【正文】 、Z三軸運(yùn)動(dòng)的方向控制引腳，模式為推挽輸出，引腳速度50M。（4）GPIO_Config()。中斷設(shè)置。將A9引腳復(fù)用為發(fā)送口，A10引腳復(fù)用為接收口，波特率設(shè)置為115200，字長8，停止位1，無奇偶校檢。設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘為72MHz，（2）USART1_Config()。編寫以下函數(shù)經(jīng)行硬件初始化：（1）SystemInit()。此后進(jìn)入while循環(huán)（相當(dāng)于一個(gè)背景程序），此背景程序不斷接受上位機(jī)指令，若是自動(dòng)加工狀態(tài)，就不斷加載G代碼以及進(jìn)行段預(yù)處理，直至4ms中斷到來，進(jìn)入中斷后先判斷按鍵狀態(tài)，進(jìn)入插補(bǔ)處理程序，得到各軸的輸出，最后在由對(duì)應(yīng)的PWM波輸出到驅(qū)動(dòng)器上。PC機(jī)上的PCB文件統(tǒng)一以Gerber文件形式存儲(chǔ)，由上位機(jī)處理成將要加工的G代碼文件，利用串口發(fā)送到 MicroSD卡中（或直接用讀卡器將G代碼文件拷貝到MicroSD卡中），整個(gè)程序的作用就是不斷讀取G代碼進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法插補(bǔ)處理，將結(jié)果以PWM波的形式輸出到驅(qū)動(dòng)器上。此外，MDK支持最新的CortexM3處理器，由于CortexM3處理器是ARM公司推出的最新的針對(duì)微控制應(yīng)用的內(nèi)核，提供業(yè)界領(lǐng)先的高性能和低成本解決方案，將成為MCU應(yīng)用的熱點(diǎn)和主流。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔、高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。MDK包含了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Keil C編譯器、宏匯編器、調(diào)試器、實(shí)時(shí)內(nèi)核等組件，支持所有基于ARM的設(shè)備，能幫助工程師按照計(jì)劃完成項(xiàng)目。因而，可以滿足不同厚度、不同種類PCB板的加工需要。上位機(jī)界面簡潔明了便于用戶設(shè)置，下位機(jī)排除用戶干擾自動(dòng)處理，這樣提高了系統(tǒng)的性能指標(biāo)，同時(shí)具有可靠性高、穩(wěn)定度好、成本低、研制周期短等優(yōu)點(diǎn)。能夠根據(jù)所選刀具型號(hào)的不同經(jīng)行進(jìn)行鏤空、隔離的仿真加工；下位機(jī)可以從MricoSD卡中讀出G代碼文件保存在緩存區(qū)中，在自動(dòng)加工狀態(tài)下可以讀取文件中的G代碼，利用經(jīng)過前加減速插補(bǔ)算法處理之后計(jì)算插補(bǔ)周期內(nèi)各軸的運(yùn)動(dòng)距離，在利用定時(shí)器生成占空比為50%的脈沖調(diào)制波輸出到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器上。（5）具有良好的人機(jī)界面。（3）能自動(dòng)識(shí)別MricoSD卡根目錄中的G代碼文件，并計(jì)算卡的剩余空間。下面是電路板雕刻機(jī)的詳細(xì)功能需求分析：（1）能識(shí)別PCB文件的項(xiàng)層或底層文件各種信息，并依據(jù)所選刀具型號(hào)指標(biāo)預(yù)先顯示PCB線路雕刻的效果圖。最后闡述了課題的研究內(nèi)容、研究意義。 本章小結(jié)本章首先介紹了本課題的研究背景，通過介紹電路板雕刻機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)狀及其特點(diǎn)，說明本次設(shè)計(jì)的目的。⑵完成單片機(jī)系統(tǒng)相關(guān)控制程序控制程序包括以下內(nèi)容：①硬件資源的初始化②和上位機(jī)的通訊③Micro SD卡的識(shí)別④Fat文件系統(tǒng)移植，讀取G代碼文件⑤自動(dòng)、手動(dòng)的插補(bǔ)算法⑥向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖⑶完成基于Visual Studio C的圖形編程界面設(shè)計(jì) 包括自動(dòng)、手動(dòng)選擇，各方向表示 輸入輸出各軸坐標(biāo)值。最后進(jìn)行硬件平臺(tái)調(diào)試運(yùn)行。 研究內(nèi)容⒈概述：設(shè)計(jì)電路板雕刻機(jī)控制系統(tǒng)，利用stm32f103單片機(jī)編寫下位機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)MicroSD卡中G代碼文件的讀取，輸出插補(bǔ)周期內(nèi)各軸運(yùn)動(dòng)控制命令以控制雕刻機(jī)各軸運(yùn)動(dòng)。特別適用于生產(chǎn)用于驗(yàn)證試驗(yàn)的單件產(chǎn)品，其生產(chǎn)制作周期短，尤其是對(duì)于科研單位的教學(xué)研究工作有著巨大的意義。 課題研究內(nèi)容與意義傳統(tǒng)的制板方法主要是光印法[4]，這種化學(xué)方法精度可控，但工藝相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，只適合大批量生產(chǎn)。意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）生產(chǎn)的基于Cortex M3架構(gòu)的stm32系列芯片具有高性能、低成本、低功耗的產(chǎn)品特點(diǎn)，按性能可以分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列，開發(fā)人員通過選擇不同的產(chǎn)品可以重新優(yōu)化功能、 存儲(chǔ)器、性能及引腳數(shù)量，從而以最小的硬件變化滿足自己個(gè)性化的需求。經(jīng)過20多年的發(fā)展，ARM公司推出了ARMARMARM9E、ARM10四款通用處理器系列，及為安全要求較高而設(shè)計(jì)SecurCore 系列，以及之后Inter的Xscale、Inter的StrongARM、ARM11系列、Cortex（A、R、M三類）系列，在手機(jī)、工業(yè)控制、汽車等電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，已經(jīng)和全球超過100家合作伙伴建立了合作關(guān)系。國內(nèi)亦有不少相對(duì)比較成熟的機(jī)械式電路板雕刻機(jī)制作廠家，近年來，制造業(yè)的崛起使得我國成為世界第一大電子產(chǎn)品生產(chǎn)國，相應(yīng)的，我國電路板雕刻機(jī)的研發(fā)與生產(chǎn)也有了長足的發(fā)展與進(jìn)步[2]。極大地滿足了精細(xì)電路的制作需求。90年代末期，激光直接成型電路技術(shù)逐漸成熟，并促成了世界上第一臺(tái)激光刻制電路設(shè)備。電路板的制作越來越向小型化、精細(xì)化和材料的多樣化發(fā)展。自此之后，用機(jī)械雕刻技術(shù)制作電路板開始在世界上逐漸發(fā)展并流行開來。 課題發(fā)展現(xiàn)狀電路板刻制機(jī)的發(fā)明是在上世紀(jì)七十年代，德國工程師Jorgen Seebach在1975年成功發(fā)明了機(jī)械法刻制電路技術(shù)，并最早申請(qǐng)了機(jī)械定深銑制電路板世界的專利。另一方面，科研單位與學(xué)校教學(xué)對(duì)PCB的需求在不斷增加，對(duì)PCB的制作也提出了新的要求，他們希望能高效迅速的制作小批量PCB板以供實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，且能滿足多種個(gè)性化的PCB板的生產(chǎn)要求。電路板雕銑控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄中文摘要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 1 課題發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 ARM微處理器發(fā)展現(xiàn)狀 2 課題研究內(nèi)容與意義 3 3 研究內(nèi)容 3 本章小結(jié) 4第2章 整體框架設(shè)計(jì) 5 5 5第3章 下位機(jī)程序設(shè)計(jì) 7 7 7 7 8 8 10 MicroSD卡的識(shí)別部分 11 FAT文件系統(tǒng)移植部分 15 17 21 22 本章小結(jié) 22第4章 上位機(jī)界面設(shè)計(jì) 23[11]簡介 23 24 24 26 30 編譯調(diào)試結(jié)果 30 33第5章 程序的仿真測試與現(xiàn)場加工 34 34 34 36 37 38第6章 總結(jié)與展望 39參考文獻(xiàn) 40附錄 41附錄1 下位機(jī)主要程序 41 41 SD卡主要程序節(jié)選 45 47 一些中斷處理函數(shù) 51 54附錄2 上位機(jī)程序節(jié)選 72 手動(dòng)按鍵程序 72 73 打開文件程序 76 生成、存儲(chǔ)、發(fā)送G代碼文件 78致謝 8282緒論印刷電路板（PCB Printed Circuit Board）作為電子產(chǎn)品基本部件之一，其設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量直接影響到整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，手機(jī)、相機(jī)、個(gè)人筆記本等電子產(chǎn)品日新月異的發(fā)展促進(jìn)了PCB行業(yè)的快速發(fā)展，%的速度增長，僅2011年年產(chǎn)值就已超過500億美元，%[1]。人們?cè)絹碓街匾昉CB的制作與生產(chǎn)效率，目前大批量PCB的生產(chǎn)一般為光印法，其分為三個(gè)過程：曝光（原稿在感光紙上曝光）、顯隱（用顯隱劑將曝光的感光紙顯示）、蝕刻（蝕刻液清除多余的銅箔），這種方法精度可控，但工藝復(fù)雜，只適用于大批量的工業(yè)生產(chǎn)。本論文設(shè)計(jì)的電路板雕刻機(jī)，是一種具有電路板雕銑功能的數(shù)控機(jī)床，以滿足科研單位與學(xué)校的需求，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了其控制系統(tǒng)以及與上位機(jī)的通信。1976年，德國一家公司（LPKF）推出了世界上第一個(gè)快速樣品的電路板制作系統(tǒng)，這也是第一臺(tái)真正意義上的電路板雕刻機(jī)。四十多年以來，電路板制作產(chǎn)業(yè)從小到大、從低級(jí)到高級(jí)不斷發(fā)展，特別是20世紀(jì)80年代家電產(chǎn)品的發(fā)展和90年代由于信息產(chǎn)業(yè)的崛起，極大的推動(dòng)了整個(gè)電路板行業(yè)的發(fā)展。為了滿足市場的發(fā)展和高端需求，電路板刻制機(jī)也由機(jī)械仿形銑制電路的方法向激光直接刻制電路的方向發(fā)展。采用激光刻板機(jī)制作電路，其重復(fù)精度可達(dá)+/。目前，電路板雕刻機(jī)的制作標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)者依然是其創(chuàng)始者。 ARM微處理器發(fā)展現(xiàn)狀A(yù)RM Holdings是領(lǐng)先全球的半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)提供商，是一家既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，只出售芯片技術(shù)授權(quán)的技術(shù)提供公司。ARM處理器是世界上第一款兼容16位精簡指令集（RISC）[3]的32位微處理器，現(xiàn)已經(jīng)占據(jù)了全球手機(jī)市場的90%，與其他類型的單片機(jī)芯片相比，它具有獨(dú)特的3個(gè)優(yōu)勢(shì)：耗電少功能強(qiáng)、16位/32位雙指令集和合作伙伴眾多。2012年，AMD公司宣布將會(huì)設(shè)計(jì)基于64位ARM架構(gòu)的處理器，預(yù)計(jì)2014年首批產(chǎn)品問世，它將標(biāo)志著ARM處理器發(fā)展到一個(gè)新階段，并給傳統(tǒng)的Intel公司帶來了巨大的挑戰(zhàn)。如今，STM32以成為消費(fèi)電子、工業(yè)應(yīng)用、醫(yī)療儀器和能源計(jì)量表等在市場上低功耗應(yīng)用設(shè)計(jì)的首選微控制器。而數(shù)控電路板雕刻機(jī)能夠根據(jù)Protel或其他類似功能軟件生成的PCB板的Gerber文件快速、自動(dòng)、精確地加工制作電路板，用戶只需在計(jì)算機(jī)上完成Gerber文件的設(shè)計(jì)后傳送給機(jī)器，機(jī)器就能自動(dòng)完成雕刻、鉆孔、切邊等功能，輸出一塊或多塊符合條件的電路板，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)小型的數(shù)控銑鉆床，采用滾珠絲杠，驅(qū)動(dòng)三軸步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動(dòng)加工。本次設(shè)計(jì)的基于ARM的雕刻機(jī)加工精度高、速度快、質(zhì)量好；具有自檢自控功能，增加限位功能，確保工作臺(tái)面不被劃傷等優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮了Cortex M3 系列單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)。上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)功能選擇以及和單片機(jī)的通訊。⒉主要研究內(nèi)容如下：⑴學(xué)習(xí)stm32f103RCT6開發(fā)板，能編寫簡單控制程序 了解ARMC函數(shù)固件庫，并在MDK中編寫簡單應(yīng)用程序，掌握程序編譯調(diào)試方法。 串口通信部分⑷測試軟件，硬件平臺(tái)上調(diào)試。然后介紹了國內(nèi)外電路板雕刻機(jī)的發(fā)展情況，由于本次控制系統(tǒng)使用ARM系列單片機(jī)，所以也介紹了ARM微處理器的發(fā)展現(xiàn)狀。第1章 整體框架設(shè)計(jì)電路板雕刻機(jī)的根本需求就是讀取一種或多種PCB電路設(shè)計(jì)軟件生成的信息，得到刀具運(yùn)行軌跡，從而控制電機(jī)加工出電路板。（2）能將自動(dòng)生成的加工代碼通過串口發(fā)送到下位機(jī)。（4）能以“自動(dòng)”方式進(jìn)行電路板的雕刻加工，并能在“手動(dòng)”方式下完成電路板的試雕、控制。 本電路板雕刻機(jī)控制系統(tǒng)由上位機(jī)(計(jì)算機(jī))和下位機(jī)(STM32f103RC單片機(jī))兩部分組成，其中上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)PCB設(shè)計(jì)軟件導(dǎo)出的Gerber文件信息提取，生成加工路徑，并解釋成加工代碼保存在本地文件夾中，或者通過串口發(fā)送到下位機(jī)上。整個(gè)過程如圖21。用戶通過對(duì)電路板雕刻機(jī)的刀具型號(hào)、加工板厚、加工深度參數(shù)設(shè)定，使切割參數(shù)與實(shí)際要求相匹配，以達(dá)到最佳的切割效果。圖2 1 整體框架第2章 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)使用MDK[5]集成開發(fā)環(huán)境，Keil公司開發(fā)的ARM開發(fā)工具M(jìn)DK，是用來專門開發(fā)基于ARM核的系列微控制器的嵌入式應(yīng)用程序，它適合不同層次的開發(fā)者使用，包括專業(yè)的應(yīng)用程序開發(fā)工程師和嵌入式軟件開發(fā)的入門者。使用的軟件是keil uvision4，keil uvision4是有keilsoftware公司于2009年2月發(fā)布的，與之前的版本相比，其引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對(duì)窗口位置的完全控制的任何地方。MDK出眾的價(jià)格優(yōu)勢(shì)和功能優(yōu)勢(shì)，或?qū)⒊蔀锳RM軟件開發(fā)工具的標(biāo)準(zhǔn)，有文章預(yù)計(jì)一年之內(nèi)，MDK將占有國內(nèi)ARM開發(fā)工具市場的90%以上。但是目前能支持CortexM3構(gòu)架的開發(fā)工具很少，包括SDT、MDK是目前性價(jià)比最高的支持CortexM3處理器的開發(fā)工具。程序上電后，首先進(jìn)行硬件資源（時(shí)鐘、IO口、中斷、串口、定時(shí)器等）的初始化，進(jìn)行 MicroSD卡的上電檢測，測試MicroSD卡能否讀取文件，然后進(jìn)行用戶參數(shù)與機(jī)械參數(shù)的初始化加載，軸參數(shù)的初始化，開啟4ms（插補(bǔ)周期）定時(shí)器，默認(rèn)執(zhí)行自動(dòng)加工狀態(tài)。圖3 1 新建工程在計(jì)算機(jī)上新建工程文件夾，打開keil軟件新建名為carve Machine的工程，選中manage ponent，添加組織結(jié)構(gòu)，選中options設(shè)置工程，如下圖（圖3圖32）：圖3 2 新建工程，定義需要的數(shù)據(jù)，編寫主函數(shù)如圖33。時(shí)鐘時(shí)鐘初始化設(shè)置。串口通信初始化設(shè)置。（3）NVIC_Configuration()。中斷優(yōu)先組別選為1（即先占優(yōu)先級(jí)為1為，從優(yōu)先級(jí)為3位），定時(shí)器3的中斷先占優(yōu)先級(jí)為0，從優(yōu)先級(jí)也為0，SDIO的中斷先占優(yōu)先級(jí)為0，從優(yōu)先級(jí)為1，定時(shí)器3的優(yōu)先級(jí)要比SDIO高。通用IO口設(shè)置。圖3 3 主函數(shù)結(jié)構(gòu)（5）TIM3_Config()。定時(shí)器3作為插補(bǔ)時(shí)間的定時(shí)，中斷優(yōu)先級(jí)要求最高，定時(shí)時(shí)間要求為4ms，預(yù)分頻設(shè)置為7199，自動(dòng)重裝值為39，向上計(jì)數(shù)模數(shù)，定時(shí)時(shí)間為(7199+1)/72M*(39+1)=4ms,符合要求。它最多可提供5路串口（MiniSTM32使用的是STM32F103RBT6，具有3個(gè)串口），有分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器、支持單線光通信和半雙工單線通訊、支持LIN、智能卡協(xié)議和IrDASIR ENDEC規(guī)范（僅串口3支持）、具有DMA等。函數(shù)內(nèi)容為接受上位機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，從緩存區(qū)中讀入到待處理區(qū)中。根據(jù)數(shù)組內(nèi)容的不同分別處理自動(dòng)版過程、手動(dòng)版過程、菜單、握手等。 MicroSD卡的識(shí)別部分（1）SDIO[6]接口簡介 SDIO是在SD標(biāo)準(zhǔn)上定義的一種外設(shè)接口?？梢苿?dòng)設(shè)備作為Palm和Windows Mobile的擴(kuò)展設(shè)備，用來增加藍(lán)牙、照相機(jī)、。此舉將“珍貴”的I/ O管腳資源用于更重要的功能。SDIO向下兼容SD系列卡和MMC卡。Micro SD Card產(chǎn)品是基于SD架構(gòu)設(shè)計(jì)而成，但是卡的尺寸SD卡的一半，與一片指甲蓋的大小相當(dāng)。在Micro SD面市前之前，行動(dòng)電話制造商一直被卡片容量被限制、無法升級(jí)空間而苦惱。 Micro SD足以堪稱可移動(dòng)式的儲(chǔ)存IC。SD 卡初始化流程圖（圖23）：圖3 4 SD 卡初始化流程從上圖中可以發(fā)現(xiàn)不管什么卡（這里我們將卡分為 4類： 高容量卡（SDHC，最大32G），（SDSC，最大2G）， MMC卡），首先我們要執(zhí)行的是卡上電（需要設(shè)置 SDIO_POWER[1:0]=11），上