基于HCS08的数控工作台控制系统设计与建模

　　随着电子技术的发展和运动控制技术的成熟，人们开始将运动控制技术应用于测量设备，产生了数控工作台。数控工作台是利用运动控制系统控制工作台的运动机构动作，以运动到需要的位置，大大提高了工件测量的效率。

　　UML是一种可用于大型系统建模的统一建模语言, 它不仅支持面向对象的分析和设计, 还支持软件开发过程,利用不同的模型来描述一个应用系统在不同生命周期中的各种静态结构方面和动态行为方面的特征, 为任何具有静态结构和动态行为的系统建模，同时提供模型扩展和管理等方面的支持。

　　本文针对数控工作台的功能特点，以自主开发的基于HCS08运动控制系统为平台，并以UML为工具，设计相应的软件，满足实际生产需要。

　　1 数控工作台控制原理

　　工作台运动系统主要由手柄、载物台等运动机构组成。系统以Freescale HCS08型单片机为核心的运动控制器作为下位机，通过控制伺服电机驱动器来实现对载物台上下、左右、前后运动的控制，以PC作为上位机来实现调速、自动校零、自动找零、位置显示等。

　　上下位机通过串口进行数据传输。工作台工作时，用户将测量工件(如丝杆)放在载物台上，通过操作手柄让载物台走到测量范围内，通过手柄的高低速按键控制电机的高速或低速运动，方便测量时的粗调和微调。

　　2 数控工作台功能分析

　　本文的主要任务是根据用户对系统功能需求进行分析，通过对整个系统框架进行构造和实现下位机软件设计与建模。下位机是整个系统的中间层，主要功能是根据接收的数据和指令控制工作台运动。通过上位机界面可以设定各轴的速度和电机转动方向，以及实时位置显示、零点位置显示等，具体可为自动找零、校零、手动操作、伺服报警信号等。

　　对于下位机，参与者包括用户、上位机、限位开关、手柄、伺服电机。用户除了可以通过上位机软件显示零点位置、实时位置之外，还可以通过调速界面调整伺服电机转速和方向，故下位机的用户用例为手柄控制。上位机和下位机的连接是系统的关键部分，是整个系统正常运转的通道。伺服电机是动作的执行者，根据下位机的指令进行动作，其用例主要是高低速度控制。限位开关的用例主要包括I/O信号、限位、故障报警。

　　根据上面的用例分析，使用UML构造下位机的用例图，如图1所示。

图1 下位机的用例图

　　3 下位机软件结构

　　3.1下位机软件状态模型

　　通过对数控工作台下位机用例图的分析可以将下位机软件按状态分为几个模块：自动找零点状态、手动控制状态、校零状态、故障状态等。采用UML状态图可以将参与交互的模块及模块之间的消息交互表示清楚，可以比较直观、高效地建立软件的状态模型。建模如图2所示。