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数控系统的微处理器结构
日期：2010年06月18 来源：沈阳机床集团 关键字：数控机床
目前单微处理器结构的cNc装置一般是专用型的，其硬件由系统制造厂家专门设计制造，不具备通用性。在单微处理器结构中，只有一个微处理器．以集中控制、分时处理的方式来完成数控的各个任务。某些cNc装置虽然有两个以上的微处理器，但其中只有一个微处理器能够控制系统总线，占有总线资源，而其他微处理器只作为专用控制部件，不能控制系统总线，不能访问主存储器。它们只能作为一智能部件工作，各微处理器组成主从结构，这种(撕c装置属于单微处理器结构。
(1)微处理器和总线
微处理器(简称cPu)是cNc装置的核心，主要由运算器和控制器两部分组成。运算器含算术逻辑运算、寄存器和堆栈等部分，对数据进行算术和逻辑运算。在运算过程中，运算器将运算结果存放到存储器中，通过对运算结果的判断，设置状态寄存器的相应状态(进位、奇偶和溢出等)。控制器从存储器中依次取出组成程序的指令，经过译码，向cNc装置各部分按顺序发出执行操作的控制信号，使指令得以执行。同时接收执行部件发回来的反馈信息，控制器根据程序中的指令信息及这些反馈信息，央定下一步命令操作。根据实时控制和处理速度的要求，按字长’数据宽度、寻址能力、运算速度及计算机技术发展的最新成果选用相应的微处理器。
总线按信号的物理意义，可分为数据总线、地址总线、控制总线。数据总线为各部分之间传送数据．数据总线的位数和传进的位数宽度相等，采用双方向线。地址总线传送的是地址信号．与数据总线结合使用，以确定数据总线上传输的数据来源或目的地，采用单方向线。控制总线传输的是管理总线的某些控制信号，如数据传输的读写控制、中断复位及各种确认信号，采用单方向线。
(2)存储嚣
存储器用于存放数据、参数和程序等。系统控制程序存放在只读存储器EPROM(E瑚able and脚～bk Read(“yM…y)中，即使系统断电控制程序也不会丢失。程序只能被cPu读出，不能随机写入，必要时可用紫外线撩除EPROM，再重写监控程序。运算的中间结果存放在随机存储器R／KM(Rand。m Access Me|1lc)ry)qn。存放在RAM中的数据能随机地进行读写，但如不采取适当的措施，断电后信息会丢失。基于Pc平台的cNc系统多采用硬盘、软盘、电子盘等作为程序存放的介质。
(3)I／o(输入／输出)接口
cNc装置和机床之间的信号．一般不直接连接，而通过输入(Input)和输出(Ou‘put)接口(1／o)电路连接。接口电路的主要任务如下：
①进行必要的电气隔离，防止干扰信号引起误动作。
②进行电平转换和功率放大。
(4)MDl／CRT接口
MDl手动数据输入通过数拄面板上的键盘操作。当扫描到有键按下时，将数据送人移位寄存器，经数据处理判断该键的属性及有效性，并进行相关的监控处理。cRT(cathode RaⅡg Tube)接口在cNc软件控制下，在单色或彩色cRT(或I．cD)上实现字符和图形显示，对数控代码程序、参数、各种补偿数据、坐标位置、故障信息、人机对话编程菜单、零件图形和动态刀具轨迹等进行实时显示。
(5)位置控制模块
速度控制、位置反馈等单元组成位置环控制模块。而对数控机床的进给坐标，最终要控制的不仅有速度、加速度．更重要的还是位置量。所以，位置环的实现成了机床数控系统的重要任务．位置环控制的品质也成了衡量数控系统的一个重要指标。一般的cNc系统都有专门的位置环控制模块。机床数控系统对位置环的控制要求是无超调、无滞后、有抗干扰能力I对速度环的要求是大惯性、大调速比(一般大于1：2 000)、特性硬。
(6)可编程序控制嚣
可编程序控制器(简称PLc)．替代传统机床强电继电器逻辑控制，利用逻辑运算实现各种开关量的控制。现有的PLc多采用内装式，因此，也成为cNc装置的一个部件。PIJc由cPu、ROM(Red 0nly Me…y)、RAM和位操作控制器等组成。PLc和cNc之间通过双端口R_a_M实现相互的通信和信息交换。
一般说来，cNc装置和PLc的数据交换和处理过程如下：
① cNc装置将PI。c要处理的数据写刊DF)RAM中。
② ②PLc从DPRAM中读取数据．并进行相关逻辑检测、逻辑运算和
③ 处理。
④ ③一方面PLc用处理的结果通过输出接口控制机床电器，另一方面
⑤ 将处理的状态通过DPRAM反馈给cw装置。
⑥ ④cNc装置根据反馈结果，进行相关处理和显示。
⑦ (7)通信接口
⑧ 当cNc装置用作设备和工作层控制器组成分布式数控系统直接DNc
⑨ 或柔性制造系统FMs时，还要与上级计算机或直接数字控制器DNc进行
⑩ 数字通信。一般通信接口，多数采用RS 232c或Rs 422的通信协议。
单微处理器cNc的结构特点如下：
①cNc装置内只有一个微处理器，对存储、插补运算、输入／输冉控制、cRT显示等功能实现集中控制分时处理。
②微处理器通过总线与存储器、输八输出控制等接口电路相连，构成cNc装置。
③结构简单，实现容易。
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