机床的数控系统

1、一种机床的数字控制系统，至少包含数控系统的执行程序、硬件电路，以及 显示器和控制面板，其特征在于：
所述的执行程序包括有uC/OS实时操作系统和基于uC/OS实时操作系统的数 控应用程序，其uC/OS实时操作系统负责系统的调度和管理；其基于uC/OS实时 操作系统的数控应用程序负责执行数控系统；执行程序响应控制面板的输入/输出指 令操作；
所述的硬件电路包括有：一ARM处理器，负责数控系统的信息、数据的运算；
一存储器扩展电路，负责存储上述ARM处理器的程序和数据，其中，
存储器A中存储有系统初始化启动代码，
存储器B中存储有基于uC/OS实时操作系统的数控系统执行程序及机床加工 所需的数控程序，
存储器C中是动态内存，存储有系统运行时的程序和数据，
存储器D中存储有机床运行的状态参数及机床、刀具参数；
一FPGA，负责将上述ARM处理器输出的位置信息输出至机床电机的伺服系统， 控制机床的运动；其输出的逻辑信息对IO接口进行控制；
一存储器E，负责上述FPGA在掉电后的数据保存；
一D/A转换器，负责将上述ARM处理器输出的数字信息转换成模拟信息；
一驱动电路，负责将上述D/A转换的信息输出至机床变频器；
一IO接口电路，负责机床和数控系统的联通；
一隔离转换电路，负责将上述FPGA、IO接口的信息进行隔离、转换；
一系统电源电路，负责提供控制系统和继电器所需电源；
数控系统采用基于ARM处理器和uC/OS实时操作系统相结合的控制方式；
LCD显示器同ARM处理器连接，控制面板同FPGA连接，机床主轴变频器同 驱动电路连接，机床电机同隔离转换电路连接；
存储器C中的基于uC/OS实时操作系统的数控系统执行程序在ARM处理器平 台上运行，ARM处理器响应来自控制面板的用户操作指令，执行相应的数控加工过 程；零件加工信息经ARM处理后，下传至FPGA和DA转换模块；DA转换后的模 拟信号输出至变频器的驱动电路，控制机床的主轴电机；FPGA实现的伺服驱动信号 经隔离转换后输出至机床的伺服系统，控制机床的运动；经ARM处理后的逻辑信息 经FPGA、隔离转换后输出至IO接口，所述的IO接口接受机床信号并将其信号经 隔离转换后反馈至FPGA和ARM。
2、根据权利要求1所述的机床数控系统，其特征在于：
所述ARM处理器可选用ARM7系列或ARM9系列芯片；
所述存储器A可选用FLASH、ROM存储器；
存储器B可选用FLASH、ROM存储器；
存储器C可选用SRAM、SDRAM、DRAM、NVRAM、FRAM存储器；
存储器D可选用FLASH、ROM存储器；
存储器E可选用FLASH、ROM存储器；
所述FPGA可选用ACEX系列芯片、FLEX系列芯片、CYCLONE系列芯片、 APEX系列芯片、STRATIX系列芯片；
3、根据权利要求1所述的机床数控系统，其特征在于：设置有通信接口电路。
4、根据权利要求3所述的机床数控系统，其特征在于：通信接口为RS232标 准数据通信。
5、根据权利要求1所述的机床数控系统，其特征在于：
所述ARM处理器UN2001选用S3C44B0X芯片；
所述存储器A UN4000选用AM29LV160芯片，
存储器B UN4003选用K9F2808芯片，
存储器C UN4001选用HY57V561620芯片，
存储器D UN4004选用DS1230芯片，
存储器E UN3000选用EPC2LC20芯片；
所述FPGA UN3001选用EP1K-QFP208-3芯片；
所述DA转换器UN5004选用AD7243芯片，其输出值0～10V；
所述驱动电路UN5000选用74HC245芯片；
所述隔离转换电路UN8009选用74HC245芯片；
所述IO接口电路选用4片74HC245芯片；
所述系统电源电路选用2片LM1085芯片和1片LM2575芯片，分别用于产 生24V、±12V、5V电压；
其中，ARM微处理器UN2001的119-124、127-136端对应连接到存储器A UN4000的45-29端，作为存储器A的数据信号，1-3、143-151、153-160端对 应连接到存储器A UN4000的23-25、9、16、17、48、1-5端，作为存储器A 的地址信号，17、16、15、50端对应连接到UN4000的26、11、28、12端， 分别作为存储器A的片选信号、读写信号和复位信号，119-124、127-136端还经 10欧姆电阻连接到存储器C UN4001的53、51、50、48、47、45、44、42、 13、11、10、8、7、5、4、2端，作为存储器B的数据信号，1-3、150、151、 153-160端经22欧姆电阻连接到存储器C UN4001的25-23、36、35、22、 34-26端，作为存储器C的地址信号，7、8、11、12、16、25、27、28端对应 连接到存储器C UN4001的17、18、15、39、16、19、37、38端，作为存储 器C的控制信号，129-136端连接到存储器B UN4003的44-41、32-29端，作 为存储器B的数据信号，115-118端对应连接到存储器B UN4003的7、17、16、 9端，作为存储器B的控制信号，119-124、127-136端对应连接到存储器D UN4004的19-11端，作为存储器D的数据信号，1-3、148-151、153-160端还 连接到存储器D UN4004的8-10、1、26、2、23、21、24、25、3-7端，作 为存储器D的地址信号，11、15、20对应连接到存储器D UN4004的27、22、 20端；
UN2001的56、58、59端对应连接到DA转换器UN5000的3、2、4端， 作为时钟、同步、数据信号；
UN2001的129-136数据信号端和15、16、19、32、50控制信号端可以作 为通讯接口；
UN2001的1-3、156-160、119-124、127-136端对应连接到FPGA UN3001的55-53、61、60、58-56、88-85、83、75-73、71-67、65-63端， 作为输入输出信号，15、16、23、50端对应连接到FPGA UN3001的184、78、 80、182端，作为控制信号；
UN2001的50、60、61、69、70端对应连接到PT2003的4-8端，91-94 端是控制信号对应连接LCD接口PT2003的9-12端，95-98、111-114端是数据 信号对应连接LCD接口PT2003的14-17、22-25端，99、100、103、104端 是系统的两路串行口对应连接UN2000的12、11、9、10端，42-46端经JTAG 电路处理后连接到PT2005的3、9、7、5、11端，75-82端对应连接PT2002的 2-9端，51端同10k电阻串联后与电源相接，52-54端通过串联晶振模式选择电路 的10K电阻接地，64、65端连接外部晶振电路，66端对应连接外部时钟接口，87-89 端对应连接外部RTC接口，83-85端同10Nf电容串联后接地；
UN2001的9、47、67、125端是系统电源连接3.3V，21、34、62、86、 109、138端是系统电源连接2.5V，10、22、35、48、63、73、74、90、110、 126、139、152端接地；
FPGA UN3001的153、4、1、50端与UN3000的11、1、3、19端与PT3000 的1、3、5、9端连接，组成JTAG下载链，通过这个电路和FPGA的下载线PC 机可以实现对UN3001的烧写和对UN3001的配置。UN3001的52、105、155、 2、156端与UN3000的8、13、4、9、2端连接组成UN3000对UN3001的配 置电路，通过这个电路当系统上电时UN3000可以自动对UN3001进行配置； UN3001的153、UN3001的183端与JP3001的4端连接作为UN3001的时钟 输入，UN3001的7-16、198-200、202-208端与控制面板PT6000的31-50连 接作为控制面板上键盘的扫描控制信号，UN3001的57、58、60、61、63-65、 67-71、73-75、83端与UN10001和UN10003的2-9端连接作为输出控制信号， UN3001的122、125、134-136、139-144、147-150、157与PT12043和 PT120441的11-18连接作为扩展输出控制信号，UN3001的85-89、90、92-97、 99、100、111端与UN9000和UN9002的2-9端连接作为输入信号，UN3001 的101-103、112、113端与UN8009的6-9、2、3端连接作为主轴编码器和手 轮编码器的输入信号，UN3001的114-116、119-127端与UN7001的2-7端连 接作为对电机驱动器的控制信号，UN3001的126-128、131-133端与UN7000 的2-7端连接作为对电机驱动器的位置指令信。
6、根据权利要求5所述的机床数控系统，其特征在于：直线插补精度： ＜0.0003mm；圆弧插补精度：＜0.0005mm；切削进给速度误差(与设定值)：＜± 3％；快速移动速度误差(与设定值)：＜±10％；G04延时指令误差：＜5ms；加、 减速时间常数误差：＜5ms；系统各种脉冲持续时间(与设置时间)精度误差：＜5ms。
7、根据权利要求1、5所述的机床数控系统，其特征在于：可适用于车床、铣 床和加工中心。

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