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數(shù)控系統(tǒng)的微處理器結(jié)構(gòu)


日期:2010年06月18 來源:沈陽機床集團 關(guān)鍵字:數(shù)控機床
目前單微處理器結(jié)構(gòu)的cNc裝置一般是專用型的,其硬件由系統(tǒng)制造廠家專門設(shè)計制造,不具備通用性。在單微處理器結(jié)構(gòu)中,只有一個微處理器.以集中控制、分時處理的方式來完成數(shù)控的各個任務。某些cNc裝置雖然有兩個以上的微處理器,但其中只有一個微處理器能夠控制系統(tǒng)總線,占有總線資源,而其他微處理器只作為專用控制部件,不能控制系統(tǒng)總線,不能訪問主存儲器。它們只能作為一智能部件工作,各微處理器組成主從結(jié)構(gòu),這種(撕c裝置屬于單微處理器結(jié)構(gòu)。
    (1)微處理器和總線
    微處理器(簡稱cPu)是cNc裝置的核心,主要由運算器和控制器兩部分組成。運算器含算術(shù)邏輯運算、寄存器和堆棧等部分,對數(shù)據(jù)進行算術(shù)和邏輯運算。在運算過程中,運算器將運算結(jié)果存放到存儲器中,通過對運算結(jié)果的判斷,設(shè)置狀態(tài)寄存器的相應狀態(tài)(進位、奇偶和溢出等)。控制器從存儲器中依次取出組成程序的指令,經(jīng)過譯碼,向cNc裝置各部分按順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號,使指令得以執(zhí)行。同時接收執(zhí)行部件發(fā)回來的反饋信息,控制器根據(jù)程序中的指令信息及這些反饋信息,央定下一步命令操作。根據(jù)實時控制和處理速度的要求,按字長’數(shù)據(jù)寬度、尋址能力、運算速度及計算機技術(shù)發(fā)展的最新成果選用相應的微處理器。
    總線按信號的物理意義,可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。數(shù)據(jù)總線為各部分之間傳送數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和傳進的位數(shù)寬度相等,采用雙方向線。地址總線傳送的是地址信號.與數(shù)據(jù)總線結(jié)合使用,以確定數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來源或目的地,采用單方向線?刂瓶偩傳輸?shù)氖枪芾砜偩的某些控制信號,如數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫控制、中斷復位及各種確認信號,采用單方向線。
    (2)存儲囂
    存儲器用于存放數(shù)據(jù)、參數(shù)和程序等。系統(tǒng)控制程序存放在只讀存儲器EPROM(E瑚able and腳~bk Read(“yM…y)中,即使系統(tǒng)斷電控制程序也不會丟失。程序只能被cPu讀出,不能隨機寫入,必要時可用紫外線撩除EPROM,再重寫監(jiān)控程序。運算的中間結(jié)果存放在隨機存儲器R/KM(Rand。m Access Me|1lc)ry)qn。存放在RAM中的數(shù)據(jù)能隨機地進行讀寫,但如不采取適當?shù)拇胧,斷電后信息會丟失。基于Pc平臺的cNc系統(tǒng)多采用硬盤、軟盤、電子盤等作為程序存放的介質(zhì)。
    (3)I/o(輸入/輸出)接口
    cNc裝置和機床之間的信號.一般不直接連接,而通過輸入(Input)和輸出(Ou‘put)接口(1/o)電路連接。接口電路的主要任務如下:
    ①進行必要的電氣隔離,防止干擾信號引起誤動作。
    ②進行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。
    (4)MDl/CRT接口
    MDl手動數(shù)據(jù)輸入通過數(shù)拄面板上的鍵盤操作。當掃描到有鍵按下時,將數(shù)據(jù)送人移位寄存器,經(jīng)數(shù)據(jù)處理判斷該鍵的屬性及有效性,并進行相關(guān)的監(jiān)控處理。cRT(cathode RaⅡg Tube)接口在cNc軟件控制下,在單色或彩色cRT(或I.cD)上實現(xiàn)字符和圖形顯示,對數(shù)控代碼程序、參數(shù)、各種補償數(shù)據(jù)、坐標位置、故障信息、人機對話編程菜單、零件圖形和動態(tài)刀具軌跡等進行實時顯示。
    (5)位置控制模塊
    速度控制、位置反饋等單元組成位置環(huán)控制模塊。而對數(shù)控機床的進給坐標,最終要控制的不僅有速度、加速度.更重要的還是位置量。所以,位置環(huán)的實現(xiàn)成了機床數(shù)控系統(tǒng)的重要任務.位置環(huán)控制的品質(zhì)也成了衡量數(shù)控系統(tǒng)的一個重要指標。一般的cNc系統(tǒng)都有專門的位置環(huán)控制模塊。機床數(shù)控系統(tǒng)對位置環(huán)的控制要求是無超調(diào)、無滯后、有抗干擾能力I對速度環(huán)的要求是大慣性、大調(diào)速比(一般大于1:2 000)、特性硬。
    (6)可編程序控制囂
    可編程序控制器(簡稱PLc).替代傳統(tǒng)機床強電繼電器邏輯控制,利用邏輯運算實現(xiàn)各種開關(guān)量的控制,F(xiàn)有的PLc多采用內(nèi)裝式,因此,也成為cNc裝置的一個部件。PIJc由cPu、ROM(Red 0nly Me…y)、RAM和位操作控制器等組成。PLc和cNc之間通過雙端口R_a_M實現(xiàn)相互的通信和信息交換。
    一般說來,cNc裝置和PLc的數(shù)據(jù)交換和處理過程如下:
① cNc裝置將PI。c要處理的數(shù)據(jù)寫刊DF)RAM中。
② ②PLc從DPRAM中讀取數(shù)據(jù).并進行相關(guān)邏輯檢測、邏輯運算和
③ 處理。
④     ③一方面PLc用處理的結(jié)果通過輸出接口控制機床電器,另一方面
⑤ 將處理的狀態(tài)通過DPRAM反饋給cw裝置。
⑥     ④cNc裝置根據(jù)反饋結(jié)果,進行相關(guān)處理和顯示。
⑦     (7)通信接口
⑧     當cNc裝置用作設(shè)備和工作層控制器組成分布式數(shù)控系統(tǒng)直接DNc
⑨ 或柔性制造系統(tǒng)FMs時,還要與上級計算機或直接數(shù)字控制器DNc進行
⑩ 數(shù)字通信。一般通信接口,多數(shù)采用RS 232c或Rs 422的通信協(xié)議。
    單微處理器cNc的結(jié)構(gòu)特點如下:
    ①cNc裝置內(nèi)只有一個微處理器,對存儲、插補運算、輸入/輸冉控制、cRT顯示等功能實現(xiàn)集中控制分時處理。
    ②微處理器通過總線與存儲器、輸八輸出控制等接口電路相連,構(gòu)成cNc裝置。
  ③結(jié)構(gòu)簡單,實現(xiàn)容易。

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