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总线化控制模块的设计与实现

作　者: 唐文静
导　师: 王强
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 总线化 标准化 RS485总线 控制模块
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着自动控制技术的不断革新，控制系统的复杂度日益提高，传统的控制系统设计流程日益呈现出它的弊端：研发周期长、难度大，调试和维护困难，设计效率低、可重构重组性低，针对这样的问题，总线化、网络化的控制系统应运而生，通过总线将集中式的系统变成多个网络节点，系统的各个部分解耦成独立的功能模块，这样的方式能有效的解决上述问题。本文的目的即是设计出总线控制模块，以RS485为主要总线，务求其接口标准化且种类丰富，完成平台中系统各功能模块的总线连接并在使用中具备通用性。首先本文就平台中各功能模块所需要的输入输出信号、接口、系统通信方式等方面提出了总体的设计方案，对系统的总线化连接、组网方式、总线控制模块应具备的功能和标准接口做出了详细分析。其次，根据总体方案的框架，设计了总线控制模块的硬件电路原理图和印制电路板，以SAM3U4C单片机为核心搭建了多个通信接口、无线射频、AD、DA和电机驱动等功能的外围电路。第三，基于应用需求，设计了RS485总线的通信协议。涉及的内容包括数据帧的格式、操作命令的格式和编码、模块间的通信机制和查询方式，并提出实现通信协议的程序流程。最后，将若干个控制模块运用到多个以二轴转台为实例的实际系统中，并详细阐述了主要功能的实现过程和关键点，设计了上位机软件以实现对总线化系统的监控，系统在总线模块的辅助下可顺利完成诸如跟踪、定位的功能，亦对系统中总线通信过程进行测试，给出控制模块的使用结果，验证了本方案的正确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题背景和研究意义  9-11
    1.1.1 课题背景  9-10
    1.1.2 研究目的与意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12
  1.3 研究内容和论文结构  12-14
    1.3.1 研究内容  12-13
    1.3.2 论文结构  13-14
第2章 总体方案设计  14-21
  2.1 需求分析  14-15
  2.2 总体方案设计  15-20
    2.2.1 通信方式选择  15-16
    2.2.2 组网方式  16-17
    2.2.3 控制模块的功能设计  17-19
    2.2.4 控制模块处理核心  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第3章 控制模块的硬件设计  21-37
  3.1 电源、时钟、复位  21-25
    3.1.1 电路板电源  21-22
    3.1.2 SAM3U4C处理器供电  22-24
    3.1.3 时钟电路  24
    3.1.4 复位、擦除  24-25
  3.2 UART和USART外围电路  25-27
    3.2.1 RS232 接口电路  25-26
    3.2.2 RS485 接口电路  26-27
    3.2.3 RS422 接口电路  27
  3.3 PWM环节电路  27-29
  3.4 AD转换电路  29-30
  3.5 DA转换电路  30-32
  3.6 ZigBee模块电路  32-34
  3.7 USB接口电路  34
  3.8 JTAG接口电路  34-35
  3.9 其他  35-36
    3.9.1 NAND Flash扩展  35
    3.9.2 SPI接口预留  35-36
    3.9.3 多个测试点  36
  3.10 本章小结  36-37
第4章 通信协议的设计与实现  37-48
  4.1 控制模块的RS485 通信协议的设计  37-43
    4.1.1 数据帧的格式  37-39
    4.1.2 数据帧的信息含义  39-41
    4.1.3 通信机制  41-43
  4.2 RS485 通信协议的实现  43-47
    4.2.1 数据帧的接收  43-44
    4.2.2 数据帧的处理  44-46
    4.2.3 数据帧的发送  46-47
  4.3 本章小结  47-48
第5章 控制模块的实际应用  48-68
  5.1 控制模块在平台中的应用  48-55
    5.1.1 连接方案  48-49
    5.1.2 总线通信中几点注意的问题  49-50
    5.1.3 实际测试结果  50-55
  5.2 主要功能实现  55-65
    5.2.1 PWM电机驱动  55-57
    5.2.2 AD采样  57-59
    5.2.3 DA转换  59-61
    5.2.4 增量式编码器位置数据获得  61-65
  5.3 上位机监控软件设计  65-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-75
致谢  75

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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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