当前,数控系统正逐步向着灵活性、组件化、可重构的开放式体系结构方向发展。软件开发新技术对开放式数控系统进行研究,已成为一种趋势。当前,数控系统大多基于PC平台,相对于PC平台的研究模式而言,采用嵌入式体系结构设计开放数控系统,是一个全新的尝试。本文以此为目标进行了研究,构建了基于PC104总线的数控系统平台,可满足实际需要。研究内容主要包括以下几方面:1.硬件方面:设计了数控伺服系统和主轴驱动系统;为了实现数控系统对机床伺服系统和主轴控制,又设计了具有定时(Timer)、多路开关量输入输出(I/O)、数模(D/A)转换功能的PC104总线接口板卡。2.在嵌入式实时操作系统中,分析了嵌入式实时操作系统的体系结构,根据嵌入式实时操作系统的原理,提出了CNC系统上的实时操作系统的实现方案,论述了数控系统应用嵌入式实时操作系统的必要性和可行性。分析了Windows操作系统结构特点和当前在Windows操作系统下实现实时应用的各种方案,根据实时操作系统的原理,搭建了实时操作系统编程模型,结合外部定时中断电路以及核心层VxD设备驱动程序开发,解决了Windows操作系统难于应用于实时控制的难题。3.通过对设备驱动层的框架设计和设备驱动层设计,把设备驱动层分成控制、交互和连接三大功能模块,尤其针对交互驱动中的键盘驱动设计与显示驱动设计问题进行研究。4.本文对插补的原理和算法作了简单分析,重点分析了适合三坐标经济型数控系统的脉冲增量插补算法。给出了两种不同的脉冲增量插补算法——逐点比较法和数字积分法。最后,作者对本文的研究工作进行了总结,并对基于PC104总线的嵌入式数控系统的发展作了展望。