基于PC的高速高精度開放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).pdf

1、數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)，直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)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(shè)計(jì)，由此導(dǎo)致的系統(tǒng)間的彼此不兼容使得數(shù)控系統(tǒng)難以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改變和功能的擴(kuò)展。開放式數(shù)控系統(tǒng)解決了這一問題，已經(jīng)成為當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 開放式數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的可移植性、相互操作性、縮放性、可配置性和對(duì)供應(yīng)商的獨(dú)立性，提供數(shù)控系統(tǒng)對(duì)控制需求的可重構(gòu)性和開放性，從而能夠簡(jiǎn)捷高效地構(gòu)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(yùn)動(dòng)控制卡，因此運(yùn)動(dòng)控制卡的設(shè)計(jì)成為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。本文從高速高精度、實(shí)時(shí)性和硬件開放式設(shè)計(jì)等方面考慮，設(shè)計(jì)了一款基于DSP(Digital Signal Processor)的運(yùn)動(dòng)控制卡，該卡可直接插接在PC(Personal Computer)機(jī)的PCI(Peripheral Component Interconnect)插槽中，和PC機(jī)組成PC內(nèi)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(jié)如下： （1）研究了PC機(jī)與運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制卡和PC機(jī)高速地交換數(shù)據(jù)，而且減少了交換數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間的消耗。 （2）根據(jù)高速高精度的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)硬件的要求，深入研究了單片

4、機(jī)、專用運(yùn)動(dòng)控制芯片與DSP芯片的性能，選用32位的定點(diǎn)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(jī)或?qū)Ｓ眠\(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制卡的實(shí)時(shí)性要求，研究了由PC機(jī)的CPU和DSP組成的的多微處理器的構(gòu)建方案，通過比較共享總線和共享存儲(chǔ)器這兩種常用方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本文選擇了共享存儲(chǔ)器的方案

5、，使得在運(yùn)動(dòng)控制卡中，DSP系統(tǒng)可以隨時(shí)訪問共享的存儲(chǔ)器，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(jiǎn)化了硬件調(diào)試。在可編程邏輯器件中用軟件的方式設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)就能達(dá)到改變硬件功能的目的，從而實(shí)現(xiàn)了硬件電路的可重構(gòu)性，順應(yīng)了開放式數(shù)控系統(tǒng)的要求。 在上述研究成果及相關(guān)