嵌入式数控系统的体系结构与系统设计（下）

3 系统设计

    根据嵌入式系统的技术特点，基于Intel XscalePXA275的ARMl0微控制器，设计一套基于CAN高速现场总线的分布式多微处理器控制结构的嵌入式数控系统如图4所示。

图4 基于CAN总线的嵌入式数控系统的实现方案

    3．1上位机结构设计

    上位机采用基于工控应用场合的ARMl0微控制器的芯片PxA275(工作主频为520MHz)作为控制核心，结合相应器件扩展各个模块如下：

    (1)结合DM9000接口芯片，在总线上扩展RJ45网口电路，实现网络连接。

    (2)引出ARMl0的DN0与DP0引脚信号，与+5V电源引脚及地线，组成USB接口电路。

    (3)采用芯片MAx3232电路，在总线上扩展RS232接口电路，实现串口通信。

    (4)ARMl0芯片的输出引脚上设计有驱动LCD显示的FrameBuffer控制信号线，将之引出，与LCD显示屏的对应引脚相连，即可实现图形显示；而且，在该连接插座上，可以增加连接MCU的nYPON、nXPON、XPOS、YPOS、XMON、YMON信号线的驱动电路，即可实现触摸屏的输入功能。

    (5)基于ARMl0芯片的IIC总线，结合ZLG7290键盘扩展芯片，可扩展出8 x 8的键盘输入接口，用于上位机的功能指令和程序输入。

    以上是上位机的基本模块设计，其余模块可以通过通过嵌入式系统的功能扩展，给予增减。在嵌入式系统中，每一模块的增减，都需要设计相应的驱动软件，才能使增减的模块实现功能操作。

    3．2 下位机结构设计

    下位机可以有多种功能控制模块，在嵌入式数控系统中，主要有伺服电动机驱动模块、主轴驱动模块和嵌入式PLC扩展模块等。

    (1)伺服电动机驱动模块。对ARMl0微控制器的接口进行扩展，设计交流伺服电动机的双闭环调速电路和位置控制电路，实现多轴联动复杂曲线的联动控制。为了提高位置控制的实时响应能力，引入FPGA硬件插补电路，结合交流伺服电动机的功放电路，提高伺服控制功能水平。

    (2)主轴驱动模块。从ARM10引出控制信号，设计变频调速电路，实现主轴速度输出和主轴编码器信号输入，控制电主轴，实现主轴变频调速。

    (3)嵌入式PLC控制模块。在ARMl0微控制器的内部总线上，扩展FPGA电路，定义相应的I，O接口点数，每条I／O线经过功率放大，转换为工作电压为24V的接口线，供标准的PLC控制信号使用。在该PLC接口板上，还可以设计A／D、D／A转换电路，满足包括倍率控制在内的数控功能控制需要。以上每一模块都需要设计高速总线接口，确保上下位机相互间可靠通信。