CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

二、單微處理機結(jié)構(gòu)

在單微處理機結(jié)構(gòu)中，只有一個微處理機，實行集中控制，并分時處理數(shù)控的各個任務(wù)。其結(jié)構(gòu)特點如下：

（1）??? CNC裝置內(nèi)僅有一個微處理機，由它對存儲、插補運算、輸入輸出控制、CRT顯示等功能集中控制分時處理。

（2）??? 微處理機通過總線與存儲器、輸入輸出控制等各種接口相連，構(gòu)成CNC裝置。

（3）??? 結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。

（4）??? 正是由于只有一個微處理機集中控制，其功能將受微處理機字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制。

圖3-2給出的是即是單微處理機的結(jié)構(gòu)框圖。

三、多微處理機結(jié)構(gòu)

多微處理機結(jié)構(gòu)的CNC是把機床數(shù)字控制這個總?cè)蝿?wù)劃分為子任務(wù)(也稱為子功能模塊)。在硬件方面，以多個微處理機配以相應(yīng)的接口形成多個子系統(tǒng)，把劃分的子任務(wù)分配給不同的子系統(tǒng)承擔，由各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)動作完成數(shù)控。在多微處理機的結(jié)構(gòu)中，有兩個或兩個以上的微處理機構(gòu)成的子系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，共享資源；或者有兩個或兩個以上的微處理機構(gòu)成的功能模塊，功能模塊之間采用松耦合，有多重操作系統(tǒng)有效地實現(xiàn)并行處理。應(yīng)注意的是，有的CNC裝置雖然有兩個以上的微處理機，但其中只有一個微處理機能夠控制系統(tǒng)總線，占有總線資源， 而其他微處理機成為專用的智能部件，不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器。它們組成主從結(jié)構(gòu)，故應(yīng)歸于單微處理機的結(jié)構(gòu)中。

1、 多微處理機結(jié)構(gòu)的特點

?? （1）??? 性能價格比高。此種結(jié)構(gòu)中的每一個微處理機各完成系統(tǒng)中指定的一部分功能，獨立執(zhí)行程序。它比單微處理機結(jié)構(gòu)提高了計算處理速度，適應(yīng)了多軸控制、高精度、高進給速度、高效率的數(shù)控要求。由于系統(tǒng)的資源共享，而單個微處理機的價格又比較便宜，使CNC系統(tǒng)的性能價格比大為提高。
??? (2) 采用模塊化結(jié)構(gòu)具有良好的適應(yīng)性和擴展性。前已述及，在這種結(jié)構(gòu)中可以將微處理機、存儲器、輸入輸出控制分別做成插件板 ( 即硬件模塊 ) ，其相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，這種模塊化的結(jié)構(gòu)使設(shè)計簡單，試制周期短，結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的適應(yīng)性和擴展性。

?? （3）??? 可靠性高。多微處理機的CNC裝置由于每個微處理機分管各自的任務(wù)，形成若干模塊，即使某個模塊出了故障，其他模塊仍照常工作，不像單微處理機那樣，一旦出故障，整個系統(tǒng)將癱瘓。由于更換插件模塊較為方便，可使故障對系統(tǒng)的影響減到最小程度。另外，由于資源共享，省去了一些重復機構(gòu)，這不但使造價降低，也提高了可靠性。?
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?? （4）??? 硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。 由于一般的硬件都是通用的，容易配置，只要開發(fā)新的軟件就可構(gòu)成不同的 CNC 系統(tǒng)，便于組織規(guī)模生產(chǎn)，形成批量，且保證質(zhì)量。
2、 多微處理機CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)

在多微處理機組成的CNC裝置中，可以根據(jù)具體情況合理劃分其功能模塊，一般來說，基本由CNC管理模塊、CNC插補模塊、位置控制模塊、PC模塊、操作和控制數(shù)據(jù)輸入輸出和顯示模塊、存儲器模塊這6種功能模塊組成，若需要擴充功能，再增加相應(yīng)的模塊。這些模塊之間互連與通信是在機柜內(nèi)耦合，典型的有共享總線和共享存儲器兩類結(jié)構(gòu)。

（1）共享總線結(jié)構(gòu)。以系統(tǒng)總線為中心的多微處理機CNC裝置，把組成CNC器件的各種RAM/ROM或I/O從模塊兩大類。所有主、從模塊都插在配有總線插座的機柜內(nèi)，共享嚴格設(shè)計定義的標準系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線的作用是把各個模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種數(shù)據(jù)和控制信息，構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，實現(xiàn)各種預定的功能。

在系統(tǒng)中只有主模塊有權(quán)控制使用系統(tǒng)總線。由于某一時刻只能由一個主模塊占有總線，必須要有仲裁電路來裁決多個主模塊同時請求使用系統(tǒng)總線的競爭，每個主模塊按其擔負任務(wù)的重要程度已預先安排好優(yōu)先級別的順序。總線仲裁的目的，也就是在它們爭用總線時，判別出各模塊優(yōu)先權(quán)的高低。

這種結(jié)構(gòu)模塊之間的通信，主要依靠存儲器來實現(xiàn)。大部分系統(tǒng)采取公共存儲器方式。公共存儲器直接插在系統(tǒng)總線上，有總線使用權(quán)的住模塊都能訪問。使用公共存儲器的通信方式雙方都要占用系統(tǒng)總線，可供任意兩個主模塊交換信息。

圖3-4是多微處理機共享總線結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中的多微處理機共享總線時會引起“競爭”，使信息傳輸率降低，總線一旦出現(xiàn)故障，會影響全局。但因其結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)配置靈活，無源總線造價低等優(yōu)點而常被采用。

圖3-4 多微處理器共享總線結(jié)構(gòu)框圖
（2）共享存儲器結(jié)構(gòu)。這種多微處理機結(jié)構(gòu)，采用多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理機之間的互聯(lián)和通信。由多端口控制邏輯電路來解決訪問沖突。由于同一時刻只能有一個微處理機對多端口存儲器讀或?qū)?，所以功能復雜而要求微處理機數(shù)量增多時，會因爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率，因此擴展功能很困難。

圖3-5是一個雙端口存儲器結(jié)構(gòu)框圖，它配有兩套數(shù)據(jù)、地址和控制線，可供兩個端口訪問，訪問優(yōu)先權(quán)預先安排好。兩個端口同時訪問時，由內(nèi)部硬件裁由內(nèi)部硬件裁決其中一個端口優(yōu)先訪問。

圖3-6是多微處理機共享存儲器結(jié)構(gòu)框圖。

圖3-5 雙端口存儲器結(jié)構(gòu)框圖??????? 圖3-6 多微處理機共享存儲器結(jié)構(gòu)框圖