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數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)是采用數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化的控制技術(shù)，由基本硬件與控制軟件組成。隨著集成電路的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到第二階段，即計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control，簡(jiǎn)稱CNC，用計(jì)算機(jī)控制加工功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)）階段。CNC系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)包括：控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和位置測(cè)量系統(tǒng)。

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傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，硬件通常采用專用主板，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件升級(jí)換代非常困難，數(shù)控功能擴(kuò)展必須求助于系統(tǒng)開發(fā)商。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)不再沿用傳統(tǒng)PC-Based數(shù)控技術(shù)，正朝著更靈活高效的方向發(fā)展。本文通過構(gòu)建ARM+FPGA的硬件架構(gòu)，以策略和機(jī)制相分離為設(shè)計(jì)思想（策略與機(jī)制分離對(duì)于靈活性來說很重要），建設(shè)集開放性高、插補(bǔ)能力強(qiáng)、可移植性好于一體的當(dāng)代嵌入式數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)以及基于FPGA伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的解決方案。

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基于億海神針系列FPGA實(shí)現(xiàn)的數(shù)控系統(tǒng)解決方案

中科億海微億海神針系列FPGA對(duì)標(biāo)國(guó)外廠商的S6系列FPGA，該系列產(chǎn)品邏輯資源覆蓋范圍寬，LUT資源從9K到136K，產(chǎn)品封裝種類豐富，能夠滿足用戶不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求。本文介紹了基于EQ6HL45和EQ6GL9的數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)方案，通過ARM+EQ6HL45的架構(gòu)，可以充分利用FPGA的硬件可編程優(yōu)勢(shì)，提高數(shù)控控制系統(tǒng)的靈活性和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，便于升級(jí)換代和應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展，提高研發(fā)設(shè)計(jì)效率。基于中科億海微FPGA的數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)方案如下所示：

圖 中科億海微基于ARM+FPGA架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)解決方案

基于ARM+FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，整合了ARM和FPGA的優(yōu)勢(shì)，提高了資源利用率和實(shí)時(shí)性，增強(qiáng)了數(shù)控系統(tǒng)的靈活性。充分利用FPGA強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的精確插補(bǔ)及數(shù)控系統(tǒng)的加減速控制策略，效率和精度都遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)單片機(jī)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，并且二次開發(fā)更加容易，使數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件具有可移植性，具有良好的應(yīng)用前景。基于FPGA的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)算法和控制功能，并對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行采集。該方案可增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，同時(shí)可以提高多軸同步伺服系統(tǒng)的精度和實(shí)時(shí)性能，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低系統(tǒng)成本。

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方案特性

億海神針系列可編程邏輯芯片的加工制造全過程均在國(guó)內(nèi)完成，供貨周期和價(jià)格更有優(yōu)勢(shì)，幫助客戶極大縮短了研發(fā)周期和產(chǎn)品上市時(shí)間；

具有可達(dá)千萬門級(jí)的豐富邏輯資源，可重復(fù)編程，具有強(qiáng)大的并行處理能力，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)；

采用ARM+FPGA的控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)相比，體積減小、能耗變低、控制性能大幅度提高；

可移植性強(qiáng)，用戶自己可以進(jìn)行二次開發(fā)，將控制系統(tǒng)升級(jí)換代以獲取更高性能的數(shù)控系統(tǒng)。