多CPU单片机数控系统设计

时间：2025-04-23

多ＣＰＵ单片机数控系统设计

陶海伟

（杭州师范大学钱江学院电气机械工程系，浙江杭州３１００１２）

摘要：本文主要论述在数控系统平台的思想指导下ＳＴＡＲ－Ｉ、ｉＰ数控系统硬件控制部分的构建原则和总体榘构。并论述了ＳＴＡＲ．ＮＰ数控系统

的软件构成。

关键词：单片机；数控系统；多处理器１多ＣＰＩＪ单片机数控系统的硬件设计原则

系统的运算速度必须满足机床各种运算速度要求，以符合数控机床的实时多任务的特点；系统硬件结构能够满足经济型机床的功能要求，扩展性能好．适用面广，可靠性高，保护功能好：硬件功能模块化设计，并且模块划分得当，便于扩充，便于判断故障和维修；在不增加硬件成本的前提下．可以利用网络，以提高设备利用率和使用质量。

２多ＣＰＵ单片机数控系统的硬件架构２ｌ数控系统的ＣＰＵ

从硬件的体系结构来看，单机系统与丰从系统及其相似，因为主从结构的从ＣＰＵ模块与单朝结构的相应模块在功能上是等价的，只是从模块的能力更强而已。

考虑到本数控系统运用单片机作为处理器，单一

进给。在速度明显突变时，要进行自动加减速控制．避免速度突变造成驱动系统的失步。速度控制可以完全

由软件方法曜序计时法＿ｌ实现，也可以保留Ｊ｝ｆｊ速度泽

码控制振荡器的硬件线路，经中断或程序询问进入一次插补运算，达到速度控制的日的。此外，用软件对速度控制数据进行处理，并与硬件的速度积分器相结合，可以实现高性能的恒定合成速度控制。并大大提高插补进给的速度。

管理程序。管理程序是实现ＣＩ、ＩＣ系统协调工作

ＣＰＵ并不能够满足帮｝多任务的控制要求，所以系统

采用双ＣＰＵ架构。—个ＣＰＵ实现实Ｉｔ寸性要求不高的系统管理和监控，另—个ＣＰＵ实现实时性要求较高的运动控制，ＣＰＩＪ间通过通讯实现数据交换。因此本系统采用主从式双ＣＰＵ架构。

２．２多ＣＰＵ单片机数控系统的硬件总体架构多ＣＰＵ单片机数控系统数羟装置的硬件结构应具有以下特点。

采用主从ＣＰＩＪ结构控制系统，主、从ＣＰＵ都采用高性能单片机，每个子系统都有自已独立的运行环境和控制功能；主、从ＣＰＵ之间采用特定的通信协议进行数据通讯，交换信息。采用共享双ＶＩＲＡＭ结构或者直接信息交换方式实现通信。用户可选；硬件功能模

的主体软件。按操作系统的观点：—个ｒ｝ｆ算机系统有

ＣＰＵ、存储器、外设及文件四项资源需要管理，而一般ｃＮｃ系统中的管理程序其规模与通用性不大，所以不能称为操作系统而称为管辫！程序或监控程序，它主要对数据的输入、处理及切削加［过程中的各种系统程序进行统一的调度，以实现零件加－Ｔ的实时控制。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。水平较高的管理程序可使多道程序并行工作，如在插补运算与速Ｊ蔓控制的空闲时问进行

本数控系统预控制四个电机，其中三个涉：ｉｉｌｊ戈伺

服电机可以实现两两直线、圆弧插补或者空间（．￡轴）直线插补。

目前效控系统按照ＣＰＵ的数量来分有：单机系统

．和多机系统。

懒统。指整个ＣＮＣ装置只有—个ＣＰＵ，它集

中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的疗式来

实璐种数控功能。其优点在于投资小．结构简单，易

于实现。但系统功能受ＣＰＵ字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的制约。现在这种结构已被多机结构的毛从结构所代替。

多机系统。是指整个ｃＮｃ装置中有两个或两个以上的ＣＰＵ，也就是系统中的某螳功能模块也带有ＣＰｌＪ，根据这些ＣＰＵ间的相互荚系的不同又町以将其分为：①主从结构系统，在该系统中只有一个ｃｐｕ（ｔ际

块化设计，主要分为键盘模块，显示模块，扩展矾）模

块，程序操作模块．插补控制模块，位置控制模块，电路驱动模块和电源隔离模块等功能模块；丰、从ＣＰＵ分工合作。主ＣＰＵ完成前台控制．即系统初始化、人机界丽管理、系统监控、键盘扫描、加工程序编辑、ＦＯ控制等管理控制Ｉｉ作。从ＣＰＵ则上要进行插补处理、位置控制、主轴控制、速度控制等实时控制丁作。

３多ＣＰＵ单片机数控系统软件总４奉：架构ＣｈＩＣ系统的程序丰要由以下几个部分组成：