基于ARM和FPGA的数控机床用控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于ARM和FPGA的数控机床用控制装置，包括操作面板(1)、输入输出设备(2)、数控机床控制单元(3)、LCD显示屏(4)和伺服模块(5)，所述数控机床控制单元(3)包括相互连接的ARM处理器(31)和FPGA处理单元(32)，所述ARM处理器(31)分别与操作面板(1)、输入输出设备(2)、LCD显示屏(4)相连，所述FPGA处理单元(32)通过伺服模块(5)与数控机床的机床本体相连。本实用新型专利技术具有数据处理能力高、加工速度快、加工精度高、接口丰富、操作界面简单、实用方便的优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及数控机床领域，具体涉及一种基于ARM和FPGA的数控机床用控制>J-U ρ α装直。
技术介绍
数控系统是数控机床的核心，是决定数控机床性能和可靠性的关键因素。早期的数控系统经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、中大规模集成电路等几个阶段。它们共同的特点是控制功能主要由系统的硬件来实现，这类系统称为硬件数控系统。随着计算机技术的发展，数控系统的结构有了明显变化，产生了系统功能由控制软件来实现的计算机数控系统(CNC)。这种系统克服了硬件数控系统的最大弱点，柔性很大，因而大大促进了数控技术的发展和产量的提高，保证了零件程序的传送、插补、加工线速度控制等连续处理。CNC系统具有足够高的数据处理速度和能力，并成为当今数控系统的主流。嵌入式系统是近年发展最快的技术之一，如今32位嵌入式处理器的嵌入式系统不但发挥了成本低，体积小的特点，还提高了集成度和可靠性，能够在性能方面接近PC机的数控系统，而成本方面却比PC机低的多。数控系统是一个复杂的机电控制系统，它需要较好的实时性和很好的可靠性，采用高性能的嵌入式处理器能够很好的满足这些要求。随着数控技术的发展，加工的速度和精度要求越来越高，各种外设的接口也越来越丰富，操作的界面也很复杂，·传统的微处理器已经不能较好地满足数控系统的要求。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种数据处理能力高、加工速度快、加工精度高、接口丰富、操作界面简单、实用方便的基于ARM和FPGA的数控机床用控制装置。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为:—种基于ARM和FPGA的数控机床用控制装置，包括操作面板、输入输出设备、数控机床控制单元、IXD显示屏和伺服模块，所述数控机床控制单元包括相互连接的ARM处理器和FPGA处理单元，所述ARM处理器分别与操作面板、输入输出设备、IXD显示屏相连，所述FPGA处理单元通过伺服模块与数控机床的机床本体相连。作为上述技术方案的进一步改进:所述FPGA处理单元包括ARM接口、定时器、系统寄存器、手轮计数器接口、光电编码器接口、进给X轴伺服单元、进给Z轴伺服单元和主轴伺服单元，所述定时器、系统寄存器分别通过ARM接口与ARM处理器相连，所述定时器与系统寄存器相连，所述系统寄存器分别与手轮计数器接口、光电编码器接口、进给X轴伺服单元、进给Z轴伺服单元、主轴伺服单元相连，所述手轮计数器接口、光电编码器接口、进给X轴伺服单元、进给Z轴伺服单元、主轴伺服单元分别通过伺服模块与数控机床的机床本体相连。本技术具有下述优点: 1、本技术的数控机床控制单元包括相互连接的ARM处理器和FPGA处理单元，ARM处理器分别与操作面板、输入输出设备、IXD显示屏相连，FPGA处理单元通过伺服模块与数控机床的机床本体相连，ARM处理器和FPGA处理单元实用的嵌入式技术，使得本技术相对采用PC系统在实时性能、稳定性、体积、功耗等方面都有突出的表现，具有数据处理能力高、加工速度快、加工精度高、接口丰富、操作界面简单、实用方便的优点。2、本技术的数控机床控制单元包括相互连接的ARM处理器和FPGA处理单元，ARM处理器分别与操作面板、输入输出设备、IXD显示屏相连，FPGA处理单元通过伺服模块与数控机床的机床本体相连，ARM处理器和FPGA处理单元实用的嵌入式技术，由于采用了嵌入式技术使得系统的结构简单、价格低廉，且实用性强、适用范围广的优点。3、本技术的ARM处理器具有丰富的外设接口，通讯能力强且扩展方便。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例的框架结构示意图。图2为本技术实施例中数控机床控制单元的框架结构示意图。图3为本技术实施例中数控机床控制单元的功能连接示意图。图例说明:1、操作面板；2、输入输出设备；3、数控机床控制单元；31、ARM处理器；32、FPGA处理单元；321、ARM接口 ；322、定时器；323、系统寄存器；324、手轮计数器接口 ；325、光电编码器接口 ；326、进给X轴伺服单元；327、进给Z轴伺服单元；328、主轴伺服单元；4、IXD显示屏；5 、伺服模块。具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行详细阐述，以使本技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。如图1、图2和图3所示，本实施例的基于ARM和FPGA的数控机床用控制装置包括操作面板1、输入输出设备2、数控机床控制单元3、LCD显示屏4和伺服模块5，数控机床控制单元3包括相互连接的ARM处理器31和FPGA处理单元32，ARM处理器31分别与操作面板1、输入输出设备2、IXD显示屏4相连，FPGA处理单元32通过伺服模块5与数控机床的机床本体相连。本实施例中，ARM处理器31上运行UCOS操作系统，实现译码、文件系统、网络和图形显示功能。本实施例为了增加计算接口能力，对ARM处理器31在性能和速度方面提出了更高的要求，使用FPGA处理单元32分担ARM处理器31的一部分负担，FPGA处理单元32主要负责细插补、驱动器、编码器和机床I/O信号处理。数控程序是按照所要加工的零件形状和图样，通过对材料、尺寸、形状、加工精度以及热处理等要求来确定工艺方案，在此基础上根据数控系统规定的功能指令代码和程序段格式所编写出来的数控机床加工程序单，本实施例在使用时通过操作面板I可以把编写好的数控加工程序经过输入输出设备2输入到ARM处理器31中进行译码、插补和运算，用于实现对伺服模块5和IXD显示屏4的控制，IXD显示屏4通过IXD数据总线与ARM芯片31相连，用于显示当前机床的工作状态，伺服模块5是数控系统将接受到的数控程序进行译码、插补和运算后，向系统各个坐标的伺服驱动系统发出指令信号，信号经过驱动电路的放大处理，驱动伺服电动机输出角位移和角速度，通过执行部件的传动系统转换为工作台的直线位移，实现进给运动。 本实施例中，ARM处理器31采用S3C2410芯片实现，S3C2410芯片内部具有Nand控制器、SDRAM接口、三个异步串行接口控制器、D/A接口、TFTIXD控制器、IXD数据线和JTAG接口。S3C2410芯片内部具有Nand控制器，可以直接连接NandFlash K9F1208闪存芯片。S3C2410芯片内部具有SDRAM接口，可以直接连接64MB的SDRAM。S3C2410芯片内部具有三个异步串行接口控制器，通过电平转换芯片MAX3232，可以扩展RS232串口，用于数控系统和PC机间的通讯。D/A接口用于控制进给轴伺服的速度。操作键盘通过RS485和ARM相连，完成操作键的扫描和键值辨识。S3C2410芯片内部具有TFTIXD控制器和IXD数据线，通过总线驱动器，可以直接连接IXD显示屏4，本实施例中IXD显示屏4为64K色640*480液晶显示器。S3C2410芯片内含JTAG接口，用于AR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARM和FPGA的数控机床用控制装置，包括操作面板(1)、输入输出设备(2)、数控机床控制单元(3)、LCD显示屏(4)和伺服模块(5)，其特征在于：所述数控机床控制单元(3)包括相互连接的ARM处理器(31)和FPGA处理单元(32)，所述ARM处理器(31)分别与操作面板(1)、输入输出设备(2)、LCD显示屏(4)相连，所述FPGA处理单元(32)通过伺服模块(5)与数控机床的机床本体相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孟元，曹龙，陈跃东，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：实用新型
国别省市：