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基于FPGA及NIOSⅡ的多轴数控系统设计

作　者: 黄兆斌
导　师: 余世明
学　校: 浙江工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: FPGA NIOSⅡ 数控系统 加减速控制
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 84次
引　用: 1次
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内容摘要


数控技术是先进制造技术的关键技术之一,它的广泛使用能为工业生产制造的各个方面带来巨大的变化。随着计算机技术的不断发展,为数控系统的发展提供了更好的支持,同时数控系统也提出了更高的要求。本文针对传统数控系统封闭性的问题,设计了一个基于FPGA及NIOSⅡ的多轴数控系统,系统具有操作性强、扩展性强、可重构性强的特点,并且将该系统应用于水晶研磨。本文所做工作以及主要内容如下:1.步进电机是数控系统的重要组成部分,对它的控制关系到整个系统的性能好坏,因此本文详细介绍了步进电机的相关技术,并对步进电机的加减速控制进行了深入的研究。最终实现了对本系统的步进电机进行S型加减速方法控制。2.在系统的硬件电路设计部分,在分析了系统需求的基础上,运用SOPC Builder定制了NIOSⅡ处理器,并对系统的外围电路进行了设计,包括SDRAM电路、EPCS配置电路、电机控制电路和其他电路的设计。3.在系统软件设计部分,在基于NIOSⅡIDE的HAL系统库的基础上,开发了系统外设的驱动程序,并对系统整个应用软件部分进行了设计。根据系统的操作性需求,设计了人机交互界面,并特别开发了一套用于系统运动编程的指令集,使系统的操作性更加简单,应用场合更加广泛。4.对系统整体进行了测试,测试结果表明系统达到了预期目标,运行情况良好。最后,总结了本文所做的工作,并对进一步研究提出一些展望。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 课题研究背景及研究意义  10-11
  1.2 研究现状和发展趋势  11-14
  1.3 本文研究的主要内容  14-16
    1.3.1 研究的主要内容  14-15
    1.3.2 主要特色和创新点  15-16
第2章 FPGA 和 NIOSⅡ技术  16-26
  2.1 FPGA 概述  16-17
  2.2 NIOSⅡ处理器系统  17-23
    2.2.1 NIOSⅡ软核处理器  17-19
    2.2.2 寄存器结构  19-20
    2.2.3 操作模式  20-21
    2.2.4 Avalon 总线  21-22
    2.2.5 NIOSⅡ系统的特性  22-23
  2.3 开发工具和设计流程  23-26
    2.3.1 开发工具  23-25
    2.3.2 设计流程  25-26
第3章 步进电机及其加减速控制算法实现  26-34
  3.1 步进电机概述  26-28
    3.1.1 步进电机分类  26-27
    3.1.2 步进电机控制方式  27-28
  3.2 步进电机加减速控制  28-31
    3.2.1 直线加减速曲线  28-29
    3.2.2 指数型加减速曲线  29-30
    3.2.3 S 型加减速曲线  30-31
  3.3 步进电机加减速控制算法实现  31-34
第4章 多轴数控系统硬件设计  34-49
  4.1 硬件总体设计  34-35
  4.2 NIOSⅡ处理器系统设计  35-42
    4.2.1 处理器选择  35-36
    4.2.2 NIOSⅡ软核处理器定制  36-38
    4.2.3 并行输入输出（PIO）内核  38-39
    4.2.4 定时器内核  39-41
    4.2.5 SDRAM 控制器内核.  41
    4.2.6 EPCS 控制器内核  41-42
  4.3 外围电路设计  42-49
    4.3.1 SDRAM 电路  42-44
    4.3.2 EPCS 配置电路  44-45
    4.3.3 JTAG 电路  45
    4.3.4 电机控制电路  45-46
    4.3.5 霍尔传感器检测电路  46-47
    4.3.6 输入输出接口电路  47-48
    4.3.7 人机交互界面  48-49
第5章 多轴数控系统软件设计及调试  49-64
  5.1 硬件抽象层（HAL）系统库  49-51
  5.2 设备驱动设计  51-54
    5.2.1 液晶驱动实现  52-54
    5.2.2 按键驱动实现  54
  5.3 主程序设计  54-55
  5.4 运动编程实现  55-60
  5.5 系统调试和系统测试  60-64
第6章 总结与展望  64-66
  6.1 总结  64
  6.2 展望  64-66
参考文献  66-69
附录  69-70
致谢  70-71
攻读学位期间参加的科研项目和成果  71

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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