單處理器結構CNC裝置一般是專用型的，其硬件由系統制造廠家專門設計、制造，不具備通用性。這種結構中，只有一個微處理器，以集中控制、分時處理系統的和個任務。某些CNC裝置雖然有兩個以上的微處理器，但其中只有一個微處理器能夠控制系統總線，占有總線資源，而其它微處理器只作為專用控制部件，不能控制系統總路線，不能訪問主存儲器，它們組成主從結構。如圖2.2所示為單微處理器結構框圖。
（1） 微處理器（CPU）和總線
CPU是CNC裝置的核心，完成控制和運算兩方面的任務。目前，CNC裝置中常用的有8位、16位、32位和64位的CPU。
總線是由賦予一定信號意義的物理導線構成，按信號的物理意義，可分為數據總線、地址總線、控制總路線三組。數據總路線為各部件之間傳送數據，數據總路線的位數和傳送的數據相等，采用雙方向線。地址總路線傳送的是地址信號，與數據總路線結合使用，以確定數據總線上傳輸的數據來源或目的地，采用單向線。控制總路線傳輸的是管理總路線的某些信號，如數據傳輸的讀寫控制中斷復位及各種確認信號，采用單方向線。
（2） 存儲器
存儲器用以存放數據、參數和程序等，包括只讀存儲器（ROM、EPROM、EEPROM）、隨機存儲器（RAM）。系統控制程序放在只讀存儲器中，即使系統斷電控制程序也不會丟失，程序只能被CPU讀出，不能隨機寫入，必要時可用紫外線擦除，再重寫監控程序。運算的中間結果、需顯示的數據、運行狀態、標志信息等存放在RAM中，可以隨機寫入或讀取，斷電后消失。加工的零件程序、機床參數等存放在有后備電池的CMOS RAM或磁泡存儲器中，這些信息可以根據操作需要寫入和修改，斷電后信息仍保留。
（3） I/O（輸入、輸出）接口
CNC裝置和機床之間的信號，一般不直接連接，而通過I/O接口電路連接。
I/O接口電路的主要任一是：進行必要的電氣隔離，防止干擾信號引起誤動作。主要用光電耦合器或斷電器將CNC裝置也機床之間的信號在電氣上加以隔離。二是：進行電平轉換和功率放大。一般CNC裝置的信號是TTL電平，而機床控制信號通常不是TTL電平，并且負載較大，需要進行必要的電一轉換和平功率議長。
（4） MDI/CRT接口
MDI手動數據輸入通過數控面板上的鍵盤操作。CRT接口提供計算機與CRT或LCD顯示器的通信。
（5） 位置控制模塊
位置控制模塊數控機床的進給運動的坐標軸位置進行控制。
（6） 可編程控制器（PLC）
PLC用來替代傳機床強電繼電器邏輯控制，利用邏輯運算實現各種開關量的控制。PLC一般有獨立的CPU、ROM、RAM和位操作控制器等組成，它和CNC之間通過雙端口RAM實現相互的確通信。數控機床中使用的PLC可以分為兩類：一類是“內裝型”PLC，它是為實現機床的順序控制而專門制造的。另一類是“獨立型”PLC，它是在技術規范、功能和參數上均可滿足數控機床要求的獨立部件。數控機床上的PLC多采用內裝式。
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