专利名称：高速高精度数控雕刻机运动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制器，具体涉及一种应用于雕刻机的运动控制器。
背景技术：
雕刻机是一种数控钻铣组合床。从形态上雕刻机可以分为机床和控制系统(包括控制器等)两部分。机床就如人的身体，控制系统就如人的大脑和灵魂。两部分各成体系又密不可分。雕刻机控制系统，雕刻机的核心部分，是大脑与灵魂。有了好的床身就现有了好的身体。要想让他动起来，这就需要给它一个聪明的大脑，纯净的灵魂。目前的控制系统·一般由三部分组成，一、驱动器二、变频器三、雕刻控制器及上位机软件I、驱动器，它的功能是接受控制器提供的脉冲信号，来驱动步进电机运动。驱动器的最主要功能之一就是脉冲细分。步进电机每得到一个完整的方波脉冲信号，就会产生一个固定的步脚。以常见的两相混合电机为例。电机每得到一个脉冲信号就会产生一个I. 80的步角。电机旋转一周需要200步。但当驱动器八细分后，每转一周就需要200*8=1600步。再由此推知，当传导装置每转一圈的直线位移为IOmm时,脉冲当量为10mm/1600脉冲=0. 00625mm/脉冲。这也就是这台机子的理论最小雕刻精度。2、变频器，它的主要功能是接受控制器信号，输出高速脉冲的装置。大家都知道，我们国家现在用的市电是50HZ，变频器的主要作用是通过调整供电频率来调整主轴的运行速度。3、雕刻机控制器，也就是雕刻机控制系统中的核心部分。它的主要功能是执行计算机软件命令，并控制变频器，驱动器工作。目前在运动控制器这块，某些厂家崇拜进口产品，例如西门子，法纳克，宝元，新代等，但是随着实践发现，这些功能强大的数控机床控制器，并不很实用于雕刻机控制器。而目前国内做的雕刻机控制器由于硬件选用及的原因，往往是使用低主频的定点DSP或单片机来完成，他们的缺点是无法进行快速浮点计算，这直接影响控制器的数据处理能力，因为浮点运算速度慢，所以数据处理慢，这就导致无法进行高速的运动控制，一般只能运行到8米 15米每分钟，远远不能满足高速度雕刻机使用。
实用新型内容本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种高速高精度数控雕刻机运动控制器，该控制器专门针对雕刻机的运动控制设置，采用高速DSP和FPGA芯片，解决了现有技术中存在的无法进行高速运动控制、控制精度较低的技术问题。为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案一种高速高精度数控雕刻机运动控制器，上述的数控雕刻机运动控制器的内部包括DSP芯片、FPGA芯片、NAND Flash内存和USB微控制器，其中上述的DSP芯片通过DSP外部总线与FPGA芯片连接，上述的NAND Flash内存直接与DSP芯片电连接，上述的USB微控制器也直接与DSP芯片电连接；上述的DSP芯片上有USB接口。在整个控制器中，DSP是系统的核心，完成了系统的速度规划、U盘操作、与PC和HMI的通讯、控制主轴。FPGA实现插补运算、输出脉冲、处理机床各轴的限位信号、回零信号等。上述的数控雕刻机运动控制器还包括可编程逻辑器件和电源转换芯片。 上述的雕刻机运动控制器还连接有人机界面模块。人机界面模块(HMI)是机床和操作人员的一个纽带，主要完成操作按键的扫描和加工状态及参数的显示。上述的DSP芯片通过USB微控制器与PC连接。上述的DSP芯片为主频为300M的浮点型DSP，其型号为TMS320C6748。本控制器主要是依靠DSP的高速数据处理能力和FPGA的逻辑电路处理能力。在控制器硬件上我们选用TI的主频高达300M的浮点型DSP TMS320C6748,为大数据量的浮点运算提供可靠的运算速度，此控制器的浮点计算速度是目前市场上的定点DSP的10倍以上。 上述的NAND Flash内存为三星K9F1G08内存。上述的可编程逻辑器件是型号为XC95144的可编辑逻辑芯片，上述的电源转换芯片型号为TPS73HD318。上述的USB微控制器的型号为CY7C68013A。上述的FPGA芯片的型号为XC6SLX16FT256。此FPGA芯片是赛灵思(xillinx)公司生产的芯片，为速度信号转化为电气控制信号提供了保障。上述的雕刻机运动控制器还包括有时钟模块。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是I、针对大数据浮点计算速度慢的缺点，我们采用TI最新的高性能TMS320C6748浮点DSP，他的浮点计算能力是现有定点DSP的10倍，因此可以很好的完成大数据，快速数据计算处理，为高速切割提供了很好的平台。2、采用xillinx的新型FPGA芯片XC6SLX16FT256，为速度信号转化为电气控制信
号提供了保障。3、控制器的电路构成非常合理，除包括高性能DSP和FPGA芯片之外，还包括可编程逻辑器件和人机界面模块能，功能扩展，应用更加灵活，控制效果也更佳。
图I为本实用新型硬件结构框图。图2为本实用新型工作时软件整体架构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步阐述。如图I所示，一种高速高精度数控雕刻机运动控制器，其内部包括DSP芯片、FPGA芯片、NAND Flash内存和USB微控制器，其中上述的DSP芯片通过DSP外部总线与FPGA芯片连接，上述的NAND Flash内存直接与DSP芯片电连接，上述的USB微控制器也直接与DSP芯片电连接；上述的DSP芯片上有USB接口。在整个控制器中，DSP是系统的核心，完成了系统的速度规划、U盘操作、与PC和HMI的通讯、控制主轴。FPGA实现插补运算、输出脉冲、处理机床各轴的限位信号、回零信号等。数控雕刻机运动控制器还包括可编程逻辑器件和电源转换芯片。雕刻机运动控制器还连接有人机界面模块。人机界面模块(HMI)是机床和操作人员的一个纽带，主要完成操作按键的扫描和加工状态及参数的显示。DSP芯片通过USB微控制器与PC连接。DSP芯片为主频为300M的浮点型DSP，其型号为TMS320C6748。本控制器主要是依靠DSP的高速数据处理能力和FPGA的逻辑电路处理能力。在控制器硬件上我们选用TI的主频高达300M的浮点型DSP TMS320C6748,为大数据量的浮点运算提供可靠的运算速度，此控制器的浮点计算速度是目前市场上的定点DSP的10倍以上。在本实施例中，NAND Flash内存为三星K9F1G08内存。在本实施例中，可编程逻辑器件是型号为XC95144的可编辑逻辑芯片，上述的电源转换芯片型号为TPS73HD318。USB微控制器的型号为CY7C68013A。FPGA芯片的型号为XC6SLX16FT256。此FPGA芯片是赛灵思(xillinx)公司生产的芯片，为速度信号转化为电气控制信号提供了保障。下面再来简要叙述一下，本实用新型工作时内部软件的配合。 有了硬件的基础，就是软件配合了，本控制器的主要工作是把标准的G代码文件转化为电气信号，控制机械机的执行机构，完成工件、图形的加工。如图2所示，G代码文件通过主USB模块，从外部U盘中被拷贝到控制器中保存。用户通过人机交互选择自己要加工的G代码文件开始加工，代码解析从控制卡中一次读取出每一条G代码，转化为速度前瞻的所需要的数据结构后，进行3维速度前瞻。前瞻后的数据转化为FPGA程序能够识别的微指令，最后发送到FPGA中，FPGA负责把微指令转化成驱动器所需要的电气控制信号。
权利要求1.一种高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的数控雕刻机运动控制器的内部包括DSP芯片、FPGA芯片、NAND Flash内存和USB微控制器，其中所述的DSP芯片通过DSP外部总线与FPGA芯片连接，所述的NAND Flash内存直接与DSP芯片电连接，所述的USB微控制器也直接与DSP芯片电连接；所述的DSP芯片上有USB接口。
2.根据权利要求I所述的高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的数控雕刻机运动控制器还包括可编程逻辑器件和电源转换芯片。
3.根据权利要求I所述的高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的雕刻 机运动控制器还连接有人机界面模块。
4.根据权利要求I所述的高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的DSP芯片通过USB微控制器与PC连接。
5.根据权利要求I所述的高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的DSP芯片为主频为300M的浮点型DSP，其型号为TMS320C6748。
6.根据权利要求I所述的高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的NAND Flash内存为三星K9F1G08内存。
7.根据权利要求2所述的高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的可编程逻辑器件是型号为XC95144的可编辑逻辑芯片，所述的电源转换芯片型号为TPS73HD318。
8.根据权利要求I所述的高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的USB微控制器的型号为CY7C68013A。
9.根据权利要求I所述的高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的FPGA芯片的型号为XC6SLX16FT256。
10.根据权利要求I所述的高速高精度数控雕刻机运动控制器，其特征在于所述的雕刻机运动控制器还包括有时钟模块。
专利摘要本实用新型公开了一种高速高精度数控雕刻机运动控制器，所述的数控雕刻机运动控制器的内部包括DSP芯片、FPGA芯片、NANDFlash内存和USB微控制器，其中DSP芯片通过DSP外部总线与FPGA芯片连接，NANDFlash内存直接与DSP芯片电连接，USB微控制器也直接与DSP芯片电连接；DSP芯片上有USB接口。本实用新型的有益效果是可以很好的完成大数据，快速数据计算处理，为高速切割提供了很好的平台。采用xillinx的新型FPGA芯片XC6SLX16FT256，为速度信号转化为电气控制信号提供了保障。
文档编号G05B19/18GK202632049SQ201220325330
公开日2012年12月26日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者周莹, 覃琴 申请人:成都乐创自动化技术股份有限公司