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CNC系統的硬件構成
隨著大規模集成電路技術和表面安裝技術的發展，CNC系統硬件模塊及安裝方式不斷改進。從CNC系統的總體安裝結構看，有整體式結構和分體式結構兩種。
所謂整體式結構是把 CRT 和 MDI 面板、操作面板以及功能模塊板組成的電路板等安裝在同一機箱內。這種方式的優點是結構緊湊，便于安裝，但有時可能造成某些信號連線過長。分體式結構通常把 CRT 和 MDI 面板、操作面板等做成一個部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在一個機箱內，兩者之間用導線或光纖連接。許多 CNC 機床把操作面板也單獨作為一個部件，這是由于所控制機床的要求不同，操作面板相應地要改變，做成分體式的有利于更換和安裝。
CNC 操作面板在機床上的安裝形式有吊掛式、床頭式、控制柜式、控制臺式等多種。
從組成CNC系統的電路板的結構特點來看，有兩種常見的結構，即大板式結構和模塊化結構。
大板式結構的特點是，一個系統一般都有一塊大板，稱為主板。主板上裝有主 CPU 和各軸的位置控制電路等。其他相關的子板 ( 完成一定功能的電路板 ) ，如 ROM 板、零件程序存儲器板和 PLC 板都直接插在主板上面，組成 CNC 系統的核心部分。由此可見，大板式結構緊湊，體積小，可靠性高，價格低，有很高的性能 / 價格比，也便于機床的一體化設計。大板結構雖有上述優點，但它的硬件功能不易變動，不利于組織生產。
另外一種柔性比較高的結構就是總線模塊化的開放系統結構，其特點是將微處理機、存儲器、輸入輸出控制分別做成插件板 ( 稱為硬件模塊 ) ，甚至將微處理機、存儲器、輸入輸出控制組成獨立微計算機級的硬件模塊，相應的軟件也是模塊結構，固化在硬件模塊中。硬軟件模塊形成一個特定的功能單元，稱為功能模塊。功能模塊間有明確定義的接口，接口是固定的，成為工廠標準或工業標準，彼此可以進行信息交換。于是可以積木式組成 CNC 系統，使設計簡單，有良好的適應性和擴展性，試制周期短，調整維護方便，效率高。
從 CNC 系統使用的微機及結構來分， CNC 系統的硬件結構一般分為單微處理機和多微處理機結構兩大類。初期的 CNC 系統和現有一些經濟型 CNC 系統采用單微處理機結構。而多微處理機結構可以滿足數控機床高進給速度、高加工精度和許多復雜功能的要求，也適應于并入 FMS 和 CIMS 運行的需要，從而得到了迅速的發展，它反映了當今數控系統的新水平。
二、單微處理機結構
在單微處理機結構中，只有一個微處理機，實行集中控制，并分時處理數控的各個任務。其結構特點如下：
（1）??? CNC裝置內僅有一個微處理機，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，構成CNC裝置。
（3）??? 結構簡單，容易實現。
（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、數據寬度、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構框圖。
三、多微處理機結構
多微處理機結構的CNC是把機床數字控制這個總任務劃分為子任務(也稱為子功能模塊)。在硬件方面，以多個微處理機配以相應的接口形成多個子系統，把劃分的子任務分配給不同的子系統承擔，由各子系統之間的協調動作完成數控。在多微處理機的結構中，有兩個或兩個以上的微處理機構成的子系統，子系統之間采用緊耦合，有集中的操作系統，共享資源；或者有兩個或兩個以上的微處理機構成的功能模塊，功能模塊之間采用松耦合，有多重操作系統有效地實現并行處理。應注意的是，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，不能控制系統總線，不能訪問主存儲器。它們組成主從結構，故應歸于單微處理機的結構中。
1、 多微處理機結構的特點
?? （1）??? 性能價格比高。此種結構中的每一個微處理機各完成系統中指定的一部分功能，獨立執行程序。它比單微處理機結構提高了計算處理速度，適應了多軸控制、高精度、高進給速度、高效率的數控要求。由于系統的資源共享，而單個微處理機的價格又比較便宜，使CNC系統的性能價格比大為提高。
??? (2) 采用模塊化結構具有良好的適應性和擴展性。前已述及，在這種結構中可以將微處理機、存儲器、輸入輸出控制分別做成插件板 ( 即硬件模塊 ) ，其相應的軟件也是模塊結構，這種模塊化的結構使設計簡單，試制周期短，結構緊湊，具有良好的適應性和擴展性。
?? （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，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，整個系統將癱瘓。由于更換插件模塊較為方便，可使故障對系統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，這不但使造價降低，也提高了可靠性。?
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?? （4）??? 硬件易于組織規模生產。 由于一般的硬件都是通用的，容易配置，只要開發新的軟件就可構成不同的 CNC 系統，便于組織規模生產，形成批量，且保證質量。
2、 多微處理機CNC裝置的典型結構
在多微處理機組成的CNC裝置中，可以根據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、操作和控制數據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，再增加相應的模塊。這些模塊之間互連與通信是在機柜內耦合，典型的有共享總線和共享存儲器兩類結構。
（1）共享總線結構。以系統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，共享嚴格設計定義的標準系統總線。系統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據和控制信息，構成一個完整的系統，實現各種預定的功能。
在系統中只有主模塊有權控制使用系統總線。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總線的競爭，每個主模塊按其擔負任務的重要程度已預先安排好優先級別的順序。總線仲裁的目的，也就是在它們爭用總線時，判別出各模塊優先權的高低。
這種結構模塊之間的通信，主要依靠存儲器來實現。大部分系統采取公共存儲器方式。公共存儲器直接插在系統總線上，有總線使用權的住模塊都能訪問。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構。這種結構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，總線一旦出現故障，會影響全局。但因其結構簡單，系統配置靈活，無源總線造價低等優點而常被采用。
圖3-4 多微處理器共享總線結構框圖
（2）共享存儲器結構。這種多微處理機結構，采用多端口存儲器來實現各微處理機之間的互聯和通信。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寫，所以功能復雜而要求微處理機數量增多時，會因爭用共享而造成信息傳輸的阻塞，降低系統效率，因此擴展功能很困難。
圖3-5是一個雙端口存儲器結構框圖，它配有兩套數據、地址和控制線，可供兩個端口訪問，訪問優先權預先安排好。兩個端口同時訪問時，由內部硬件裁由內部硬件裁決其中一個端口優先訪問。
圖3-6是多微處理機共享存儲器結構框圖。
圖3-5 雙端口存儲器結構框圖??????? 圖3-6 多微處理機共享存儲器結構框圖
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