介紹一種基于Atmel 公司AT91M40800 芯片的嵌入式一體化工業(yè)控制機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)提供了32 位高速數(shù)據(jù)處理能力，并配有CPLD、LCD、PS/2 鍵盤、CF 卡、USB 及串行接口等多項(xiàng)功能，并留有16 路輸入/輸出擴(kuò)展口，體積小巧，便于攜帶，操作方便，可通用于許多工業(yè)控制領(lǐng)域，特別是需要用步進(jìn)電機(jī)控制二維和準(zhǔn)三維運(yùn)動(dòng)控制的場(chǎng)合。
關(guān)鍵詞：ARM；嵌入式系統(tǒng)；一體化；工業(yè)控制
嵌入式微機(jī)工業(yè)控制技術(shù)是 20 世紀(jì)以來在計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)踐中產(chǎn)生和發(fā)展起來的非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的一種自動(dòng)化技術(shù)，它集電氣、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)于一體，具有速度快、工作方式靈活、可靠性高、信息處理能力強(qiáng)、成本低、適用范圍廣等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中已得到廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)工業(yè)控制場(chǎng)合中用的嵌入式工控設(shè)備大多采用的是以8 位單片機(jī)（MCS-51）為內(nèi)核，有價(jià)格低廉、設(shè)計(jì)較容易、能達(dá)到一般要求的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著存儲(chǔ)容量小，獨(dú)立工作時(shí)功能較弱，較強(qiáng)功能要與PC機(jī)聯(lián)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性能不強(qiáng)，定位精度不高，人機(jī)交互復(fù)雜，操作不方便等。我們選用功能強(qiáng)大的32 位嵌入式微處理器ARM 來代替8 位單片機(jī)，并將控制板與電源、步進(jìn)電機(jī)和被控制設(shè)備集成于一體，形成一種新的機(jī)型——嵌入式一體化工業(yè)控制機(jī)。
嵌入式一體化工業(yè)控制機(jī)是一套與工控工作臺(tái)集成在一起的單片機(jī)控制系統(tǒng)，配備了合適尺寸的液晶顯示屏以顯示工作菜單；可接入PS/2 標(biāo)準(zhǔn)鍵盤；顯示內(nèi)容包括文字、流水號(hào)、日期和圖形；可通過RS232 串行口或USB 接口與PC 機(jī)和其它設(shè)備連接；CF 卡接口可以接入8M～2G 的CF 卡；NAND flash用作穩(wěn)定存儲(chǔ)；有JTAG 接口用于調(diào)試；另有三個(gè)面板按鍵（確認(rèn)鍵、下移鍵、返回鍵）以及一個(gè)急停鍵單獨(dú)控制操作；支持多國語言菜單等。由于采用較高性能的處理器及相關(guān)外圍硬件設(shè)備，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議更加可靠、合理、易于擴(kuò)展；人機(jī)交互操作更加友好、方便；系統(tǒng)集成度更高、體積更小。
該系統(tǒng)既可作為嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立工作，也可作為從屬功能設(shè)備由PC 機(jī)進(jìn)行控制，以完成更復(fù)雜的工作。該系統(tǒng)有三種工作模式：獨(dú)立工作模式、聯(lián)機(jī)工作模式和維護(hù)工作模式。
在機(jī)電一體化項(xiàng)目中，經(jīng)常會(huì)遇到工件需做往返運(yùn)動(dòng)或需精確定位等場(chǎng)合，這些項(xiàng)目采用步進(jìn)電機(jī)控制簡單易行。因此內(nèi)含步進(jìn)電機(jī)的嵌入式一體化工業(yè)控制機(jī)應(yīng)用廣泛，可用作氣動(dòng)加工、激光加工、自動(dòng)焊接等設(shè)備的控制系統(tǒng)。例如，能在各種金屬或非金屬物體上打出文字圖形的機(jī)電一體化設(shè)備——打標(biāo)機(jī)，應(yīng)用該系統(tǒng)可較大幅度地提高打標(biāo)的速度和精度。又如激光加工機(jī)床，它通過控制激光束和工件之間的相對(duì)位置來切割、打孔和熱處理各種零器件，采用該系統(tǒng)能充分發(fā)揮ARM 處理器的性能，可在提高精度的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，是新式機(jī)床設(shè)計(jì)和老式機(jī)床改造的一條有效途徑。