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嵌入式技术相关技术文章嵌入式SoC单片机在雕刻机数控系统中的应用
（文章来源：OFweek）
随着计算机技术的发展，雕刻机完成了从2D、2.5D到3D的加工变革，功能趋于完善、性能更加稳定，从而在制造业、建材业和广告业等领域得到了广泛应用。与此同时，随着市场竞争的加剧，国产普通雕刻机的价格也降低至万元以下，使得雕刻机生产厂不得不在降低生产成本、尤其是降低控制系统成本方面寻找出路。以木工雕刻机为例，在目前国内市场上，木工雕刻机数控系统通常采用两种方案：一种是基于PC机的方案;另一种是基于DSP运动控制器的方案。
不同的应用领域，所要求的雕刻机的性能亦不相同，本文提出的雕刻机数控系统方案，直接利用SoC单片机来构成控制器，是一种采用单片机软件来完成插补运算的解决方案。C8051F系列单片机集成度高，且具有交叉开关功能，其大部分对外引出脚，除Uart接口的两个信号Tx和Rx外，均可在设计电路板时，根据布板随意连接，图1所示为基于C8051F120单片机的雕刻机数控系统硬件框图。
如图1所示，高速单片机C8051F120是整个数控系统的中心，人机界面由4x4矩阵式按键电路和彩色LCD显示模块组成。用户通过按键电路设置的加工参数，保存在单片机内部的非易失性Flash区。LCD显示器选用点阵式彩色智能模块，具有256种颜色，颜色格式为RGB332，并采用通用串行UART接口连到单片机，操作指令简单，且节省了单片机的接口线。
x、y、z轴的3个传感器，均采用由槽形光耦组成的限位电路，其特点是限位精度高，易于与单片机接口。对刀传感器采用微动开关，其作用是检测被雕刻材料的厚度。步进电机驱动器采用两相电流细分式驱动器，细分系数和输出电流，均可根据滚珠丝杠的负载大小情况来设定，驱动器和单片机之间有光电隔离电路，接口信号为方向信号Dir、走步脉冲信号Pul和有效选择信号En。
逐点比较法是国内数控机床中广泛采用的一种插补方法，其能实现直线、圆弧和非圆二次曲线的插补，插补精度较高。逐点比较法即每走一步，均要将加工点的瞬时坐标同规定的图形轨迹相比较，判断其偏差，然后决定下一步的走向，若加工点走到图形外，则下一步就要向图形内走。若加工点在图形内，则下一步要向图形外走。这样就能得出一个接近规定图形的轨迹，其最大偏差不超过一个脉冲当量。在逐点比较法中，每进给一步，均需要进行偏差判别、坐标进给、新偏差计算和终点比较4个步骤。