数控系统作为数控机床的核心,是决定数控机床性能、功能、可靠性和成本的关键因素。嵌入式数控系统具有专用性强、稳定性好、可靠性高、灵活性强等优点,广泛应用于各类数控机床中。现有机床嵌入式数控系统通常没有辅助设备的控制功能,液压润滑等辅助功能通常由独立的PLC完成,这种结构既有不合理之处,又很难满足对机床前后设备和环境进行控制的发展趋势需求。本文首先在嵌入式数控系统及其发展的基础上,分析了当今机床数控系统的组成结构和不合理的地方,明确了开发全嵌入式机床数控系统的必要性,并提出了既能克服传统机床数控系统不足,又能满足发展需求的全嵌入式机床数控系统方案。该方案将人机接口、运动控制器、各类I/O作为网络站点并构成网络,实现对数控机床、辅助设备、前后设备和环境设备的控制。本文重点研究上述方案中的模拟量输入和输出模块。分析了系统所需完成的功能和所需的资源后,对比各种嵌入式方案,确立了以“STM32+FPGA”为核心的系统架构,完成对模拟量信号输入和输出(8路输入,8路输出)的控制。系统以STM32为主控芯片,完成A/D、D/A转换和产生控制信号功能,以FPGA作为数据处理核心,完成数据的缓存和传输功能。系统设计的硬件电路包括:电源电路、STM32和FPGA外围电路、隔离放大电路、模拟开关电路、采样保持电路和通信电路等。最后在Altium Designer10上完成系统PCB版的设计。在软件设计上,通过Keil u Vision4使用C语言完成STM32的ADC、DAC、FSMC等模块的编程,通过Quartus II使用Verilog硬件描述语言完成FPGA内部模块的设计。最后通过对系统的软硬件进行综合测试,证明了系统在功能、精度以及可靠性等方面达到了预期要求。