论文摘要
数控机床在工业生产的各个领域有着广泛的应用,在国民经济中占有重要的地位。随着计算机技术、微电子技术、自动控制和通信技术的发展,数控技术和数控机床也不断地更新换代,向高速度、多功能、开放型等方向发展。上世纪90年代,出现了一种新兴的控制技术,即以PC技术为基础的计算机数字控制,采用标准PC机实现主要控制功能,PC机除了具有强大的计算功能外,还能获得大多数操作系统的支持。它的出现使传统的数控系统无论在结构上还是在性能上都产生了巨大的飞跃。在分析现代数控技术的基础上,结合近年USB总线技术的发展,本文研究设计了一种基于USB的模块化、可重构、可扩充的数控系统直接数字通信结构。在单片FPGA上综合实现了伺服控制、USB通信、编码器信号控制、数/模扩展接口控制和数字接口控制等功能,利用USB接口实现计算机数字控制装置与驱动系统及其他外围设备之间的直接数字通信,实现了高速、多点的数据传输和数据监控等功能,简化了数控系统的接口设计,提高了数控系统的性能。通过研究USB2.0协议,结合数控系统的要求,按照IP核的设计流程,设计了USB IP核。文中先对USB进行功能划分,然后对物理层模块和协议层模块分别进行设计,详细介绍了设计过程,给出了设计流程图和仿真波形图。由于是在FPGA上开发IP核,使用更为灵活,方便升级和扩展。本文设计基于USB的数控系统直接数字通信解决了数控系统传输时CNC和伺服系统之间需要进行数模转换的问题,突破数据传输的瓶颈,对我国数控系统的发展有重要意义。