基于PC的高速高精度開放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件設計.pdf

1、數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎，直接影響到一個國家的經濟發(fā)展和綜合國力，關系到一個國家的戰(zhàn)略地位。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)大多采取封閉式設計，由此導致的系統(tǒng)間的彼此不兼容使得數(shù)控系統(tǒng)難以進行結構的改變和功能的擴展。開放式數(shù)控系統(tǒng)解決了這一問題，已經成為當前數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。 開放式數(shù)控系統(tǒng)強調系統(tǒng)的可移植性、相互操作性、縮放性、可配置性和對供應商的獨立性，提供數(shù)控系統(tǒng)對控制需求的可重構性和開放性，從而能夠簡捷高效地構造完

2、成特定控制的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的性能主要取決于運動控制卡，因此運動控制卡的設計成為系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵。本文從高速高精度、實時性和硬件開放式設計等方面考慮，設計了一款基于DSP(Digital Signal Processor)的運動控制卡，該卡可直接插接在PC(Personal Computer)機的PCI(Peripheral Component Interconnect)插槽中，和PC機組成PC內藏CNC(Computer Numeri

3、cal Control)型開放式數(shù)控系統(tǒng)。本文的主要工作總結如下： （1）研究了PC機與運動控制卡之間的數(shù)據(jù)交換速度問題，深入探討了PCI總線的性能，用PCI總線傳輸方式代替了傳統(tǒng)的ISA(Industry Standard Architecture)總線傳輸方式，PCI總線的通訊可以使運動控制卡和PC機高速地交換數(shù)據(jù)，而且減少了交換數(shù)據(jù)對計算機運行時間的消耗。 （2）根據(jù)高速高精度的數(shù)控系統(tǒng)對硬件的要求，深入研究了單片

4、機、專用運動控制芯片與DSP芯片的性能，選用32位的定點DSP芯片和并口高速高精度的16位DAC(Digital Analog Converter)芯片，代替了傳統(tǒng)的單片機或專用運動控制芯片和串口的12位DAC芯片，滿足了高速高精度數(shù)控系統(tǒng)的要求。 （3）根據(jù)高速高精度運動控制卡的實時性要求，研究了由PC機的CPU和DSP組成的的多微處理器的構建方案，通過比較共享總線和共享存儲器這兩種常用方案的優(yōu)缺點，本文選擇了共享存儲器的方案

5、，使得在運動控制卡中，DSP系統(tǒng)可以隨時訪問共享的存儲器，保證了系統(tǒng)的實時性。 （4）研究了可編程邏輯器件的特性，提出了用可編程邏輯器件代替部分分立元件的硬件連線電路的方法，提高了硬件的集成度和抗干擾能力，也簡化了硬件調試。在可編程邏輯器件中用軟件的方式設計硬件電路，可以在不改變芯片引腳連線的前提下，只修改程序設計就能達到改變硬件功能的目的，從而實現(xiàn)了硬件電路的可重構性，順應了開放式數(shù)控系統(tǒng)的要求。 在上述研究成果及相關