基于MCU和CPLD架构的数控软件系统设计与实现

摘要

在工业装备制造领域，数控机床是其核心设备。如今，评价某个国家的工业制造水平，离不开数控技术的发展层次。西方的数控机床发展得较早，当前西方发达国家大多实现了高端数控，这是其工业核心竞争力的重要保有手段。国内的数控机床还处在转型期间，在发展高端数控的同时，也不能忽视中低档数控机床的发展，这是因为我国的加工制造业市场广泛，中低档数控机床依然有着广阔的前景。此次研究的数控系统即针对中低档数控机床而言的，是一种较为新型的效率高、成本低的数控系统。
　　此次研究的数控系统架构为MCU（微控制单元）+CPLD（复杂可编程逻辑器件），主要对系统的逻辑控制模块及电源进行设计和实现。系统的逻辑控制模块包括双轴伺服控制模块、主轴编码器模块、手轮控制模块，这些模块是构成系统软件的核心组成部分，可以对加工工件进行有效的控制。数控系统的精确度要求很高，所以其电源保障不可或缺。本系统的电源设计包括核心电源、LCD背光电路、LM358的电源电压、掉电保护电路、系统抗干扰等方面的设计。本论文主要研究内容：对数控系统的工作原理及体系结构进行深入的分析，着重分析了数控刀具的切削原理、刀具的补偿原理以及插补原理，并在此基础上提出几种常见的插补算法。设计了数控系统的运行环境，主要对各功能模块进行设计。论文的核心部分为数控系统控制软件的设计和实现，首先论述了MCU+CPLD的系统架构，并对两者之间的通信协议进行实现，定义了每一个寄存器，证明了系统软件最小误差法的插补算法。最后实现了系统的逻辑控制。
　　本数控系统经过一段时间的研发与调试，各控制模块的功能基本实现，插补精度达到了um级，进给速度最高能够达到15m/min，系统的可靠性较高，可以长周期安全稳定运行，基本能够满足数控机床的加工要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容与方法

1.4 论文组织结构

第二章 系统的技术指标及工作原理

2.1 相关技术指标

2.2 系统的体系结构

2.3 数控系统的控制原理

2.4 系统的补偿原理

2.5 系统的插补原理

2.6 本章小结

第三章 系统的功能模块设计

3.1 手动操作模块的设计

3.2 自动运行模块的设计

3.3 系统控制模块的设计

3.4 本章小结

第四章 系统的逻辑控制设计

4.1 CPLD选型

4.2 通信协议设计

4.3 系统功能模块的逻辑控制设计

4.4 系统的供电设计

4.5 本章小结

第五章 系统的调试与测试

5.1 系统的实现

5.2 系统的实验调试

5.3 系统现场测试

5.4 系统测试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献