。

　　2 基于C8051F120的運動(dòng)控制系統

　　本設計采用SLAB公司最新推出的混合信號處理器C8051F120作為核心控制器，在滿(mǎn)足插補速度的同時(shí)，成本相對較低，但沒(méi)有涉及到多軸插補，一般應用在只需要低速度點(diǎn)位運動(dòng)控制和對軌跡要求不高的輪廓運動(dòng)控制場(chǎng)合。

　　2.1 C8051F120芯片簡(jiǎn)介

　　C8051F120器件是完全集成混合信號的片上系統型MCU芯片，具有100個(gè)I/O引腳，其內部采用高速、流水線(xiàn)結構、與8051兼容的CIP-51內核，運行速度可達100 MIPS;采用全速、非入侵式的系統片內調試接口，極大地方便了系統的調試；其16×16的MAC單元可以提供強大的數據處理能力；128 KB的片上Flash和8 KB的片內數據存儲器，為大容量的數據存儲提供了空間。

　　 2.2 C8051F120中直線(xiàn)插補的實(shí)現

　　C8051F120是實(shí)現數控過(guò)程中運算的關(guān)鍵，全部運算均由其完成。當采用逐點(diǎn)比較法實(shí)現直線(xiàn)插補時(shí)，每走一步都需要4個(gè)節拍.其實(shí)現步驟如下：

　?。?）誤差判別。判別偏差函數F的正負，確定工作點(diǎn)相對于規定曲線(xiàn)的位置。

　?。?）坐標進(jìn)給。根據偏差情況，控制X或Y坐標進(jìn)給一步，使工作點(diǎn)向規定的曲線(xiàn)靠攏。

　?。?）偏差計算。進(jìn)給一步后，計算工作點(diǎn)與規定曲線(xiàn)的新偏差，作為下一步偏差判別的依據。

　?。?）終點(diǎn)判別。判斷終點(diǎn)是否到達，如果未到達終點(diǎn)，繼續插補；如果已經(jīng)到達終點(diǎn)，則停止插補。

　　 3 C8051F120中軟件的實(shí)現

　　C8051F120具有雙周期的16×16 MAC單元，其100 MIPS強大的數據吞吐能力為逐點(diǎn)比較法實(shí)現直線(xiàn)插補提供了強有力的支持.只需先將坐標絕對化，同時(shí)記錄象限值，偏差判斷后決定進(jìn)給量即可方便地實(shí)現直線(xiàn)插補。

　　本文在吸收消化國內外先進(jìn)產(chǎn)品的經(jīng)驗后，采用低成本的器件開(kāi)發(fā)出極低成本、性能優(yōu)良的運動(dòng)控制模塊，能夠滿(mǎn)足廣泛的刻章機、點(diǎn)膠機等小型數控系統的需要，并可以繼續開(kāi)發(fā)出高端運動(dòng)控制器才有的脫機功能，具有廣泛的推廣價(jià)值和使用價(jià)值。