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基于EtherCAT的从站控制系统研究

作　者: 张英杰
导　师: 章政
学　校: 武汉科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 工业以太网 EtherCAT 嵌入式从站 ARM linux
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


国际电工技术委员会（IEC）于1984年正式提出了现场总线的概念，同时也开展了制定现场总线标准的工作，但是在制定总线标准的过程中各个国家各个公司都以自身利益为重，推出其各自的现场总线技术，但这些总线技术的开放性和互操作性极差，直到今天也没有推出一个统一的标准。相对现场总线技术来说，以太网技术标准统一，开放性和互操作极强，并且组网成本低，将此技术应用到工业控制领域是当前工业网络技术发展的新趋势，虽然目前工业以太网技术还处于起步阶段，但是其发展速度很快，势必会成为将来工业通信领域的主力军，因此对工业以太网技术的研究和相关产品的开发意义重大。德国倍福公司于2003年推出EtherCAT实时工业以太网技术，它具有高速、高效率、开发成本低的特点，支持多种设备连接拓扑结构，并且完全符合以太网标准，这引起了许多公司的关注，并开发了相关产品。本文在对EtherCAT技术和嵌入式模块comX进行研究的基础上完成了从站的设计。本文首先针对现场总线的现状作了简单分析，并阐述了课题研究的意义，对EtherCAT协议作了详细的介绍，整个从站的设计上采用了ARM硬件平台和Linux操作系统的组合，本文对硬件的各个部分作了详细介绍，其中包括Flash接口电路、UART接口电路、USB接口电路、三相异步交流电机驱动电路、comX接口电路等。在此硬件设计基础上，对电机驱动程序和网络驱动程序的设计作了详细说明，最终完成了EthereCAT从站Linux驱动程序的移植和应用程序的开发。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 课题研究背景及意义  8
  1.2 工业以太网研究现状及发展分析  8-9
  1.3 相关背景知识概述  9-10
    1.3.1 现场总线简介  9-10
    1.3.2 嵌入式系统简介  10
  1.4 本文的主要内容  10-12
第二章 EtherCAT 协议  12-20
  2.1 工业以太网简介  12
  2.2 EtherCAT 协议概述  12-13
  2.3 EtherCAT 系统组成  13-15
  2.4 EtherCAT 数据链路层  15-18
    2.4.1 寻址方式  16-17
    2.4.2 读写模式  17
    2.4.3 分布时钟  17-18
  2.5 从站应用层协议  18-19
  2.6 本章小结  19-20
第三章 EtherCAT 从站硬件接口设计与实现  20-33
  3.1 从站的整体硬件结构  20
  3.2 处理器以及通信模块的选择  20-23
  3.3 功能模块接口设计  23-26
    3.3.1 FLASH 接口设计  23-24
    3.3.2 SDRAM 接口设计  24-25
    3.3.3 UART 接口设计  25
    3.3.4 USB 接口设计  25-26
  3.4 通讯模块的接口设计  26-28
  3.5 三相交流异步电机驱动电路设计  28-32
    3.5.1 控制按键和数码管电路设计  28-29
    3.5.2 整流电路和逆变电路设计  29-32
  3.6 本章小结  32-33
第四章 Linux 嵌入式操作系统移植  33-39
  4.1 软件平台简介  33
  4.2 系统的软件结构  33-34
  4.3 嵌入式 Linux 开发环境的创建  34-36
    4.3.1 建立交叉编译环境  34-35
    4.3.2 引导加载程序 Bootloader  35-36
    4.3.3 制作文件系统  36
  4.4 Linux 内核移植  36-38
  4.5 本章小结  38-39
第五章 EtherCAT 从站驱动程序设计  39-54
  5.1 电机驱动程序设计  39-49
    5.1.1 驱动程序实现的功能  39-41
    5.1.2 驱动程序的设计  41-46
    5.1.3 应用程序的实现  46-49
  5.2 EtherCAT 网络设备驱动程序设计  49-52
    5.2.1 驱动程序的体系结构  49-50
    5.2.2 驱动程序的基本操作  50
    5.2.3 驱动程序的主函数设计  50-52
  5.3 应用程序的加载调试  52-53
  5.4 本章小结  53-54
第六章 总结与展望  54-55
参考文献  55-57
攻读硕士学位期间发表学术论文  57-58
致谢  58-59
详细摘要  59-61

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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