基于pc高速高精度开放式数控系统硬件设计

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要数控技术和数控装备是制造业现代化的重要基础，直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。传统的数控系统大多采取封闭式设计，由此导致的系统间的彼此不兼容使得数控系统难以进行结构的改变和功能的扩展。开放式数控系统解决了这一问题，已经成为当前数控系统发展的必然趋势。开放式数控系统强调系统的可移植性、相互操作性、缩放性、可配置性和对供应商的独立性，提供数控系统对控制需求的可重构性和开放性，从而能够简捷高效地构造完成特定控制的数控系统。数控系统的性能主要取决于运动控制卡，因此运动控制卡的设计成为系统实现的关键。本文从高速高精

2、度、实时性和硬件开放式设计等方面考虑，设计了一款基于DSP(DigitalSignalProcessor)的运动控制卡，该卡可直接插接在PC(PersonalComputer)机的PCI(PeripheralComponentInterconnect)插槽中，和PC机组成PC内藏CNC(ComputerNumericalControl)型开放式数控系统。本文的主要工作总结如下：（1）研究了PC机与运动控制卡之间的数据交换速度问题，深入探讨了PCI总线的性能，用PCI总线传输方式代替了传统的ISA(IndustryStandardArchitecture)总线传输方式，P

3、CI总线的通讯可以使运动控制卡和PC机高速地交换数据，而且减少了交换数据对计算机运行时间的消耗。（2）根据高速高精度的数控系统对硬件的要求，深入研究了单片机、专用运动控制芯片与DSP芯片的性能，选用32位的定点DSP芯片和并口高速高精度的16位DAC(DigitalAnalogConverter)芯片，代替了传统的单片机或专用运动控制芯片和串口的12位DAC芯片，满足了高速高精度数控系统的要求。（3）根据高速高精度运动控制卡的实时性要求，研究了由PC机的CPU和DSP组成的的多微处理器的构建方案，通过比较共享总线和共享存储器这两种常用方案的优缺点，本文选择了共享存储器的

4、方案，使得在运动控制卡中，DSP系统可以随时访问共享的存储器，保证了系统的实时性。（4）研究了可编程逻辑器件的特性，提出了用可编程逻辑器件代替部分分立元件的硬件连线电路的方法，提高了硬件的集成度和抗干扰能力，也简化了硬件调试。在可编程逻辑器件中用软件的方式设计硬件电路，可以在不改变芯片引脚连线的前提下，只修改程序设计就能达到改变硬件功能的目的，从而实现了硬件电路的可重构性，顺应了开放式数控系统的要求。在上述研究成果及相关理论的基础上，进行了板卡的硬件调试，达到了预期的效果。1基于PC的高速高精度开放式数控系统的硬件设计关键词：开放式数控系统，运动控制卡，数字信号处理器，

5、可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列2南京航空航天大学硕士学位论文AbstractNumericalControltechnologyandNumericalControlequipmentsarethebasisofmanufacturingindustrymodernization,whichisadeterminantfactorfortheeconomicaldevelopmentofacountry.MostofThetraditionalNC（NumericalControl）systemsaredesignedasaclosedsystem,whichle

6、adstotheincompatibilityofdifferentsystemsandfinallyresultsinthedifficultiesinchangingthesystemstructuresandextendingthefunctions.TheseproblemsaresolvedinOpenNCSystem,whichisthedevelopmenttrendofcurrentNCsystem.OpenNCsystemsemphasizetheportability,interoperability,scalability,confi

7、gurationabilityandindependencetothevendor.TheyprovidethereconstructiveabilityandopennessfortheNCsystem’srequirements.Therefore,customizedNCsystemcanbeconstructedeasilyandefficiently.TheperformanceofOpenNCsystemismainlydeterminedbymotioncontrolboard.Thedesignofmotioncontro