CN204790505U - 一种基于arm和fpga的嵌入式数控系统实验平台 - Google Patents
一种基于arm和fpga的嵌入式数控系统实验平台 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统实验平台，包括ARM核心板，FPGA核心板，接口板，键盘，鼠标，屏幕。ARM核心板与FPGA核心板构成上位机与下位机的主从式结构系统，ARM核心板上连接有键盘、鼠标和显示屏，FPGA核心板连接有接口板，接口板连接有主轴电机变频器、主轴交流电机、伺服驱动器、交流伺服电机、编码器和通用数字量输入输出接口。本实用新型采用上述设计方案后，系统的硬件结构得以简化，清晰合理，友好的人机交互界面，使操作更加直观便捷，系统任务分配明确，且编程灵活易于实现模块化编程，使系统的可靠性得以提升，更增加了系统的实用性和经济性。
Description
技术领域
本实用新型涉及数控系统领域，特别涉及一种基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统实验平台。
背景技术
交流伺服系统广泛应用于自动化设备，特别是轻工包装机械、印刷机械和专用数控加工设备中，其特点是控制轴数多，同步要求高。目前多轴联动伺服控制多采用串行通讯的控制方法，但随着模块的增多和通讯距离的增加，形成的积累延时误差对各模块间的同步运动造成很大的影响。传统的高精度电机运动控制一直是按照控制器和驱动器分离的道路相互独立发展，随着DSP技术的发展和大规模应用，出现了全数字的控制电机驱动器，为全数字电机控制提供了广阔的发展空间。电机控制专用DSP内部带有完善的电机控制所需要的各类信号的产生和检测单元，大大减轻了DSP内部CPU的负担。同时随着现场总线技术的发展，SERCOS、CAN等现场总线得到了广泛的应用。这些技术的发展为网络化的控制和驱动一体的电机控制设备提供了技术条件。
为了开发一个功能完备的经济型数控系统实验平台，急需一种新的更为实用的数控实验平台装置。。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统，其系统结构简单可靠、使用便易，功能完备，满足实用性和经济性的要求。
根据本实用新型一个方面，提供一种基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统实验平台，包括：
ARM核心板，FPGA核心板，接口板，键盘，鼠标，屏幕。ARM核心板与FPGA核心板构成上位机与下位机的主从式结构系统，ARM核心板上连接有键盘、鼠标和显示屏，FPGA核心板连接有接口板，接口板连接有主轴电机变频器、主轴交流电机、伺服驱动器、交流伺服电机、编码器和通用数字量输入输出接口。
所述交流伺服器包括有X轴交流伺服器、Y轴交流伺服器、Z轴交流伺服器，分别控制伺服电机的X轴、Y轴和Z轴，交流伺服器通过接口板和FPGA核心板相连。
ARM核心板作为上位机，主要完成的工作有：人机界面工作；G代码文件的编辑及输入；G代码粗插补；主轴、进给轴运动控制；机床操作模式和机床状态管理；软件PLC功能；实时监控功能等。ARM核心板对FPGA核心板发送设置参数命令、运动指令及其他控制指令，以完成与FPGA核心板的交互通信，是嵌入式数控系统实验平台的核心部分。
FPGA核心板主要实现ARM核心板发送过来的运动指令，根据ARM核心板粗插补运算的计算结果，进行精插补，并利用脉冲发生模块，将插补结果转化为脉冲信号，经过接口板发送给伺服放大器，驱动进给轴交流伺服电机进给运动。同时，接收伺服电机编码器反馈信号，进行鉴相、计算，从而得到进给轴的位置信息，并反馈给上位机ARM芯片，与之进行交互来完成控制策略。
本实用新型采用上述设计方案后，系统的硬件结构得以简化，清晰合理，友好的人机交互界面，使操作更加直观便捷，系统任务分配明确，且编程灵活易于实现模块化编程，使系统的可靠性得以提升，更增加了系统的实用性和经济性。这种新的嵌入式数控系统实验平台，将有助于学生工程实践能力的训练，让学生认识并实际搭建出数控系统。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例中提供的嵌入式数控系统实验平台的硬件系统框架图；
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
根据本实用新型一个实施例，提供一种基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统，如图1所示，该嵌入式数控系统实验平台包括：
ARM核心板，FPGA核心板，接口板，键盘，鼠标，屏幕。ARM核心板与FPGA核心板构成上位机与下位机的主从式结构系统，ARM核心板上连接有键盘、鼠标和显示屏，FPGA核心板连接有接口板，接口板连接有主轴电机变频器、主轴交流电机、伺服驱动器、交流伺服电机、编码器和通用数字量输入输出接口。
所述交流伺服器包括有X轴交流伺服器、Y轴交流伺服器、Z轴交流伺服器，分别控制伺服电机的X轴、Y轴和Z轴，交流伺服器通过接口板和FPGA核心板相连。
ARM核心板运行数控系统核心程序，将运动控制指令通过并行总线发送给FPGA核心板，FPGA核心板通过接口板控制一个主轴电机和三个坐标系进给轴运动，以及接收或输出各种开关量，同时FPGA核心板将接收到的编码器反馈以及开关量输入状态通过并行总线反馈给上位机ARM核心板。
ARM核心板作为上位机，主要完成的工作有：人机界面工作；G代码文件的编辑及输入；G代码粗插补；主轴、进给轴运动控制；机床操作模式和机床状态管理；软件PLC功能；实时监控功能等。ARM核心板对FPGA核心板发送设置参数命令、运动指令及其他控制指令，以完成与FPGA核心板的交互通信，是嵌入式数控系统实验平台的核心部分。
FPGA核心板主要实现ARM核心板发送过来的运动指令，根据ARM核心板粗插补运算的计算结果，进行精插补，并利用脉冲发生模块，将插补结果转化为脉冲信号，经过接口板发送给伺服放大器，驱动进给轴交流伺服电机进给运动。同时，接收伺服电机编码器反馈信号，进行鉴相、计算，从而得到进给轴的位置信息，并反馈给上位机ARM芯片，与之进行交互来完成控制策略。
本实用新型采用上述设计方案后，系统的硬件结构得以简化，清晰合理，友好的人机交互界面，使操作更加直观便捷，系统任务分配明确，且编程灵活易于实现模块化编程，使系统的可靠性得以提升，更增加了系统的实用性和经济性。这种新的嵌入式数控系统实验平台，将有助于学生工程实践能力的训练，让学生认识并实际搭建出数控系统。
应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本实用新型的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本实用新型做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。
Claims (2)
1.一种基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统实验平台，其特征在于：包括ARM核心板，FPGA核心板，接口板，键盘，鼠标，屏幕，ARM核心板与FPGA核心板构成上位机与下位机的主从式结构系统，ARM核心板上连接有键盘、鼠标和显示屏，FPGA核心板连接有接口板，接口板连接有主轴电机变频器、主轴交流电机、伺服驱动器、交流伺服电机、编码器和通用数字量输入输出接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统实验平台，其特征在于：所述交流伺服器包括有X轴交流伺服器、Y轴交流伺服器、Z轴交流伺服器，分别控制伺服电机的X轴、Y轴和Z轴，交流伺服器通过接口板和FPGA核心板相连。
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