專利名稱：在環形總線數控系統中實現總線控制器功能的專用芯片的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種芯片，更具體地說，涉及在特定全數字環形總線數控 系統中用于實現總線控制器功能的芯片。
背景技術：
傳統的數控機床的體系結構，是由傳輸的數據的形式決定的。市場上能夠
見到的不外乎如下幾種模擬量數據(如圖1)、數字脈沖式(如圖2)、總線式 (如圖3)。這3種結構各有各的特點。目前，國內市場上模擬量傳輸數據的居 多，以脈沖命令傳送速度數據的這種結構現在在低端的數控系統中常見，高端 的已經是模擬量和數字總線式的市場。
在脈沖式和模擬量傳送數據的兩種數控結構中，都存在一個叫做數控控制 器的結構，這種結構的工作方式簡單概括如下上位機的數控軟件傳過來的速 度或者位置信號，通過某種總線傳送到數控控制器。數控控制器將這個信號轉 化成伺服驅動器能夠識別的模擬量(通常是± IOV)或者脈沖命令(通過計數和 定時實現)伺服驅動器接收到這種命令之后進行相關運算，控制功率部分使伺 服電機按照要求運轉；同時伺服驅動器的實際運轉位置通過位置檢測裝置反饋 給伺服驅動器，伺服驅動器根據反饋的信號計算電機的實際速度和位置，調整 控制精度，完成一個控制循環；與此同時位置檢測裝置的數據也反饋給數控控 制器，并通過數控控制器將位置檢測裝置反饋數據送到上位機的數控軟件，參
與位置環的運算，達到位置環控制的目的。
由上述結構不難看出脈沖命令式和模擬量式的數控結構中間都要加一個數 控控制器對來自上位機和數控軟件的數據進行轉化。這樣的話中間環節比較復 雜，數據轉化和傳輸過程由于模擬-數字和其他環節的存在，容易造成傳輸過 程中的精度損失和傳輸轉換誤差。同時由于中間環節的增加，系統受干擾的概 率也會增加，系統不穩定因素提高。還有一點，數控控制器環節的存在，本身 會使成本增高。
數字伺服裝置的出現是數控技術發展史上的一個重要里程碑。采用數字伺 服裝置，所有指令值和實際值都在一個微控制器內完成處理。這種伺服裝置不 但能實現傳統的電流環和速度環控制，還能在極短的時間內完成精插補，實現 位置環控制。
總線式數控系統體系結構是將來數控發展的趨勢，各大數控系統生產廠家 都在這個反面進行了大量的投入，并為之設計了諸多的總線系統。
絕大部分的總線式數控都采用如圖3所示的類似結構。通常這種結構是開 放式的，采用工業級別的計算機，然后在計算機上插上為系統所采用的總線協 議特別開發的總線控制器板卡；通過總線控制器板卡連接帶有總線接口的伺服 驅動器。工作過程大概如下在固定時間的插補周期內，數控軟件將要控制的 數據通過主板上的總線接口發送到總線控制器板卡，總線控制器板卡將這些數 據根據相應的總線協議需要打包發送到總線網絡上去；數字總線式伺服驅動器 接收到這些數據包，將有效的位置插補數據和速度以及其他數據提取出來，進 行控制算法運算，進而控制伺服電機。同時伺服驅動器根據電機的位置檢測裝 置反饋數據，針對速度和位置進行調整，完成自己的控制循環；位置檢測裝置 的反饋信號同時通過數字伺服驅動器的總線通道反饋給數控軟件，數控軟件提
取數據，根據數控算法進行位置插補以及其他的控制算法的運算，進入下個插 補周期，發出該插補周期的命令。
目前，有主板開發實力的廠家在開放性和可靠性方面希望獲得較佳的關系，
針對工業環境開發自己的主板，并將總線控制器坐在CPU主板上。但是由于時 代和當時硬件條件的限制，這些集成了總線控制器的主板通常采用多CPU的接
口，相對來說資源比較浪費，結構比較復雜。為了減少重復開發的費用，這種 結構一直被保留至今。
數控系統作為一個獨立的過程數字控制器應用于工業自動化生產中，其多 任務性表現在它的管理軟件必須完成管理和控制兩大任務。其中系統管理包括
輸入，1/0處理，通信，顯示，診斷以及加工程序的編制管理等。系統的控制部 分包括譯碼、刀具補償、速度處理、插補和位置控制等。因此，現代的開放 式數控系統軟件結構通常比較龐大，需要有高性能的計算機硬件作為依托，而 目前的高速發展的X86結構的CPU系統可以很好的滿足這種需求。此外，數控 系統開放性的一個重要表現是其操作系統的通用性。該結構設計為采用windows NT和Debian Linux兩種多任務操作系統，到目前為止支持X86結構的CPU。 在該結構中，根據數控系統對實時性的苛刻要求，對操作系統進行了實時性改 造。
此外，如圖4所示一種全數字環形總線式數控系統的拓樸結構，這種結構， 在申請人同日提交的中國專利申請"一種總線式數控系統及其控制方法"中予 以描述。為了實現這種架構的數控系統，需要選用硬件設備，選用現有的通訊 協議或自行設定數據格式、傳輸時序等要求(屬智力活動的范圍)。而在上述硬 件設備中，以插卡獨立方式或集成于主板方式的總線控制器，是系統必需設備。 發明內容
本實用新型為圖4所示這類全數字環形總線式數控系統(下文詳述)，提供 了一種實現總線控制器功能的專用芯片，在配合必要的存儲器、傳輸介質以及 接口電路或設備即可實現一個集成于主板或通過插卡方式連接主板的總線控制 器。其目的是保證上述數控系統更加適合于實際應用，在節省成本、增強兼容 性的同時，兼具操作的筒單、易用，在保證高速、實時的前提下，增強了系統 的可靠性。
為了實現上述目的，本實用新型一種在全數字環形總線數控系統中實現總 線控制器功能的專用芯片，包括電源監控模塊66、數據緩存區讀寫控制模塊72、 用于與上位機主板總線通訊控制的PC總線控制模塊62、根據總線協議解析傳 輸數據的總線協議解析模塊63、控制傳輸數據在物理層收發的物理層控制模塊 64以及機床數據存儲控制模塊71。其中，來自芯片外部上位機的數據通過PC 總線控制模塊62依靠數據緩存區讀寫控制模塊72寫入芯片外部的數據緩存區 61;總線協議解析模塊63依靠讀寫控制模塊72讀取數據緩存區61 ，獲得數據 并將其轉化為符合總線協議的指令數據，再通過物理層控制模塊64將數據發往 從設備。來自從設備的反饋信息，依次通過所述物理層控制模塊64、總線協議 解析模塊63、數據緩存區讀寫控制模塊72寫入芯片外部的數據緩存區61，上 位機通過PC總線控制模塊2依靠數據緩存區讀寫控制模塊72讀取所述數據緩 存區61獲得數據。上位機通過還PC總線控制模塊62依靠機床數據存儲控制模 塊71從位于芯片外部的機床數據存儲區67讀取或向機床數據存儲區67寫入數 據。
本實用新型實現總線控制器功能的專用芯片，其改進在于，還包括數控系 統監控和使能控制模塊65,用于開機上電時對系統設備電源狀況、軟件硬件狀
態、設備狀態作出檢測以便在系統正常前提下直接發出使能信號。使能模塊65 依次通過物理層控制模塊64、總線協議解析模塊63接收來自從設備的數據，同 時數控系統使能模塊65還通過PC總線控制模塊62接收來自上位機的數據。
本實用新型實現總線控制器功能的專用芯片，其改進還在于，物理層控制 模塊64控制傳輸數據在以太網物理層的收發。
本實用新型總線控制器功能的專用芯片，其特點還在于，物理層控制模塊 設置三個物理層接口，包括三種傳輸控制功能，依次為用于上位機發送數據 到從設備的發送控制、用于從設備返回數據到上位機的接受控制以及用于上位 機與機床鍵盤之間的收發控制。
而本實用新型的專用芯片，專用于一種全數字環形總線數控系統，這種數 控系統包括主設備和從設備；主設備包括裝有數控軟件的上位機1和總線控制 器；從設備包括數字總線式伺服驅動器3和PLC;主設備依次串接1-24個從設 備并連接回主設備從而構成一個閉合環路，主設備和從設備之間通過以物理層 和傳輸介質連接的鏈路傳輸數據；在正常工作狀態下，數據單向傳輸。
通過上述技術方案，本實用新型的專用芯片可以集成到如X86 CPU體系結 構的主板上，配合其他集成器件如數據緩存(存儲器)、物理接口 (以太網接口 ) 等，最終實現集成總線控制器的主板設備，以便特定全數字環形總線數控系統 使用，從而具有本申請人同日提交的中國專利申請"基于全數字環形總線式集 成型數控系統"的有益效果。
當然，利用本實用新型的專用芯片也可以集成插卡式總線控制器，從而具 有本申請人同日提交的中國專利申請"基于全數字環形總線式通用型數控系統"
的有益效果。
此外，單就本實用新型的芯片而言，還具有如下有益效果
1、 芯片中集成了主板總線控制器和數控總線協議解析以及物理層控制等主 要部分，具有高集成度的特點。
2、 采用FPGA設計，在此基礎上，重新規劃板圖，提高集成度，優化元器 件資源，從而達到降低功耗的效果。
3、 有效的簡化電路設計
4、 降低調試復雜度
5、 由于芯片的簡化，設計的相對集中，成本有效降低。
圖1是現有技術選用模擬量數據實現的一種數控系統拓樸結構示意圖； 圖2是現有技術一種數字脈沖式數控系統拓樸結構示意圖； 圖3是現有技術一種總線式數控系統拓樸結構示意圖； 圖4是專用本實用新型總線控制器的數控系統一種拓樸結構示意圖； 圖5.是總線控制器用于圖4所示全數字環形總線式數控系統的結構示意圖； 圖6是本實用新型實現總線控制器專用芯片的內部模塊框圖； 圖7是一種lt據傳輸線組成示意圖，所示傳輸線尤為適用于使用了本實用 新型芯片的數控系統；
圖8是在本實用新型所涉及的特定數控系統中示例性的循環時序圖9是與圖8同一示例中實現的數據結構圖IO是與圖9同一示例中實現的寫入部分數據組織結構圖11是與圖9同一示例中實現的讀出部分數據組織結構圖。
具體實施方式一、全數字環形總線式數控系統
如圖4所示一種全數字環形總線式凄t控系統的拓樸結構，這種結構，在申 請人同日提交的中國專利申請"一種總線式數控系統及其控制方法，，中予以描 述。本實用新型是在上述申請的基礎上，做了進一步的限定和完善，旨在提高 此類全數字環形總線式數控系統的可靠性、高速性以及通用性。因此上述申請 通過引用結合于本文，將更有助于理解本實用新型的要點和特性。
為此，下文先對此類數控系統作以詳述。
為了實現此類數控系統，可以在物理層和數據鏈路層兩個方面定義一種傳 輸協議或直接選用當前流行的協議如，主要內容包括拓樸結構、數據傳輸線 的組成、信號編碼格式、電報結構、工作時序、非周期性數據傳輸、接口初始 化、周期數據的配置和傳輸、伺服裝置運行模式的設置以及故障診斷和處理等。 在此，本文提供一種可行方案，旨在示意性的表示本實用新型所需的協議結構， 而本實用新型的保護范圍并非限定在此協議結構上。結合具體情況，協議的定
義會發生變化。
1、 物理層
物理層位于通信系統的最低層，是整個通訊的基礎，為設備之間的數據通 訊提供傳輸媒介(電纜、光纖等)及互聯設備(插頭、插座等)，為數據傳輸提 供通路，負責數據傳輸及相關的管理工作。系統的物理層協議主要定義了拓樸 結構、數據傳輸線的組成和信號編碼格式等。
2、 拓樸結構
系統使用環路結構作為最基本的拓樸，環路由主、從設備和傳輸線組成， 每個環路只有一個主設備，其余都為從設備。各設備之間通過以太網物理層連
接的鏈路傳輸數據，數據在傳輸線上單向流動。
如圖4所示，主設備(包括總線控制器)和從設備(包括全數字總線式伺 服控制器)的連接形式。 一個主設備可以帶多個從設備，目前設計最大可連如 環路的從設備為24個，留有可擴展余地。
注意雖然各個從設備之間是通過5類雙絞線互聯的，但是各個從設備之 間不能直接進行數據通訊，從設備只能接收主設備的命令和數據以及根據相應 命令作出相應的反應并返回數據。各個從設備的地址，按照鏈路上的連接順序 依次由低到高排列。
3、 數據傳輸線的組成
以以太網物理層為例，具體到單條數據傳輸線，共由3部分組成。正向發 送端的以太網物理層芯片，接收到上位控制芯片發送過來的標準數據，將該數 據轉化成串行數據進行傳送，如圖7所示，正向數據和反向數據同時發送，在 從設備沒有出現故障的情況下，只使用正向數據進行數據傳送，當遇到斷線或 者其他從設備不能通信的故障的時候，反向數據起到回傳數據，形成閉環作用， 以供處理故障使用。
4、 信號編碼格式
與所采用的物理層傳輸介質和協議有關，目前支持以太網物理層，1394物 理層，USB物理層。采用以太網物理層為例在物理層完成4B-5B碼制轉換， 5類雙絞線上實現差分曼徹斯特編碼傳輸。
5、 電報基本結構
在系統接口中，所有的數據都是以數據電報的形式進行傳輸。具體情況如 下所述。
5.1傳輸協議的循環時序結構
由圖8可以看出一個協議的循環由2次有間隔的數據發送組成
962字節的數據幀、8字節的快速字節幀。其中，962字節的數據幀功能包括主 設備發給從設備的命令以及從設備返回的數據。8字節快速字節幀的功能包括主 設備發送的命令和數據的同步使能，即指示命令執行的信息。 具體幀結構描述如下
962 (962 = 2 + 40x24)字節數.據幀以16進制AA, BB作為起始字節，之后 跟隨24個從設備的命令和數據幀，每個設備分配40個字節空間。 5.2從設備數據結構
如圖9所示從設備數據共分配40字節空間，其中前16字節是來自主設備 的寫入數據，后24字節是返回到主設備的數據。寫入數據部分數據組織結構如 圖IO所示，讀出部分數4居組織結構如圖11所示。
6、 接口初始化和從設備的初始配置
上電后所有從設備的基地址都將置為F8H。為了避免地址沖突，所有從設 備以環形形式連接，也就是說配置前上位機只能訪問第 一個從設備。
配置的第一步是識別從設備，上位機訪問第一個從設備，若上位機讀取了 正確的標識碼。然后上4立4幾給該A人i史備重新分配基:l也址。配置后該/人i殳備在向 下一級傳輸的信號中作一標志，以便下一個從設備根據這個標志進行配置，而 后依次完成后續的從設備初始配置。
7、 數控系統協議的工作時序
如圖11所示一個循環的時序結構，長數據幀的接收開始的頭字節為16進 制數據AA和BB,然后是第0個設備的第0個字節(從設備編號從0開始)， 以第2號從設備(物理地址是02)為例，在這個從設備傳遞轉發數據的過程中， 對當前傳遞的數據量進行計數。當計數到 2 *40 +2 =82 ( 52 HEX )時，開始接 收(復制，但是同時轉發)數據，計數到82+24=106 (6AHEX)時，停止接收， 開始向數據流填充數據，邊填充邊轉發。計數到106+24=138時，自身填充轉發 結束，繼續傳遞轉發其他設備數據，直到數據流結束。
然后主設備發送一個8字節的快速字節幀，從設備接收到開始標志之后， 開始計數；收到這個字節幀中對應于自己位置的命令數據，鎖定長數據幀傳過 來的數據，并執行相應操作。
長數據幀和快速幀操作都結束，完成一個循環。 8、故障i貪斷和處理
本系統的協議定義了專門的數據位對系統電源電壓異常，編碼器斷線，鏈 路斷路，通信數據錯誤，伺服裝置報警，PLC報警等都有相應的檢測和處理。
根據上述描述，本實用新型所涉及的這類總線式數控系統，可以歸納如下
該系統包括裝有數控軟件的上位機1、全數字伺服驅動器3、電機4以及可 編程序控制器PLC。上位機和總線控制器構成主設備；從設備包括伺服驅動器 和PLC。伺服驅動器向電機發送驅動信號，同時電機通過線路將位置檢測裝置 反饋的信號送回伺服驅動器。本實用新型數控系統的特點在于，主設備依次串 接多個從設備并最終連接回主設備從而構成一個閉合環路，而主設備和從設備 之間通過以物理層和傳輸介質連接的鏈路傳輸數據。信息的傳輸過程中，主設 備僅向與之直接連接的第一級從設備發出主信息，這個主信息包括與所有從設 備相關的信息，如命令信息、數據信息以及觸發某一級從設備執行命令的信息。 而且主信息將根據串接從設備的順序僅能夠依次單向傳送到各個從設備。相應 地，某一級從設備接收、響應主信息中與之相關的信息并給出反饋信息；各個 從設備的反饋信息根據串接從設備的順序依次單向通過下級每一個從設備轉發 回主設備。上述數據通信只在主設備和從設備之間進行，傳輸過程中從設備只 接收主設備對自身的命令和操作數據并進行處理，對其他從設備的數據只進行
轉發，不進行處理，從設備之間不進行單獨數據交換。 二、總線控制器
上文說明了將使用本實用新型總線控制器的全數字環形總線式數控系統一 種代表性實施例，下文將針對本實用新型的要點作以詳述。
如圖5所示，上文所述環形總線式數控系統的結構，其中表示了總線控制 器的位置及一種插卡式的使用狀態。總線控制器的結構如圖6所示，主要包括 以下幾個模塊
1、 PC總線控制模塊62
主要根據采用的主板總線類型，將上位機發送過來的插補數據，數控系統 配置數據，PLC控制數據等數據解析并按照既定格式放到高速數據緩存區，等 待數控總線協議部分進行讀取；同時從該高速數據緩存區讀取上個總線插補周 期返回的系統狀態實際位置反饋數據，數控系統狀態控制數據，數控系統狀態 反饋數據，系統狀態反饋數據并將這些數據通過主板總線接口反饋給上位運動 控制軟件。優選方式下，選用PCI接口。
2、 數控總線協議解析模塊63
主要將從高速數據緩沖區讀取來的數據進行格式轉換，配置到實時數控總 線的報文中去，并發送給下位的從設備；并把從從設備反饋的數據按照既定格 式存放到告訴緩存區，等待上位機總線讀取。
3、 高速緩存區61
這個部分主要由高速存儲器組成，該部分主要用來交換高速插補和PLC控 制數據，以及位置數據反饋，還有其他狀態信息。
4、 物理層控制模塊64
主要完成物理層芯片的控制，將并行的實時總線協議數據轉化成高速實時
串行總線協議數據，并把該數據發送到總線網絡上去；同時接收總線網絡反饋 的高速實時串行數據并把它們轉化成并行數據送給數控總線協議解析部分。
5、 物理層接口 68
主要負責并行數據到串行數據的相互轉化、發送、接收。優選方式下，本 控制器物理層基于100M以太網物理層，傳輸介質為5類雙絞線，接口采用以太 網物理層接口 RJ-45，并設計了嚴格的差錯控制。
6、 數控系統使能模塊65
其功能主要是加強系統的可靠性和安全性。在可靠性方面主要考慮數控系 統的狀態是否正常，是否出現故障。安全性方面主要針對數控系統的搮作人員 是否存在潛在危險。除需要檢測主設備、從設備電源的情況外，還要檢測上位 機軟、硬件兩方面的運行情況，以及檢測從設備各個部分的情況。因此，信息 的傳送方式為1、依次通過物理層接口、物理層控制模塊、總線協議解析模塊 接收來自從設備的數據；2、通過所述PC總線控制模塊接收來自上位機的數據。 當上位機和從設備檢測都通過時，使能模塊65直接通過接口發出伺服系統使能 信號。同時，該模塊還能在檢測狀態下，對檢測的強電設備，發出切斷電源的 信號。從而本模塊便于機床的設計者更好的提高數控機床體系的可靠性和安全 性。
7、 機床數據存儲區67
主要存儲機床當前最新的配置數據。為了讀寫該存儲區，設置機床數據存 儲控制模塊71。
圖中還表示了必要的電源管理模塊，為常規模塊不再予以贅述。 此外，機床鍵盤是作為一個標準PLC設備進行控制，這個PLC和數控系統 軟件的軟PLC管理程序之間遵循數控系統支持的總線，通過上述總線控制器實
現實時通信。由于機床鍵盤對響應速度要求比較高，因此在本實用新型使用的 總線控制器上針對這一方面做了特殊設計，為機床鍵盤預留 一個單獨的總線接
口，并為該接口i殳計最高的響應和處理的優先級，保i正機床4定盤和上位機之間 的數據交互的實時性。因此如圖6所示，物理層接口 68至少包括用于數據發送 的接口、數據返回的接口和用于直接連接機床鍵盤的物理層接口，連接機床鍵 盤的接口用來進行機床鍵盤PLC的10控制。
三、本實用新型的芯片
通過以上說明，可以明確本實用新型所涉及的總線控制器的具體結構。而 本實用新型所涉及的芯片，恰恰是將上述總線控制器上部分功能電路集成到一 個芯片上，以達到方便使用、易于調試、降低成本的目的。如圖6中，本實用 新型的芯片取編號GDS06B，其中，傳輸數據的通路包括
1、 來自芯片外部上位機的數據通過PC總線控制模塊62依靠數據緩存區讀 寫控制模塊72寫入芯片外部的數據緩存區61;總線協議解析模塊63依靠讀寫 控制模塊72讀取數據緩存區61,獲得數據并將其轉化為符合總線協議的指令數 據，再通過物理層控制模塊64將數據發往從設備。
2、 來自從設備的反饋信息，依次通過所述物理層控制模塊64、總線協議解 析模塊63、數據緩存區讀寫控制模塊72寫入芯片外部的數據緩存區61，上位 機通過PC總線控制模塊2依靠數據緩存區讀寫控制模塊72讀取所述數據緩存 區61獲得數據。
3、 上位機通過還PC總線控制模塊62依靠機床數據存儲控制模塊71從位 于芯片外部的機床數據存儲區67讀取或向機床數據存儲區67寫入數據。包括 數控系統監控和使能控制以及使能輸出電路。
4、使能模塊65依次通過所述物理層控制模塊64、總線協議解析模塊63接 收來自從設備的數據，同時所述數控系統使能模塊65還通過PC總線控制模塊 62接收來自上位機的數據。
圖6中的電源監控和電源檢測電路兩部分，是構成電源管理模塊的電路部分。
之所以設置數據緩存區61，是因為，由于不同的總線時鐘頻率不同，系統 總線時鐘頻率不能同時跟不同的總線時鐘頻率達到完全同步，所以在控制器上 面設置了一片數據緩沖區，用于交換高速實時數據。控制軟件送給驅動器的插 補數據，通過主板的板上總線送到數據緩存；系統在每個實時的總線周期內都 會訪問該數據緩存，并從中讀取距離當前指令周期最近的數據，然后對這些數 據進行分析，并轉化成系統指令數據，發送到系統的網絡上。
系統網絡上的各個從設備在接收到和自己所在位置對應的數據命令以后， 將自己的數據打包發送到該協議指令的相關區域，在循環完成的時候這些數據 也就隨著循環的環路返回到系統總線控制器；總線控制器上的總線協議解析模 塊，將這些數據提取出來，并存放到數據緩存區，等待下個時鐘周期總線讀取； 然后系統總線發送一個命令字節，表示上一次發送的數據有效，各個從設備可 以同步進行相應的數據更新或處理，至此一個循環完畢。
此外，如圖5中，總線控制器通過主板上的總線接口與基于X86體系結構 的主板相連，并與主板上的X86C:PU通信。本實用新型適用的數控系統， 一般 情況下選用主從式協議，上位機命令發送給各個從設備，最好選用高速串行實 時數據通信協議。有能力的廠家還可以將本實用新型的總線控制器集成到數控 主板，進一步增強可靠性。由于上位機主板采用通用X86體系結構，因此和下 位機通信的總線控制器必須設計成遵循通用主板接口標準的插卡式結構。插卡
式結構和主板之間實現通信的方式有多種，該設計適用于目前諸多流行的主板
總線接口，比如PCI、 PC104PLUS、 PCIE,最好選用PCI接口。這些總線都具 有速度高，帶寬大的特點，能夠滿足數控控制的需要。
總線控制器可以根據需要設計如上文的協議，或SERCOS III、 ProfiBus實 時串行現場總線協議。該總線控制器可以以目前流行和通用的各種主板板上協 議與數控軟件之間完成插補數據，實際位置反饋數據，數控系統狀態控制數據， 數控系統狀態反饋數據，數控系統配置數據，PLC控制數據，系統狀態反饋數 據的通信。
而上述的X86CPU，在數控系統中，主要完成操作系統的運行和管理，數控 軟件的運行、控制和管理。在實現本實用新型數控系統的數控軟件中，X86體 系的CPU主板主要完成了如下的控制和管理功能人機界面的顯示和管理，內 嵌PLC軟件程序管理，配置系統，參數管理，數據庫管理，NC程序編輯和解 釋，通信管理；運動控制，過程控制，邏輯控制，任務調度，軸控制。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范 圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范 圍內，根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，都 應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種在環形總線數控系統中實現總線控制器功能的專用芯片，其特征在于，包括電源監控模塊(66)、數據緩存區讀寫控制模塊(72)、用于與上位機主板總線通訊控制的PC總線控制模塊(62)、根據總線協議解析數據的總線協議解析模塊(63)、控制傳輸數據在物理層收發的物理層控制模塊(64)以及機床數據存儲控制模塊(71)；其中，來自芯片外部上位機的數據通過所述PC總線控制模塊(62)依靠所述數據緩存區讀寫控制模塊(72)寫入芯片外部的數據緩存區(61)；所述總線協議解析模塊(63)依靠所述讀寫控制模塊(72)讀取數據緩存區(61)，獲得數據并將其轉化為符合總線協議的數據，再通過所述物理層控制模塊(64)將數據發往從設備；來自所述從設備的反饋信息，依次通過所述物理層控制模塊(64)、總線協議解析模塊(63)、數據緩存區讀寫控制模塊(72)寫入芯片外部的數據緩存區(61)；上位機通過PC總線控制模塊(2)依靠數據緩存區讀寫控制模塊(72)讀取所述數據緩存區(61)獲得數據；上位機通過所述PC總線控制模塊(62)依靠所述機床數據存儲控制模塊(71)從位于芯片外部的機床數據存儲區(67)讀取或向機床數據存儲區(67)寫入數據。
2、 根據權利要求1所述在環形總線數控系統中實現總線控制器功能的專用 芯片，其特征在于，還包括數控系統監控和使能控制模塊(65),用于開機上電 時對系統設備電源狀況、軟件硬件狀態、設備狀態作出檢測以便在系統正常前 提下直接發出使能信號；所述使能模塊(65 )依次通過所述物理層控制模塊(64 )、總線協議解析模塊(63)接收來自從設備的數據，同時所述數控系統使能模塊 (65 )還通過所述PC總線控制模塊(62 )接收來自上位機的數據。
3、 根據權利要求1或2所述在環形總線數控系統中實現總線控制器功能的 專用芯片，其特征在于，所述物理層控制模塊(64)控制傳輸數據在以太網物 理層的收發。
4、 根據權利要求3所述在環形總線數控系統中實現總線控制器功能的專用 芯片，其特征在于，所述物理層控制模塊(64)設置三個物理層接口，包括三 種傳輸控制功能，依次為用于」L位機發送數據到從設備的發送控制、用于從 設備返回數據到上位機的接受控制以及用于上位機與機床鍵盤之間的收發控制。
5、 根據權利要求4所述在環形總線數控系統中實現總線控制器功能的專用 芯片，其特征在于，專用本實用新型芯片的全數字環形總線數控系統包括主設 備和從設備；所述主設備包括裝有數控軟件的上位機(1 )和集成本實用新型芯 片的總線控制器；所述從設備包括數字總線式伺服驅動器(3)和PLC;所述主 設備依次串接1-24個從設備并連接回主設備從而構成一個閉合環路，所述主設態下，數據單向傳輸。
專利摘要本實用新型一種公開了一種在環形總線數控系統中實現總線控制器功能的專用芯片，包括電源監控模塊(66)、數據緩存區讀寫控制模塊(72)、用于與上位機主板總線通訊控制的PC總線控制模塊(62)、根據總線協議解析數據的總線協議解析模塊(63)、控制傳輸數據在物理層收發的物理層控制模塊(64)以及機床數據存儲控制模塊(71)。本實用新型的芯片集成了部分總線控制器的功能電路，從而不但可以直接結合存儲芯片、物理接口實現總線控制器功能，而且可以與其他器件一起集成到主板上，構成數控系統使用的專用主板，增加系統的穩定性。就芯片而言，具有高集成度、有效簡化電路設計、降低調試復雜度、成本低、功耗小的特點。
文檔編號G05B19/414GK201000569SQ20072001011
公開日2008年1月2日 申請日期2007年1月15日 優先權日2007年1月15日
發明者于德海, 超 吳, 張贊秋, 曲永強, 俊 李, 王慶鵬, 顧曉亮 申請人:大連光洋科技工程有限公司