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高速、高精度控制是数控技术发展趋势。随着数控系统技术的发展,传统的数控系统的模拟量或脉冲量接口己难以满足高速、高精度、多通道的要求,而现场总线的出现很好的解决了这一问题,采用现场总线数字化通信方式是数控技术发展的必然趋势。以太网技术成熟,开放性高,通讯速度快,兼容性强,成本低等特点很好的满足数控系统通讯要求,并且FPGA技术的出现,简化了设计过程,降低设计成本,增加系统可靠性,可以实现硬件电路级设计。因此将以太网技术和FPGA技术应用于高速高精度多通道数控系统现场总线是高档数控系统的重要研究内容,论文围绕这个主题展开以下研究。分析了高速高精度多通道数控系统对现场总线的需求,现场总线特点,国内外研究现状。围绕如何实现高速高精度多通道数控系统的实时性,同步性以及可靠性需求,结合工业以太网技术和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)技术,设计了基于FPGA的数控系统现场总线通讯方案、数控系统现场总线的物理拓扑结构和数控系统通信模块的硬件结构。通过SOPC技术,设计数控系统现场总线的Nios II嵌入式处理器,研究了基于FPGA的现场总线初始化和数据通讯。针对工业以太网同步性不足的问题,设计了一种基于FPGA的IEEE1588协议实现方法和频率可调的实时时钟。提出了一种混合任务的通信模式用来解决时间关键和非时间关键任务在现场总线中的实时调度问题,预防了数据堵塞导致的数据延迟。对数控系统现场总线的可靠性技术进行了研究,提出了硬件冗余机制和差错控制方法用来防止数据传输过程中发生错误,提高传输数据的可靠性。开发设计了基于FPGA的数控系统现场总线,实现了数控系统控制器和伺服驱动器、I/0端子之间的实时通信,并对数控系统现场总线的实时性、同步性、可靠性进行了实验验证和分析,满足高速、高精度、多通道的数控系统的要求。