一种基于SoC FPGA的三轴数控车床控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于SoCFPGA的三轴数控车床控制器，采用集成ARMCortexTM-A9MPCoreTM处理器系统的CycloneVFPGA的系统架构，本实用新型是通过电脑上位机软件通过串口发送数据给嵌入式控制器，控制器接收上位机发送来的数据包后，解析出数据包中的操作命令后做相应的命令操作。主控制系统接收数据后，做出相应的操作，包括液晶屏的显示、手轮电路的控制、伺服电机的输出、变频器驱动、主轴接口电路、刀架接口电路、输入开关量接口电路、输出开关量接口电路，同时主控制系统可以将采集来的数据存储在外部FLASH中。本实用新型具有成本低，集成度高，体积小，后期维护成本低的优势。
【专利说明】—种基于SoC FPGA的三轴数控车床控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是数控技术应用专业领域，特指是一种基于SoC FPGA的三轴数控车床控制器。
【背景技术】
[0002]随着微电子与功率电子技术的迅速发展和现代控制理论为基础的高精度、高响应交流伺服系统的出现，使数控系统的性能日臻完善，各项性能指标大为提高，数控车床技术正在向经济型数控机床系统发展。经济型数控车床技术可以分为两类:工控PC机和单片机数控系统。虽然目前国内工控PC机从控制功能、抗干扰能力等方面都有了快速的发展，到那时较国外系统还有一定的差距；单片机数控系统硬件由单片机系统组成，随着数控车床的加工速度以及加工的精度不断提升，要求单片机的运算速度和精度不断提高，超低功耗的MSP430单片机、AVR以及STM32F103VET6等系列的单片机也广泛应用。本实用新型提出一种基于SoC FPGA的三轴数控车床控制器，较PLC、DSP以及ARM等控制系统相比，其优点有，技术成熟，集成度高，价格低廉，实时性好等特点。
【发明内容】
[0003]本实用新型针对现有技术的不足，提出一种基于SoC FPGA的三轴数控车床控制器。
[0004]为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0005]一种基于SoC FPGA的三轴数控车床控制器由一个主控制系统和一个IO驱动电路模块组成。
[0006]主控制系统采用模块化结构，包括集成ARM Cortex?-A9 MPCoreTM处理器系统的SoC FPGA模块、编码器接口电路模块、面板按键电路模块、RS232串口模块、外部SPI FLASH存储电路模块、外部NAND FLASH存储电路模块、外部DDR3 SDRAM电路模块、USB Host接口电路模块、SD卡存储电路模块、EPCS配置电路模块、触摸式LCD电路模块及LVDS信号接口电路。
[0007]主控制系统采用DB15接口与伺服控制器相连，触摸式液晶屏通过LVDS信号接口和触摸屏电路与SoC FPGA模块相连，RS232串口模块通过TTL-RS232电平转换芯片与SoCFPGA模块连接，外部SPI FLASH模块通过SPI总线与SoC FPGA模块相连，外部NAND FLASH模块通NAND FLASH接口与SoC FPGA模块相连，外部DDR3 SDRAM模块通过DDR3 SDRAM接口与SoC FPGA模块相连，USB Host接口电路模块遵循USB2.0协议，即通过USB总线与SoCFPGA模块连接，SD卡存储电路模块通过MMC总线与SoC FPGA模块连接，EPCS配置电路模块通过EPCS配置接口与SoC FPGA模块相连。
[0008]IO驱动电路模块包括光耦隔离电路、驱动电路、手轮接口电路、电机信号接口电路、主轴接口电路、刀架接口电路、输入开关量接口电路、输出开关量接口电路、
[0009]所述的光耦隔离电路通过驱动电路分别与手轮接口电路、电机信号接口电路、主轴接口电路、刀架接口电路、输入开关量接口电路、输出开关量接口电路相连；
[0010]IO驱动电路模块的光耦隔离电路与主控制系统的SoC FPGA模块的I/O 口相连；
[0011]嵌入式主控制器选用集成ARM Cortex?-A9 MPCoreTM处理器系统的SoC FPGA，用于实现整个数控车床的控制系统的运行管理和控制，同时包括主轴编码器计数，手轮信号计数，X，Y，Z轴伺服驱动，主轴编码器驱动，电机驱动，刀架驱动，读写输入和输出开关量；外部SPI FLASH芯片采用台湾Winbond公司生产的W25X64，通过SPI总线和嵌入式控制器相连；外部NAND FLASH芯片选用Samsung公司生产的K9F4G08U0A ;外部DDR3 SDRAM芯片选用Samsung公司生产的K4B4G0846B ；RS232模块的电平转换芯片选用MAXM公司的型号为MAX232芯片；FPGA配置芯片选用Altera公司的专用配置芯片EPCS16 ;IXD显示器采用群创的7寸数字触摸屏AT070TN83，通过LVDS信号接口和触摸屏电路来驱动液晶显示和触摸屏。
[0012]本实用新型所具有的有益效果是:系统采用集成ARM Cortex?-A9 MPCoreTM处理器系统的SoC FPGA的系统架构，一方面可以改进传统数控车床成本，满足经济型数控车床的需求，另外一方面本架构具有高效的逻辑集成功能，降低了系统功耗和成本，减小了电路板面积，从而可以大大提高系统的性价比。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1、主控制系统示意图；
[0014]图2、IO驱动电路示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实例对本实用新型进一步说明。
[0016]一种基于SoC FPGA的三轴数控车床控制器由一个主控制系统和一个IO驱动电路模块组成。
[0017]如图1所示，主控制系统采用模块化结构，包括集成ARM Cortex?-A9 MPCoreTM处理器系统的SoC FPGA模块、编码器接口电路模块、面板按键电路模块、RS232串口模块、夕卜部SPI FLASH存储电路模块、外部NAND FLASH存储电路模块、外部DDR3 SDRAM电路模块、USB Host接口电路模块、SD卡存储电路模块、EPCS配置电路模块、触摸式LCD电路模块及LVDS信号接口电路。
[0018]主控制系统采用DB15接口与伺服控制器相连，触摸式液晶屏通过LVDS信号接口和触摸屏电路与SoC FPGA模块相连，RS232串口模块通过TTL-RS232电平转换芯片与SoCFPGA模块连接，外部SPI FLASH模块通过SPI总线与SoC FPGA模块相连，外部NAND FLASH模块通NAND FLASH接口与SoC FPGA模块相连，外部DDR3 SDRAM模块通过DDR3 SDRAM接口与SoC FPGA模块相连，USB Host接口电路模块遵循USB2.0协议，即通过USB总线与SoCFPGA模块连接，SD卡存储电路模块通过MMC总线与SoC FPGA模块连接，EPCS配置电路模块通过EPCS配置接口与SoC FPGA模块相连。
[0019]如图2所示，IO驱动电路模块包括光耦隔离电路、驱动电路、手轮接口电路、电机信号接口电路、主轴接口电路、刀架接口电路、输入开关量接口电路、输出开关量接口电路。
[0020]所述的光耦隔离电路通过驱动电路分别与手轮接口电路、电机信号接口电路、主轴接口电路、刀架接口电路、输入开关量接口电路、输出开关量接口电路相连；
[0021]IO驱动电路模块的光耦隔离电路与主控制系统的SoC FPGA模块的I/O 口相连；
[0022]嵌入式主控制器选用集成ARM Cortex?-A9 MPCoreTM处理器系统的Cyclone VFPGA，用于实现整个数控车床的控制系统的运行管理和控制，同时包括主轴编码器计数，手轮信号计数，X，Y，Z轴伺服驱动，主轴编码器驱动，电机驱动，刀架驱动，读写输入和输出开关量；外部SPI FLASH芯片采用台湾Winbond公司生产的W25X64，通过SPI总线和嵌入式控制器相连；外部NAND FLASH芯片选用Samsung公司生产的K9F4G08U0A ;外部DDR3 SDRAM芯片选用Samsung公司生产的K4B4G0846B ；RS232模块的电平转换芯片选用MAXM公司的型号为MAX232芯片；FPGA配置芯片选用Altera公司的专用配置芯片EPCS16 ;IXD显示器采用群创的7寸数字触摸屏，通过LVDS信号接口和触摸屏电路来驱动液晶显示和触摸屏。
[0023]一种基于SoC FPGA的三轴数控车床控制器的基本工作流程是通过电脑上位机软件通过串口发送数据给嵌入式控制器，控制器接收上位机发送来的数据包后，解析出数据包中的操作命令后做相应的命令操作。主控制系统接收数据后，做出相应的操作，包括液晶屏的显示、手轮电路的控制、伺服电机的输出，变频器驱动、主轴接口电路(变频器的驱动)、刀架接口电路、输入开关量接口电路(循环启动，急停，暂停，超程报警等等)、输出开关量接口电路(卡盘，尾座，冷却液，润滑油等等)，同时主控制系统可以将采集来的数据存储在外部FLASH中。
【权利要求】
1.一种基于SoC FPGA的三轴数控车床控制器由一个主控制系统和一个IO驱动电路模块组成； 其特征在于:主控制系统采用模块化结构，包括集成ARM Cortex?-A9 MPCoreTM处理器系统的SoC FPGA模块、编码器接口电路模块、面板按键电路模块、RS232串口模块、外部SPI FLASH存储电路模块、外部NAND FLASH存储电路模块、外部DDR3 SDRAM电路模块、USBHost接口电路模块、SD卡存储电路模块、EPCS配置电路模块、触摸式LCD电路模块及LVDS信号接口电路； 主控制系统采用DB15接口与伺服控制器相连，触摸式液晶屏通过LVDS信号接口和触摸屏电路与SoC FPGA模块相连，RS232串口模块通过TTL-RS232电平转换芯片与SoC FPGA模块连接，外部SPI FLASH模块通过SPI总线与SoC FPGA模块相连，外部NAND FLASH模块通NAND FLASH接口与SoC FPGA模块相连，外部DDR3 SDRAM模块通过DDR3 SDRAM接口与SoC FPGA模块相连，USB Host接口电路模块遵循USB2.0协议，即通过USB总线与SoC FPGA模块连接，SD卡存储电路模块通过MMC总线与SoC FPGA模块连接，EPCS配置电路模块通过EPCS配置接口与SoC FPGA模块相连； IO驱动电路模块包括光耦隔离电路、驱动电路、手轮接口电路、电机信号接口电路、主轴接口电路、刀架接口电路、输入开关量接口电路、输出开关量接口电路、 所述的光耦隔离电路通过驱动电路分别与手轮接口电路、电机信号接口电路、主轴接口电路、刀架接口电路、输入开关量接口电路、输出开关量接口电路相连； IO驱动电路模块的光耦隔离电路与主控制系统的SoC FPGA模块的I/O 口相连。
【文档编号】G05B19/414GK203520105SQ201320636728
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】黄继业, 刘云飞, 高明煜, 楼佳祥, 曾毓, 何志伟 申请人:杭州电子科技大学