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數控系統

數控系統是采用數字化信息實現加工自動化的控制技術，由基本硬件與控制軟件組成。隨著集成電路的發展，數控系統已經發展到第二階段，即計算機數控系統（Computer Numerical Control，簡稱CNC，用計算機控制加工功能，實現數值控制的系統）階段。CNC系統根據計算機存儲器中存儲的控制程序，執行部分或全部數值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統。一般整個數控系統包括：控制系統、伺服驅動系統和位置測量系統。

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傳統數控系統的挑戰

傳統數控系統，硬件通常采用專用主板，系統結構復雜，硬件升級換代非常困難，數控功能擴展必須求助于系統開發商。現代數控系統不再沿用傳統PC-Based數控技術，正朝著更靈活高效的方向發展。本文通過構建ARM+FPGA的硬件架構，以策略和機制相分離為設計思想（策略與機制分離對于靈活性來說很重要），建設集開放性高、插補能力強、可移植性好于一體的當代嵌入式數控機床控制系統以及基于FPGA伺服驅動系統的解決方案。

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基于億海神針系列FPGA實現的數控系統解決方案

中科億海微億海神針系列FPGA對標國外廠商的S6系列FPGA，該系列產品邏輯資源覆蓋范圍寬，LUT資源從9K到136K，產品封裝種類豐富，能夠滿足用戶不同的應用場景需求。本文介紹了基于EQ6HL45和EQ6GL9的數控系統架構方案，通過ARM+EQ6HL45的架構，可以充分利用FPGA的硬件可編程優勢，提高數控控制系統的靈活性和伺服驅動系統的可擴展性，便于升級換代和應用場景擴展，提高研發設計效率。基于中科億海微FPGA的數控系統架構方案如下所示：

圖 中科億海微基于ARM+FPGA架構的數控系統解決方案

基于ARM+FPGA的嵌入式數控系統，整合了ARM和FPGA的優勢，提高了資源利用率和實時性，增強了數控系統的靈活性。充分利用FPGA強大的邏輯運算能力實現數控系統的精確插補及數控系統的加減速控制策略，效率和精度都遠高于傳統單片機嵌入式數控系統，并且二次開發更加容易，使數控系統應用軟件具有可移植性，具有良好的應用前景。基于FPGA的伺服驅動系統完成伺服電機驅動算法和控制功能，并對反饋信號進行采集。該方案可增強系統的可擴展性，同時可以提高多軸同步伺服系統的精度和實時性能，提高系統穩定性、降低系統成本。

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方案特性

億海神針系列可編程邏輯芯片的加工制造全過程均在國內完成，供貨周期和價格更有優勢，幫助客戶極大縮短了研發周期和產品上市時間；

具有可達千萬門級的豐富邏輯資源，可重復編程，具有強大的并行處理能力，實時性更強；

采用ARM+FPGA的控制系統與傳統數控系統相比，體積減小、能耗變低、控制性能大幅度提高；

可移植性強，用戶自己可以進行二次開發，將控制系統升級換代以獲取更高性能的數控系統。