21世紀(jì)的制造業(yè)環(huán)境迫使企業(yè)必須提高工廠和設(shè)備對市場的快速響應(yīng)度，以獲得市場競爭優(yōu)勢。為此，人們提出了一種新的制造模式一可重構(gòu)制造系統(tǒng)它能夠通過重組或改變自身部件，快速調(diào)整生產(chǎn)能力和功能，以適應(yīng)新的生產(chǎn)環(huán)境需要美國國家研究年制造業(yè)挑戰(zhàn)設(shè)想“的報(bào)告，其中將可重構(gòu)制造系統(tǒng)列為優(yōu)先考慮的領(lǐng)域之一可見可重構(gòu)能力將是未來制造系統(tǒng)必須具備的核心能力之一。對一個(gè)制造系統(tǒng)來說，要想滿足系統(tǒng)重構(gòu)要求，它的子系統(tǒng)或部件應(yīng)具有重構(gòu)能力。所以，作為制造系統(tǒng)的關(guān)鍵單元一一數(shù)控系統(tǒng)也必須具備重構(gòu)能力。從重構(gòu)角度，把能夠通過重組或改變自身構(gòu)件，快速調(diào)整控制能力，以適應(yīng)制造系統(tǒng)整體重構(gòu)需要的數(shù)控系統(tǒng)稱作可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)在可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的研究方面，國內(nèi)外主要采用軟件的途徑5隨著高集成度、高速度和具備硬件重構(gòu)能力的現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA（FieldProgrammable GatesArray）的出現(xiàn)，利用其構(gòu)造數(shù)控系統(tǒng)的控制內(nèi)核，并充分利用它的硬件可重構(gòu)性，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)功能的重構(gòu)，以及遠(yuǎn)程升級和維護(hù)。這是一條可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)途徑本文主要介紹利用FPGA構(gòu)造可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的方法和具體實(shí)現(xiàn)該可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的軟件為1可重構(gòu)主要完成Yblis仿真時(shí)序如圖FPGA構(gòu)造可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的方法從系統(tǒng)學(xué)的觀點(diǎn)，組成系統(tǒng)的個(gè)體必然包含系統(tǒng)共性的特征所以，按照M.G.MEHRABI等人對可重構(gòu)制造系統(tǒng)特征的定義，可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)也必定具備以下特征：模塊化、可集成、可轉(zhuǎn)換、可維護(hù)、可定制采用FPGA構(gòu)造數(shù)控系統(tǒng)這些特征能夠得到很好的體現(xiàn)模塊化可以對數(shù)控系統(tǒng)依功能進(jìn)行模塊劃分，然后采用硬件描述語言進(jìn)行邏輯描述，制作成專門的數(shù)控IP可集成將自己開發(fā)的數(shù)控IP和從其它IP供應(yīng)商購買到的標(biāo)準(zhǔn)IP，利用專門的綜合軟件集成數(shù)控系統(tǒng)描述語言支持參數(shù)化設(shè)計(jì)，只要模塊接口定義開放，也可以通過修改數(shù)控IP和整合不同的IP來改變設(shè)計(jì)，下載不同的配置數(shù)據(jù)，從而既能夠滿足目前加工要求，也能適應(yīng)未來的加工要求的變化可維護(hù)FPGA能夠?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程和在系統(tǒng)重構(gòu)，所以可以通過重新下載配置數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)本地或遠(yuǎn)程升級系統(tǒng)和維護(hù)。對于具備動(dòng)態(tài)可重構(gòu)能力的器件，這種維護(hù)還能在線進(jìn)行。

　　可定制采用FPGA構(gòu)造數(shù)控系統(tǒng)通過裁減和重整不同的IP，實(shí)現(xiàn)功能的定制，滿足特定的將工要求，避免大而全，功能冗余。

　　FPGA構(gòu)造數(shù)控系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)3.1基于FPGA的經(jīng)濟(jì)型可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用基于FPGA的開發(fā)技術(shù)，進(jìn)行一經(jīng)濟(jì)型可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的原型開發(fā)該系統(tǒng)采用單片機(jī)（MCS-51系列）完成對FPGA的配置和二進(jìn)制加工數(shù)據(jù)的收發(fā)，并利用FPGA構(gòu)造數(shù)控系統(tǒng)核心（如所示）數(shù)控系統(tǒng)核心由擴(kuò)展DDA圓弧硬插補(bǔ)器IP指數(shù)加減速控制器IP限位控制器IP光電編碼器四倍頻電路IP數(shù)據(jù)輸入接口IP，譯碼器IP，分頻器IP以及主控制器IP組成（如所示），采用大約50000門的Altera公司的AcexlK系列器件即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)建立在開放的輸入輸出接口上，硬件模塊充分考慮了可重構(gòu)性，并且可以通過下載不同的系統(tǒng)配置文件重構(gòu)FPGA，實(shí)現(xiàn)對銑床、車床、磨床和鉆床的控制要求FPGA構(gòu)造的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)控制核心3.2數(shù)控IP的開發(fā)實(shí)例在中幾個(gè)數(shù)控IP中，擴(kuò)展DDA硬圓弧插補(bǔ)器IP尤為關(guān)鍵，而且設(shè)計(jì)起來也有一定的難度，因此，下面將主要介紹這個(gè)IP的設(shè)計(jì)。

　　擴(kuò)展DDA圓弧插補(bǔ)算法采用弦線逼近圓弧，具有較高的插補(bǔ)精度和插補(bǔ)速度，而且適應(yīng)面廣。將擴(kuò)展DDA圓弧插補(bǔ)用FPGA器件實(shí)現(xiàn)，構(gòu)造硬插補(bǔ)器，不僅執(zhí)行速度快，而且可以與運(yùn)動(dòng)控制部分的IP很好的集成其擴(kuò)展DDA圓弧插補(bǔ)的公式如下：-y谷-汶以上插補(bǔ)公式用硬件實(shí)現(xiàn)表示如所示硬插補(bǔ)器的輸入接口為：符號FLAG，坐標(biāo)值X和Y，右移位系數(shù)K，起動(dòng)控制信號RST，循環(huán)控制信號GOON，及工作頻率信號CLK；輸出接口為：軸位移方向信號DIRX和DIRY，位置增量DX和DY，及狀態(tài)反饋信號FIN-ISH；內(nèi)部功能部件主要有產(chǎn)生指令的PC加“1‘寄存器，右移運(yùn)算器SHRS加減法運(yùn)算進(jìn)行輔助控制的比較器COM，及加減運(yùn)算器ALU從其結(jié)構(gòu)可以看出硬插補(bǔ)器實(shí)際上是一個(gè)經(jīng)裁減后的微處理器。該微處理器與一般的通用處理器的不同點(diǎn)在于沒有ROM和RAM，直接利用PC加”1“寄存器的輸出來完成對指令的尋址和寄存器的尋址，從而簡化了處理過程另外，因?yàn)槠涔ぷ黝l率為FPGA器件的基準(zhǔn)輸入頻率，所以，處理器能達(dá)到很高運(yùn)算速度其一個(gè)插補(bǔ)周期的4總結(jié)擴(kuò)展DDA圓弧硬插補(bǔ)器原理圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控程序焚雌揠揠bookmark3系統(tǒng)參數(shù)手動(dòng)配置I磨床數(shù)控系統(tǒng)！鉆床數(shù)控系統(tǒng)1車床數(shù)控系統(tǒng)銑床數(shù)控系統(tǒng)配置撥碼開關(guān)統(tǒng)I開放的接口數(shù)控系統(tǒng)從封閉式結(jié)構(gòu)發(fā)展到開放式結(jié)構(gòu)，目前正向可重構(gòu)式結(jié)構(gòu)發(fā)展隨著微電子繼續(xù)向更小尺寸，更高速度和更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，以及電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化水平的提高，我們可以采用*新的微電子技術(shù)來改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鑒于此，本文提出了將數(shù)控系統(tǒng)功能劃分為標(biāo)準(zhǔn)的模塊，采用硬件描述語言設(shè)計(jì)成專門的數(shù)控IP，然后，通過IP集成為數(shù)控系統(tǒng)，利用改變下載到FPGA中的配置數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)重構(gòu)并以經(jīng)濟(jì)型可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)原型的開發(fā)初步驗(yàn)證了實(shí)現(xiàn)的可行性。實(shí)踐證明，可編程邏輯器件FPGA為我們提供了一條解決數(shù)控系統(tǒng)重構(gòu)的硬件實(shí)現(xiàn)途徑軟件模塊硬件模塊經(jīng)濟(jì)型可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圓弧硬插補(bǔ)器仿真時(shí)序