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申请/专利权人：福州大学

摘要：本发明提出基于PC机+可编程IO接口结构PCIE通信的数控系统接口装置，为开放式数控系统的可编程IO接口装置，由可编程IO主接口卡和扩展接口卡组成，利用PCIExpress总线通信，接收PC机上层控制软件下发的G代码数据、M代码数据、配置数据，并解析成数控系统各执行模块可以识别的硬件控制信号，对数控系统实现精插补、位置控制、开关量控制功能；本发明各组成模块采用了通用的、标准的模块数据接口，便于实现可编程IO接口装置的可配置功能以及内部功能模块的更新、增加，使该可编程IO接口装置具有开放性和功能可拓展性。

主权项：1.基于PC机+可编程IO接口结构PCIE通信的数控系统接口装置，为开放式数控系统的可编程IO接口装置，其特征在于：由可编程IO主接口卡和扩展接口卡组成，利用PCIExpress总线通信，接收PC机上层控制软件下发的G代码数据、M代码数据、配置数据，并解析成数控系统各执行模块可以识别的硬件控制信号，对数控系统实现精插补、位置控制、开关量控制功能；所述可编程IO主接口卡通过PCIExpress总线与PC机进行数据传输，以PCIE总线的接口模块为PC机与可编程IO主接口卡硬件电路之间的通信提供总线接口控制；扩展接口卡通过I2C总线接口模块与可编程IO主接口卡进行数据传输，通过RS232数据接口模块与PC机进行数据传输；可编程IO主接口卡以可编程逻辑门阵列FPGA为支撑硬件，其数据发送模块与位置信息反馈模块和设备状态寄存器相连接，位置信息反馈模块中的运动轴坐标位置数据和设备状态寄存器中的外部设备状态数据由数据发送模块通过PCIE总线接口模块发送至PC机，使PC机对各运动轴坐标位置和外部设备状态实时监测；所述可编程IO主接口卡支撑硬件的内部硬件逻辑电路结构包括PCIE总线接口模块、数据接收模块、数据发送模块、G代码数据接收缓冲区FIFO、M代码数据接收缓冲区FIFO、运动控制模式配置模块、精插补控制模块、位置控制模块、位置信息反馈模块、中断管理模块、G代码数据中断请求控制模块、PC机缓冲区状态模块、配置管理模块、M代码数据解释模块、M代码执行模块、开关量控制模块、接口配置模块一、扩展中断管理模块、接口状态反馈模块、设备状态寄存器、回参考点控制模块、对刀模块、手持单元接口控制模块、I²C数据传输接口模块、精插补监测模块；各组成模块采用通用的、标准的模块数据接口，并将不同的功能模块封装为独立的用户软核，以实现FPGA内部硬件逻辑电路的可配置功能以及内部功能模块的更新、增加，并使可编程IO主接口卡具有开放性和功能可拓展性；所述可编程IO主接口卡的内的数据发送模块与位置信息反馈模块和设备状态寄存器相连，位置信息反馈模块中的运动轴坐标位置数据和设备状态寄存器中的外部设备状态数据由数据发送模块通过PCIE总线接口模块，PCIE总线接口模块中的AlteraPCIExpressHardIP核对数据帧进行预设定格式的封装，并发送到PC机控制软件的的设备驱动程序模块，实现PC机对各运动轴坐标位置和外部设备状态的实时监测；所述的精插补监测模块与运动控制模式配置模块和中断管理模块相连，通过监测运动控制模式配置模块的插补数据封装缓冲FIFO的状态实现对精插补状态的监测；所述的位置信息反馈模块设有位移信息寄存器和位置信息寄存器，用于采集和保存伺服电机编码器和运动轴坐标位置传感器的数据；所述的设备状态寄存器与接口状态反馈模块、位置控制模块和对刀模块、I2C总线接口模块相连，设备状态寄存器中保存的外部设备的状态数据包括主轴开关状态、各轴限位开关状态、冷却液启停状态、换刀到位状态；设备状态寄存器通过I2C总线接口模块和扩展接口卡的接口状态反馈模块实现对各开关量执行情况和主轴外部设备状态的实时采集；所述的对刀模块与PCIE总线接口模块、设备状态寄存器、位置控制模块和位置信息反馈模块相连，用于实现PC机进行刀数据的采集。

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