基于OMAPL138和FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)研究與開發(fā).pdf

1、數(shù)控機床是國家的關(guān)鍵重大戰(zhàn)略裝備，是國之重器。而數(shù)控系統(tǒng)又是數(shù)控機床的核心技術(shù)之一，它決定著數(shù)控機床的功能和性能。然而長期以來，數(shù)控系統(tǒng)的高端產(chǎn)品幾乎皆被諸如法納克、西門子等國際巨頭所壟斷，勒索和訛詐。近年來，國內(nèi)數(shù)控產(chǎn)業(yè)經(jīng)過長時間的自主研發(fā)與積累取得了長足進步，開發(fā)出少量在局部性能上不斷逼近國外高端數(shù)控機床，并且以價格優(yōu)勢占據(jù)著國內(nèi)中低端數(shù)控市場;然而，這些國內(nèi)基于PC開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)存在功耗大、實時性較差以及硬件成本高等缺點。針對上述

2、現(xiàn)狀和問題，本文提出了一個基于異構(gòu)雙核處理OMAPL138+FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，以期為將來的高端五軸數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)奠定堅實的基礎(chǔ)。
　　本文圍繞該兩款性能優(yōu)異的雙核芯片的特點，設(shè)計了整個嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件的總體架構(gòu)圖。圍繞OMAPL138芯片設(shè)計了嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的OMAPL138模塊硬件電路。設(shè)計的電路包括電源管理、DDR2、FLASH等外圍電路，為OMAPL138提供了高效穩(wěn)定的工作環(huán)境。在OMAPL138強大的運算能力支

3、持，所設(shè)計的系統(tǒng)實現(xiàn)了次/20us插補周期，最多支持控制八軸進給運動。圍繞FPGA芯片設(shè)計了系統(tǒng)擴展IO資源及控制脈沖電路。高端數(shù)控機床所需控制的IO非常多，單靠OMAPL138并不能提供足夠的IO資源。高速高精數(shù)控系統(tǒng)的運算量很龐大，且控制脈沖頻率很高，OMAPL138在進行大量插補運算的同時產(chǎn)生高頻脈沖，勢必會影響數(shù)控系統(tǒng)的實時性。因此，所設(shè)計的光耦、信號差分或三極管擴流等電路，既保證了數(shù)控系統(tǒng)實時性，又提高了信號的抗干擾和負(fù)載能力