出了基于DSP的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

　　出一類(lèi)新型DSP除增加制造業(yè)是整個(gè)工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)的水平高低是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志，大力發(fā)展先進(jìn)的制造技術(shù)己成為世界各國(guó)的*重要的幾大技術(shù)戰(zhàn)略之一。數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)（如柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等）的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床在整個(gè)現(xiàn)代制造系統(tǒng)中處于基礎(chǔ)性的、核心的地位。DSP具有高達(dá)數(shù)十MTPS的數(shù)據(jù)吞吐能力，短至幾十納秒的指令周期，非常適合于大數(shù)據(jù)量的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，因此DSP在高性能的數(shù)控系統(tǒng)中具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

　　1DSP及其特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的理論產(chǎn)生于60年代中期，在數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的初期，人們只是在通用數(shù)字計(jì)算機(jī)上進(jìn)行算法的研究和處理系統(tǒng)的模擬與仿真。近年來(lái)，隨著LSI技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外一些大公司如德州儀器公司、AD公司推fi型的微處理器芯片數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），有的加了芯片內(nèi)RAM的容量和片外尋址能力外，還增加了串/并口的數(shù)量和速度，增加了計(jì)數(shù)-定時(shí)器、ADC、DAC等，其處理一條指令的時(shí)間提高到幾十納秒，數(shù)據(jù)吞吐能力高達(dá)80MTPS以上，非常適用于大數(shù)據(jù)量的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。在國(guó)外DSP已廣泛應(yīng)用于通信、遙感、語(yǔ)音和圄像處理、電子測(cè)量、自動(dòng)控制和模式i識(shí)別等領(lǐng)域，DSP之所以有如此廣泛的應(yīng)用，主要是由它如下特點(diǎn)決定的。

　　1.1哈佛結(jié)構(gòu)通用型微處理器，采用的是馮。諾依曼結(jié)構(gòu)，即程序指令和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間和單一的地址與數(shù)據(jù)總線(xiàn)。為了進(jìn)一步提高運(yùn)算速度，以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理算法的要求，當(dāng)前的DSP都采用了與通用微處理機(jī)不同的結(jié)構(gòu)，即放棄了馮。諾依曼結(jié)構(gòu)，而采用了哈佛結(jié)構(gòu)。所謂哈佛結(jié)構(gòu)，是將程序指令與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間分開(kāi)，各有自己的地址與數(shù)據(jù)總線(xiàn)。這就使得處理指令和數(shù)據(jù)可以并行操作，從而大大提高了處理效率。

　　1.2流水線(xiàn)技術(shù)DSP大多采用了流水線(xiàn)技術(shù)。流水作業(yè)，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行，指令可以在單個(gè)機(jī)器周期內(nèi)芫成，極大提高了處理速度。DSP的哈佛結(jié)構(gòu)為采用流水技術(shù)提供了方便。

　　1.3快速運(yùn)算能力DSP芯片有一個(gè)專(zhuān)用的硬件乘法器，在一個(gè)指令周期內(nèi)可芫成一次乘法和一次加法。

　　1.4高速數(shù)據(jù)傳輸能力新型的DSP大多設(shè)置了單獨(dú)的DMA總線(xiàn)及其控制器，在不影響或基本不影響DSP處理速度的情況下，作并行的數(shù)據(jù)傳送。這為DSP之間的串聯(lián)和并聯(lián)提供了方便。

　　1.5良好的仿真開(kāi)發(fā)技術(shù)為了方便用戶(hù)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，許多DSP在片上設(shè)置了TAG仿真接口和高級(jí)語(yǔ)言編譯器。DSP同時(shí)擁有仿真軟件，可以對(duì)程序運(yùn)行、中斷、定時(shí)等進(jìn)行仿真，從而具有極大的方便性，非常適合數(shù)控開(kāi)發(fā)的需要。

　　早期DSP主要用作控制算法的運(yùn)算，現(xiàn)在控制功能也由DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)，在數(shù)字控制系統(tǒng)中DSP可以處理所有的工作。

　　如DSP通過(guò)對(duì)輸入和反饋信號(hào)進(jìn)行處理來(lái)改善噪聲和不準(zhǔn)確的信號(hào)，該過(guò)程對(duì)所有的傳感器操作都有改善作用。

　　DSP還可以在高級(jí)算法的實(shí)時(shí)應(yīng)用上改善系統(tǒng)控制的性能，許多控制算法包括自適應(yīng)、多變量尋優(yōu)、學(xué)習(xí)、自校正神經(jīng)網(wǎng)結(jié)、遺傳算法和模糊邏輯，都需要由DSP的速度和性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于許多系統(tǒng)，在一般操作之前或當(dāng)中必須估計(jì)一些系統(tǒng)的參數(shù)，DSP由足夠的能力在處理其他任務(wù)的同時(shí)進(jìn)行辨識(shí)和參數(shù)估算。

　　許多電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)包括電源信號(hào)調(diào)節(jié)和功率因數(shù)校正?？刂齐姍C(jī)的系統(tǒng)，通常都采用PWM方法控制能量轉(zhuǎn)換器，DSP帶PWM的產(chǎn)生功能，快速DSP可以采用先進(jìn)的算法，提高電能的利用率，而且有故障診斷和保護(hù)功能。

　　因此，在基于DSP的數(shù)控系統(tǒng)中，DSP可以完成復(fù)雜的插補(bǔ)運(yùn)算程序和速度控制程序，特是在高速高精度多軸數(shù)控加工中，要求數(shù)控系統(tǒng)在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)各軸反饋的位置信號(hào)進(jìn)行處理，將DSP應(yīng)用于高性能數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)不失為一種好的策略。同時(shí)還可以通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)刀具磨損的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，有效地提高了數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度。此外，DSP還可以實(shí)卿非控制的功能，包括與上位機(jī)的通信、數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)總線(xiàn)的控制協(xié)議（如SCSI）等。

　　2基于DSP的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于DSP的PC平臺(tái)上的CNC系統(tǒng)可以使用戶(hù)用很少的費(fèi)用不斷進(jìn)行軟、硬件升級(jí)，在一定時(shí)間內(nèi)跟上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的步伐，更重要的是：它兼有DSP處理速度快和PC平臺(tái)便于開(kāi)放型設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，必將成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的主流。

　　由于TI、AD等公司推出面向電機(jī)控制的DSP芯片，而且性能不斷提升，除了直接采用PMAC等產(chǎn)品，根據(jù)具體需要和應(yīng)用場(chǎng)合選用合適的DSP芯片自行設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)成了很多用戶(hù)的選擇，因?yàn)榧瓤梢越档统杀?，又可以更有針?duì)性。目前，國(guó)內(nèi)開(kāi)展的基于DSP數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究越來(lái)越多，并開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)際。

　　基于DSP的數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理框圄，如圄1所示。該系統(tǒng)采用雙CPU結(jié)構(gòu)，主機(jī)（工業(yè)PC機(jī)）與DSP直接通過(guò)總線(xiàn)相聯(lián)，主機(jī)和DSP均可讀寫(xiě)內(nèi)存，從而達(dá)到通信的目的。同時(shí)主機(jī)CPU也可直接讀寫(xiě)I/O信號(hào)和讀取反饋信號(hào)，其硬件結(jié)構(gòu)圄如圄1所示。DSP控制器使用一種簡(jiǎn)單而特有的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)提供先進(jìn)的計(jì)算和實(shí)時(shí)控制功能?？刂破饔?0MHz的TMS320C40芯片來(lái)芫成高速運(yùn)算。DSP芫成軸的伺服回路運(yùn)算及處理相關(guān)的I/O功能。

　　主CPU和DSP能直接訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)快速通訊。DSP板不要求PC計(jì)算機(jī)任何時(shí)候都處于通訊狀態(tài)，只有在有信息傳送或命令運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)才需要讀或?qū)憯?shù)據(jù)總線(xiàn)。而且任何運(yùn)動(dòng)命令均可暫存在DSP的內(nèi)存中等待執(zhí)行。

　　方案采用了較多的大規(guī)模集成電路（如8154、8255等）作為周邊器件，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還可以采用DSP作為系統(tǒng)控制微處理器，并結(jié)合大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷–PLD或FPGA）來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于大規(guī)模可編程邏輯器件可以根據(jù)需要定義成計(jì)數(shù)器、比較器、緩存器等邏輯器件，并能將大量邏輯功能集成于單片的IC中，減少系統(tǒng)所需元器件數(shù)目，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)具有更大的靈活性。系統(tǒng)的構(gòu)成框圄，如圄2所示，其中的可編程邏輯器件FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的緩存、位置比較、脈沖發(fā)生和I/O接口等功能，而DSP則通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)FPGA，讀取緩存區(qū)的數(shù)據(jù)，執(zhí)行位置和速度的控制算法，并芫成與主機(jī)通訊功能。

　　建筑機(jī)械自動(dòng)化的現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)郭輝（杭州浙大辰光科技有限公司，浙江杭州310013出了展望。

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的進(jìn)步和人類(lèi)生活水平的不斷提高，要求建筑施工向安全、高效、省力、優(yōu)質(zhì)、舒適方向發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑機(jī)械雖然可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，在一定程度上滿(mǎn)足上述要求，但仍然是手工操縱，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大舒適性較差，勞動(dòng)生產(chǎn)率也較低，而且施工質(zhì)量、施工安全在很大程度上取決于各種人為因素。建筑業(yè)屬于僅次于采掘業(yè)的苦、臟、險(xiǎn)行業(yè)，因事故而傷亡的人數(shù)也較多?；诖耍蠼ㄖC(jī)械自動(dòng)化的呼聲十分強(qiáng)烈。

　　1建筑機(jī)械自動(dòng)化現(xiàn)狀建筑機(jī)械自動(dòng)化的開(kāi)發(fā)研究工作始于50年代，1978年曰本研制成功世界**臺(tái)建筑機(jī)器人，80年代后開(kāi)發(fā)步伐加快。當(dāng)前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家及我國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所等單位在從事建筑機(jī)械自動(dòng)化的開(kāi)發(fā)研究中均取得了一定的成果，其中曰、美兩國(guó)的開(kāi)發(fā)研究工作處于**水平。

　　數(shù)控系統(tǒng)正朝著開(kāi)放式、高速高精度、智能化及網(wǎng)結(jié)化發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）由于具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力、良好的I/O操作功能、極高的處理速度，并且具有良好的實(shí)時(shí)控制性能，在數(shù)控系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景和優(yōu)勢(shì)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，采用DSP進(jìn)行高性能高精度的CNC系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是今后數(shù)控技術(shù)的主流趨勢(shì)。