一种NURBS插补器脉冲均匀输出装置以及设备

摘要

本发明公开了一种NURBS插补器脉冲均匀输出装置以及设备，该NURBS插补器脉冲均匀输出装置，包括：互联模块，与输出脉冲周期数和插补周期设定值的处理器相连，用于接收处理器输出的脉冲周期数和插补周期设定值；用户逻辑模块，与电机相连，用于根据互联模块接收的脉冲周期数和插补周期设定值，控制向电机输出脉冲信号的电平与方向。由于互联模块与输出脉冲周期数和插补周期设定值处理器相连，所以与电机相连的用户逻辑模块即能够根据互联模块接收的脉冲周期数和插补周期设定值，控制向电机输出脉冲信号的电平与方向，无需通过除法计算和取整计算，解决了现有技术中NURBS插补器存在的因采用除法算法和取整算法而导致误差的技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及数控领域，尤其涉及一种NURBS插补器脉冲均匀输出装置以 及设备。

背景技术

在数控领域中，自由型曲线的加工一直是制造工程研究的关键问题， NURBS(全称：Non-Uniform Rational B-Splines；中文：非均匀有理B样条曲 线)插补器是一种广泛应用于数控领域的插补器，NURBS插补器经过插补计 算和加减速调节，得到每个插补周期内的各轴位移偏移量，而在位移控制模式 下，需要将位移偏移量转化为脉冲信号才能驱动电机运动，其中，脉冲信号的 个数代表电机各轴运动的位移，脉冲信号的频率代表电机各轴运动的速度。脉 冲输出控制的要求是根据位移偏移量和脉冲当量设定值计算脉冲个数，然后在 一个插补周期内均匀产生相应个数的脉冲信号。

但是，在位移偏移量为非整数倍脉冲当量时，现有技术中NURBS插补器 会采用相应的除法算法和取整算法对电机的位移偏移量进行补偿，而采用除法 算法和取整算仍然会导致误差，继而影响所获得产品的精度。

因此，现有技术中NURBS插补器存在因采用除法算法和取整算法而导致 误差的技术问题。

发明内容

本发明实施例通过提供一种NURBS插补器脉冲均匀输出装置以及设备， 用以解决现有技术中NURBS插补器存在的因采用除法算法和取整算法而导致 误差的技术问题。

本发明实施例第一方面提供了一种NURBS插补器脉冲均匀输出装置，包 括：

互联模块，与输出脉冲周期数和插补周期设定值的处理器相连，用于接收 所述处理器输出的所述脉冲周期数和所述插补周期设定值；

用户逻辑模块，与电机相连，用于根据所述互联模块接收的所述脉冲周期 数和所述插补周期设定值，控制向所述电机输出脉冲信号的电平与方向。

可选地，所述互联模块具体包括：

总线访问控制单元，通过数据总线与所述处理器相连；

寄存器组，与所述访问控制单元相连，所述寄存器组用于存储所述处理器 输出的所述脉冲周期数和所述插补周期设定值。

可选地，在所述电机为包括X轴、Y轴和Z轴的电机时，所述寄存器组包 括：

插补周期设定值寄存器，用于存储所述插补周期设定值；

X轴脉冲周期数寄存器，用于存储下一个插补周期中X轴脉冲周期数；

Y轴脉冲周期数寄存器，用于存储下一个插补周期中Y轴脉冲周期数；

Z轴脉冲周期数寄存器，用于存储下一个插补周期中Z轴脉冲周期数。

可选地，所述用户逻辑模块包括：

定时器状态机，与所述寄存器组相连，用于获取所述寄存器组中存储的所 述脉冲周期数和所述插补周期设定值；

脉冲周期控制模块，与所述定时器状态机相连，用于根据所述定时器状态 机获取的所述脉冲周期数，控制所述脉冲信号的电平；

脉冲方向控制模块，与所述定时器状态机相连，用于根据所述定时器状态 机获取的所述脉冲周期数，控制所述脉冲信号的正负值。

可选地，所述定时器状态机还与所述处理器相连，还用于向所述处理器发 送中断请求，所述中断请求用于触发所述处理器输出下一个插补周期的脉冲周 期数和插补周期设定值。

本发明实施例第二方面还提供一种NURBS插补器脉冲均匀输出设备，包 括：

处理器，用于输出脉冲周期数和插补周期设定值；

如第一方面所述的脉冲均匀输出装置，与所述处理器相连，所述脉冲均匀 输出装置用于接收处理器输出的所述脉冲周期数和所述插补周期设定值，并根 据所述脉冲周期数和所述插补周期设定值控制输出脉冲信号的电平与方向。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优 点：

1、由于互联模块与输出脉冲周期数和插补周期设定值处理器相连，所以 与电机相连的用户逻辑模块即能够根据互联模块接收的脉冲周期数和插补周 期设定值，控制向电机输出脉冲信号的电平与方向，与现有技术相比，本发明 实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装置接收处理器输出的数据不是脉 冲个数，而是脉冲的周期数，无需通过除法计算和取整计算，解决了现有技术 中NURBS插补器存在的因采用除法算法和取整算法而导致误差的技术问题。

2、由于本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出通过设置插补 周期设定值寄存器和定时器状态机，将插补周期的定时与计数时钟的分频结合 起来，实现了脉冲均匀输出的精确时钟控制，避免了NURBS插补器因脉冲均 匀分布的时钟分频控制不精确而导致影响加工产品精度的缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的寄存器组的示意图；

图3为本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装置的输入输出 管脚示意图；

图4为本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装置运行时的流 程图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种NURBS插补器脉冲均匀输出装置以及设备， 用以解决现有技术中NURBS插补器存在的因采用除法算法和取整算法而导致 误差的技术问题。

本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本发明实施例提供一种NURBS插补器脉冲均匀输出装置，包括：

互联模块，与输出脉冲周期数和插补周期设定值的处理器相连，用于接收 处理器输出的脉冲周期数和插补周期设定值；

用户逻辑模块，与电机相连，用于根据互联模块接收的脉冲周期数和插补 周期设定值，控制向电机输出脉冲信号的电平与方向。

可以看出，由于互联模块与输出脉冲周期数和插补周期设定值处理器相 连，所以与电机相连的用户逻辑模块即能够根据互联模块接收的脉冲周期数和 插补周期设定值，控制向电机输出脉冲信号的电平与方向，与现有技术相比， 本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装置接收处理器输出的数据 不是脉冲个数，而是脉冲的周期数，无需通过除法计算和取整计算，解决了现 有技术中NURBS插补器存在的因采用除法算法和取整算法而导致误差的技术 问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方 式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明实施例一方面提供一种NURBS插补器脉冲均匀输出装置，请参考 图1，图1是本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装置的示意图， 如图1所示，该NURBS插补器脉冲均匀输出装置10包括：

互联模块101，与输出脉冲周期数和插补周期设定值的处理器20相连，用 于接收处理器20输出的脉冲周期数和插补周期设定值；

用户逻辑模块102，与电机30相连，用于根据互联模块101接收的脉冲周 期数和插补周期设定值，控制向电机30输出脉冲信号的电平与方向。

在本实施例中，如图1所示，本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均 匀输出装置10可以采用全编程型的FPGA(英文：Field－Programmable Gate  Array；中文：现场可编程门阵列)，以IP核(英文：Intellectual Property core； 中文：知识产权核)的形式来实现。IP核是具有特定电路功能的硬件描述语言 程序，该程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集 成电路芯片。在本实施例中，具体采用了XILINX公司的Z－7020开发板，在 实际应用中，通过本实施例的介绍，本领域所属的技术人员能够根据实际情况， 选择和设计合适的电路，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

在本实施例中，请继续参考图1，互联模块101与处理器20通过AXI(英 文：Advanced eXtensible Interface；中文：高级可扩展接口)总线相连，当然， 在其他实施例中，互联模块101与处理器20还可以通过CAN(英文：Controller  Area Network；中文：控制器局域网络)总线、SPI(英文：Serial Peripheral  Interface；中文：串行外设接口)等总线相连，在此不做限制。

在具体实施过程中，请继续参考图1，互联模块101具体包括：

总线访问控制单元1011，通过数据总线与处理器20相连，例如，总线访 问控制单元1011通过AXI总线、CAN总线或SPI总线和处理器20相连等等， 在此不再赘述；

寄存器组1012，与访问控制单元相连，寄存器组1012用于存储处理器20 输出的脉冲周期数和插补周期设定值。

在本实施例中，设定电机30具体为包括X轴、Y轴和Z轴的电机，请参 考图2，图2是本发明实施例提供的寄存器组的示意图，如图2所示，寄存器 组1012包括：

插补周期设定值寄存器10121，用于存储插补周期设定值；

X轴脉冲周期数寄存器10122，用于存储下一个插补周期中X轴脉冲周期 数；

Y轴脉冲周期数寄存器10123，用于存储下一个插补周期中Y轴脉冲周期 数；

Z轴脉冲周期数寄存器10124，用于存储下一个插补周期中Z轴脉冲周期 数。

请参考图3，图3是本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装 置的输入输出管脚示意图，如图3所示，该NURBS插补器脉冲均匀输出装置 10采用的是AXI4-Lite总线模式，如写入管脚包括S_AXI_ACLK和 S_AXI_ARESETN等管脚，读取管脚包括S_AXI_ARREADY和 S_AXI_RDATA[31..0]等管脚，通过访问寄存器组的形式实现ARM处理器对 NURBS插补器脉冲均匀输出装置10的读写操作，如读取NURBS插补器脉冲 均匀输出装置10中的位移偏移量，或向NURBS插补器脉冲均匀输出装置10 中写入脉冲周期数和插补周期设定值等等。NURBS插补器脉冲均匀输出装置 10采用正负脉冲的形式驱动电机，支持X、Y和Z轴三个轴的脉冲输出，共包 括X轴正输出(pulse_xpos)、X轴负输出(pulse_xneg)、Y轴正输出 (pulse_ypos)、Y轴负输出(pulse_yneg)、Z轴正输出(pulse_zpos)和Z轴 负输出(pulse_zneg)六个输出驱动信号。

在具体实施过程中，请继续参考图1，用户逻辑模块102包括：

定时器状态机1021，与寄存器组1012相连，用于获取寄存器组1012中存 储的脉冲周期数和插补周期设定值；

脉冲周期控制模块1022，与定时器状态机1021相连，用于根据定时器状 态机1021获取的脉冲周期数，控制脉冲信号的电平；具体来讲，在位移偏移 量为非整数倍脉冲当量时，脉冲均匀输出装置需要根据周期数改变脉冲信号的 电平就可以实现脉冲个数的输出，并且不需要除法运算和取整运算，所以解决 了现有技术中NURBS插补器存在的因采用除法算法和取整算法而导致误差的 缺陷，避免了NURBS插补器因采用除法算法和取整算法而导致的误差；

脉冲方向控制模块1023，与定时器状态机1021相连，用于根据定时器状 态机1021获取的脉冲周期数，控制脉冲信号的正负值；具体来讲，在脉冲周 期数为正数时，脉冲信号可以通过对应的正向输出引脚输出；当脉冲周期数为 负数时，脉冲信号可以通过负向输出引脚输出；当脉冲周期数为零时，无脉冲 信号输出。

在具体实施过程中，请继续参考图1，在本实施例中，由于AXI总线中并 不包含中断操作，定时器状态机1021还与所述处理器相连，用于向处理器20 发送中断请求，中断请求用于触发处理器20输出下一个插补周期的脉冲周期 数和插补周期设定值，具体来讲，因此NURBS插补器脉冲均匀输出装置10 的irq(英文：interrupt request；中文：中断请求信号)是通过GIC(英文：General  Interrupt Controller；中文：通用中断控制器)输入引脚向ARM处理器发出中 断请求的，而不是通过AXI总线。在实际应用中，存储在寄存器组1012中的 数值被读取后，定时器状态机1021即能够向ARM处理器发出中的请求，要求 ARM处理器写入下一个插补周期的脉冲周期数和插补周期设定值。

在本实施例中，Z－7020开发板内嵌双核Cortex-A9ARM处理器，ARM 处理器(也即NURBS插补器)能够计算出下一插补周期的各轴位移偏移量， 并根据用户设定的脉冲当量值，得到脉冲周期数，从而能够将该脉冲周期数输 出给本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装置10中。

具体来讲，用户逻辑模块102中的定时器状态机1021的工作状态可以包 括以下几种：

1、空闲状态：系统复位或接收到的脉冲周期数为零时，定时器状态机处 在空闲状态；

2、中断状态：存储在各轴周期数寄存器中的当前值被读取后，定时器状 态机向内嵌ARM处理器发出中断请求，要求写入下一个插补周期的各轴脉冲 数；

3、使能信号更新：当接收到的脉冲周期数为非零值时，定时器状态机启 动脉冲周期控制模块和脉冲方向控制模块，从而向电机输出脉冲信号，当然了， 脉冲周期控制模块会根据脉冲周期数控制脉冲信号的电平，脉冲方向控制模块 会根据脉冲周期数的正负值控制脉冲信号的正负值；

4、脉冲周期数更新：在当前插补周期内输出最后一个脉冲后，将各轴脉 冲周期数寄存器的数值写入到脉冲周期控制模块和脉冲方向控制模块；

5、计数状态：定时器状态机每经过一个定时时钟周期，定时器计数值加 一，计数值达到状态切换设定值，即驱动定时器状态机之间的状态切换。

请参考图4，图4是本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装 置运行时的流程图，如图4所示，该流程包括以下步骤：

S1：系统复位并初始化，启动NURBS插补器脉冲均匀输出装置10程序；

S2：判断定时时钟上升沿是否有效；如是，计数值执行加一操作；若否， 重新执行S2；

S3：判断计数值是否大于脉冲周期数设定值；如是，读入新的脉冲周期数；

S4：若否，判断计数值是否大于使能信号设定值；如是，使能信号有效， 从而使得NURBS插补器脉冲均匀输出装置10输出脉冲信号，并且通过脉冲 周期控制模块1022控制脉冲信号的电平，通过脉冲方向控制模块1023根据脉 冲周期数的正负值控制出脉冲信号的正负值；

S5：若否，判断计数值是否大于中断信号设定值；如是，向处理器20发 出中断请求；

S6：若否，判断计数值是否大于插补周期设定值；如是，计数值清零并返 回S2；若否，返回S2。

需要说明的是，上述NURBS插补器脉冲均匀输出装置运行时的流程图中 定时器状态机的状态切换设定值如脉冲周期数设定值、使能信号设定值、中断 信号设定值和插补周期设定值的具体数值在此不做限制，通过本实施例的介 绍，在实际应用中，本领域所属的技术人员能够根据实际情况，将脉冲周期数 设定值、使能信号设定值、中断信号设定值和插补周期设定值设置为合适的数 值，使得定时器状态机在计数值的驱动下根据实际需要进行状态改变，从而满 足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

结合定时器状态机的状态和图4所示的NURBS插补器脉冲均匀输出装置 运行时的流程图可以看出，由于本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀 输出通过设置插补周期设定值寄存器和定时器状态机，将插补周期的定时与计 数时钟的分频结合起来，实现了脉冲均匀输出的精确时钟控制，避免了NURBS 插补器因脉冲均匀分布的时钟分频控制不精确而导致影响加工产品精度的缺 陷。

本发明实施例另一方面还提供一种NURBS插补器脉冲均匀输出设备，包 括：

处理器，用于输出脉冲周期数和插补周期设定值；

脉冲均匀输出装置，与处理器相连，脉冲均匀输出装置用于接收处理器输 出的脉冲周期数和插补周期设定值，并根据脉冲周期数和插补周期设定值控制 输出脉冲信号的电平与方向。

在本部分中的脉冲均匀输出装置即可以是前述实施例中介绍的NURBS插 补器脉冲均匀输出装置10，在前已经详细介绍了NURBS插补器脉冲均匀输出 装置10的内部构成、连接方式和运行过程，在此为了说明书的简洁就不再赘 述了。

上述本发明实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

1、由于互联模块与输出脉冲周期数和插补周期设定值处理器相连，所以 与电机相连的用户逻辑模块即能够根据互联模块接收的脉冲周期数和插补周 期设定值，控制向电机输出脉冲信号的电平与方向，与现有技术相比，本发明 实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出装置接收处理器输出的数据不是脉 冲个数，而是脉冲的周期数，无需通过除法计算和取整计算，解决了现有技术 中NURBS插补器存在的因采用除法算法和取整算法而导致误差的技术问题。

2、由于本发明实施例提供的NURBS插补器脉冲均匀输出通过设置插补 周期设定值寄存器和定时器状态机，将插补周期的定时与计数时钟的分频结合 起来，实现了脉冲均匀输出的精确时钟控制，避免了NURBS插补器因脉冲均 匀分布的时钟分频控制不精确而导致影响加工产品精度的缺陷。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。