出了基于DSP的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計方案。

　　出一類新型DSP除增加制造業(yè)是整個工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)的水平高低是衡量一個國家工業(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)、計算機集成制造系統(tǒng)等）的基礎(chǔ)。數(shù)控機床在整個現(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)和實時控制系統(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)用價值。

　　1DSP及其特點數(shù)字信號處理（DSP）的理論產(chǎn)生于60年代中期，在數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展的初期，人們只是在通用數(shù)字計算機上進(jìn)行算法的研究和處理系統(tǒng)的模擬與仿真。近年來，隨著LSI技術(shù)的發(fā)展，國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，增加了計數(shù)-定時器、ADC、DAC等，其處理一條指令的時間提高到幾十納秒，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)和實時控制系統(tǒng)。在國外DSP已廣泛應(yīng)用于通信、遙感、語音和圄像處理、電子測量、自動控制和模式i識別等領(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)共用一個存儲空間和單一的地址與數(shù)據(jù)總線。為了進(jìn)一步提高運算速度，以滿足實時數(shù)字信號處理算法的要求，當(dāng)前的DSP都采用了與通用微處理機不同的結(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)的存儲空間分開，各有自己的地址與數(shù)據(jù)總線。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流水線技術(shù)DSP大多采用了流水線技術(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，指令可以在單個機器周期內(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快速運算能力DSP芯片有一個專用的硬件乘法器，在一個指令周期內(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)置了單獨的DMA總線及其控制器，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良好的仿真開發(fā)技術(shù)為了方便用戶的設(shè)計與調(diào)試，許多DSP在片上設(shè)置了TAG仿真接口和高級語言編譯器。DSP同時擁有仿真軟件，可以對程序運行、中斷、定時等進(jìn)行仿真，從而具有極大的方便性，非常適合數(shù)控開發(fā)的需要。

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

　　如DSP通過對輸入和反饋信號進(jìn)行處理來改善噪聲和不準(zhǔn)確的信號，該過程對所有的傳感器操作都有改善作用。

　　DSP還可以在高級算法的實時應(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的速度和性能來實現(xiàn)。對于許多系統(tǒng)，在一般操作之前或當(dāng)中必須估計一些系統(tǒng)的參數(shù)，DSP由足夠的能力在處理其他任務(wù)的同時進(jìn)行辨識和參數(shù)估算。

　　許多電機數(shù)字控制系統(tǒng)包括電源信號調(diào)節(jié)和功率因數(shù)校正?？刂齐姍C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)雜的插補運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)在極短的時間內(nèi)對各軸反饋的位置信號進(jìn)行處理，將DSP應(yīng)用于高性能數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)不失為一種好的策略。同時還可以通過程序?qū)崿F(xiàn)刀具磨損的實時監(jiān)控和動態(tài)補償，有效地提高了數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度。此外，DSP還可以實卿非控制的功能，包括與上位機的通信、數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)總線的控制協(xié)議（如SCSI）等。

　　2基于DSP的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計基于DSP的PC平臺上的CNC系統(tǒng)可以使用戶用很少的費用不斷進(jìn)行軟、硬件升級，在一定時間內(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平臺便于開放型設(shè)計的優(yōu)點，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)用場合選用合適的DSP芯片自行設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)成了很多用戶的選擇，因為既可以降低成本，又可以更有針對性。目前，國內(nèi)開展的基于DSP數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計研究越來越多，并開始應(yīng)用于實際。

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

　　主CPU和DSP能直接訪問數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)快速通訊。DSP板不要求PC計算機任何時候都處于通訊狀態(tài)，只有在有信息傳送或命令運行時，計算機才需要讀或?qū)憯?shù)據(jù)總線。而且任何運動命令均可暫存在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）來進(jìn)行設(shè)計，由于大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷梢愿鶕?jù)需要定義成計數(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，同時設(shè)計時具有更大的靈活性。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則通過數(shù)據(jù)總線訪問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，并芫成與主機通訊功能。

　　建筑機械自動化的現(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。

　　隨著社會經(jīng)濟、技術(shù)的進(jìn)步和人類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)的建筑機械雖然可以實現(xiàn)機械化施工，在一定程度上滿足上述要求，但仍然是手工操縱，工人勞動強度較大舒適性較差，勞動生產(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、險行業(yè)，因事故而傷亡的人數(shù)也較多?；诖?，要求建筑機械自動化的呼聲十分強烈。

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

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