21世紀的制造業(yè)環(huán)境迫使企業(yè)必須提高工廠和設備對市場的快速響應度，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制造系統(tǒng)它能夠通過重組或改變自身部件，快速調整生產能力和功能，以適應新的生產環(huán)境需要美國國家研究年制造業(yè)挑戰(zhàn)設想“的報告，其中將可重構制造系統(tǒng)列為優(yōu)先考慮的領域之一可見可重構能力將是未來制造系統(tǒng)必須具備的核心能力之一。對一個制造系統(tǒng)來說，要想滿足系統(tǒng)重構要求，它的子系統(tǒng)或部件應具有重構能力。所以，作為制造系統(tǒng)的關鍵單元一一數(shù)控系統(tǒng)也必須具備重構能力。從重構角度，把能夠通過重組或改變自身構件，快速調整控制能力，以適應制造系統(tǒng)整體重構需要的數(shù)控系統(tǒng)稱作可重構數(shù)控系統(tǒng)在可重構數(shù)控系統(tǒng)的研究方面，國內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能力的現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA（FieldProgrammable GatesArray）的出現(xiàn)，利用其構造數(shù)控系統(tǒng)的控制內核，并充分利用它的硬件可重構性，可以實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)功能的重構，以及遠程升級和維護。這是一條可重構數(shù)控系統(tǒng)硬件實現(xiàn)途徑本文主要介紹利用FPGA構造可重構數(shù)控系統(tǒng)的方法和具體實現(xiàn)該可重構數(shù)控系統(tǒng)的軟件為1可重構主要完成Yblis仿真時序如圖FPGA構造可重構數(shù)控系統(tǒng)的方法從系統(tǒng)學的觀點，組成系統(tǒng)的個體必然包含系統(tǒng)共性的特征所以，按照M.G.MEHRABI等人對可重構制造系統(tǒng)特征的定義，可重構數(shù)控系統(tǒng)也必定具備以下特征：模塊化、可集成、可轉換、可維護、可定制采用FPGA構造數(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)依功能進行模塊劃分，然后采用硬件描述語言進行邏輯描述，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供應商購買到的標準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)化設計，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來改變設計，下載不同的配置數(shù)據(jù)，從而既能夠滿足目前加工要求，也能適應未來的加工要求的變化可維護FPGA能夠實現(xiàn)在系統(tǒng)編程和在系統(tǒng)重構，所以可以通過重新下載配置數(shù)據(jù)實現(xiàn)本地或遠程升級系統(tǒng)和維護。對于具備動態(tài)可重構能力的器件，這種維護還能在線進行。
可定制采用FPGA構造數(shù)控系統(tǒng)通過裁減和重整不同的IP，實現(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構造數(shù)控系統(tǒng)的具體實現(xiàn)3.1基于FPGA的經(jīng)濟型可重構數(shù)控系統(tǒng)結構采用基于FPGA的開發(fā)技術，進行一經(jīng)濟型可重構數(shù)控系統(tǒng)的原型開發(fā)該系統(tǒng)采用單片機（MCS-51系列）完成對FPGA的配置和二進制加工數(shù)據(jù)的收發(fā)，并利用FPGA構造數(shù)控系統(tǒng)核心（如所示）數(shù)控系統(tǒng)核心由擴展DDA圓弧硬插補器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系列器件即可實現(xiàn)整個系統(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性，并且可以通過下載不同的系統(tǒng)配置文件重構FPGA，實現(xiàn)對銑床、車床、磨床和鉆床的控制要求FPGA構造的可重構數(shù)控系統(tǒng)控制核心3.2數(shù)控IP的開發(fā)實例在中幾個數(shù)控IP中，擴展DDA硬圓弧插補器IP尤為關鍵，而且設計起來也有一定的難度，因此，下面將主要介紹這個IP的設計。
擴展DDA圓弧插補算法采用弦線逼近圓弧，具有較高的插補精度和插補速度，而且適應面廣。將擴展DDA圓弧插補用FPGA器件實現(xiàn)，構造硬插補器，不僅執(zhí)行速度快，而且可以與運動控制部分的IP很好的集成其擴展DDA圓弧插補的公式如下：-y谷-汶以上插補公式用硬件實現(xiàn)表示如所示硬插補器的輸入接口為：符號FLAG，坐標值X和Y，右移位系數(shù)K，起動控制信號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；內部功能部件主要有產生指令的PC加“1‘寄存器，右移運算器SHRS加減法運算進行輔助控制的比較器COM，及加減運算器ALU從其結構可以看出硬插補器實際上是一個經(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，因為其工作頻率為FPGA器件的基準輸入頻率，所以，處理器能達到很高運算速度其一個插補周期的4總結擴展DDA圓弧硬插補器原理圖統(tǒng)一標準的數(shù)控程序焚雌揠揠bookmark3系統(tǒng)參數(shù)手動配置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)配置撥碼開關統(tǒng)I開放的接口數(shù)控系統(tǒng)從封閉式結構發(fā)展到開放式結構，目前正向可重構式結構發(fā)展隨著微電子繼續(xù)向更小尺寸，更高速度和更經(jīng)濟的方向發(fā)展，以及電子設計自動化水平的提高，我們可以采用*新的微電子技術來改造和提升傳統(tǒng)產業(yè)鑒于此，本文提出了將數(shù)控系統(tǒng)功能劃分為標準的模塊，采用硬件描述語言設計成專門的數(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)實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)重構并以經(jīng)濟型可重構數(shù)控系統(tǒng)原型的開發(fā)初步驗證了實現(xiàn)的可行性。實踐證明，可編程邏輯器件FPGA為我們提供了一條解決數(shù)控系統(tǒng)重構的硬件實現(xiàn)途徑軟件模塊硬件模塊經(jīng)濟型可重構數(shù)控系統(tǒng)結構圓弧硬插補器仿真時序
