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基于F020的运动控制卡系统设计

作　者: 李文刚
导　师: 梁楚华；周建平
学　校: 新疆大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 运动控制卡 单片机 CPLD WinDriver
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


制造业作为社会发展和进步的基础行业,在经济社会的发展进程中充分展示了其举足轻重的地位,这充分表明要增强国家的综合国力、提高经济竞争力,就必须大力发展制造业。当今社会数控加工已经成为制造业的典型代表,数控机床的诞生对提高社会生产效率起到了催化作用。得益于计算机技术的飞速发展,数控技术和数控机床也不断向前迈进,目前正朝标准化开放体系结构的方向前进,特别是以“PC机+运动控制卡”为数控模式成为近来研究的热点,其主要原理为采用运动控制卡对电机进行实时控制,PC机完成人机交互等工作。因此,运动控制卡的性能如何直接决定了整个系统的性能。目前市场上的运动控制卡品种不多,功能相对单一化、价格昂贵,对产品的多品种、小批量生产极为不利。为了对经济型印制电路铣钻样机进行数控改造,实现铣钻样机的数字控制,选择以C8051F020为主控制器基于PCI总线设计的运动控制卡,使系统的数据处理能力及插补的速度与精度优于采用一般单片机与串口组合的运动控制卡。在设计中采用了双端口RAM完成上位机与运动控制卡主控制器的通讯,并利用CPLD设计完成逻辑粘合,提高其通讯效率;同时利用高速电耦合器隔离提高了输出脉冲的精度和速度,减少了信号干扰。此外,利用Windriver开发了运动控制卡的设备驱动,充分体现了即插即用的PCI总线的优势。完成了运动控制卡的硬件电路、PCB图的设计和绘制以及部分软件编写。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 序言  7-15
  1.1 数控技术与数控系统  7-9
    1.1.1 数控技术  7-8
    1.1.2 开放式数控系统  8-9
  1.2 运动控制卡研究现状、不足及发展趋势  9-13
    1.2.1 运动控制卡的分类  9-10
    1.2.2 运动控制卡的研究现状  10
    1.2.3 目前运动控制卡存在的不足  10
    1.2.4 运动控制卡的发展趋势  10-11
    1.2.5 课题的来源、背景和意义  11-13
  1.3 本课题研究的主要内容  13-15
第二章 控制卡系统方案设计  15-21
  2.1 运动控制卡硬件系统总体设计  15
  2.2 MCU 的选择  15-17
  2.3 PCI 桥接芯片  17-18
  2.4 双口RAM 缓存器  18-19
  2.5 CPLD 芯片的选择  19-21
第三章 系统硬件电路设计  21-41
  3.1 Protel DXP 概述  21
  3.2 上下位机通信总线  21-27
    3.2.1 总线的基本概念  21
    3.2.2 PCI 局部总线的发展动力和主要特点  21-22
    3.2.3 PCI 局部总线信号定义  22-25
    3.2.4 总线命令编码  25
    3.2.5 电源  25
    3.2.6 PCI 局部总线编址  25-27
  3.3 PCI 接口电路  27-32
    3.3.1 PCI 工作模式  28-31
    3.3.2 连接PCI 总线  31-32
  3.4 存储器电路  32-33
  3.5 IO 接口电路设计  33-35
  3.6 电路抗干扰设计  35-38
    3.6.1 数字电路干扰的种类及产生的原因  35-36
    3.6.2 数字电路的硬件抗干扰措施  36-37
    3.6.3 数字电路的软件抗干扰措施  37-38
  3.7 CPLD 电路及开发软件  38-41
    3.7.1 设计初步  38-39
    3.7.2 设计功能仿真  39-40
    3.7.3 设计实现  40-41
第四章 系统软件设计  41-57
  4.1 进给速度控制  41-43
    4.1.1 程序计时法  42-43
    4.1.2 时钟中断法  43
  4.2 加减速控制  43-48
    4.2.1 稳定速度和瞬时速度  44
    4.2.2 线性加减速处理  44-46
    4.2.3 终点判别处理  46-48
  4.3 运动控制卡插补程序设计  48-54
    4.3.1 数字积分法  48-50
    4.3.2 数字积分直线插补  50-52
    4.3.3 数字积分圆弧插补  52-54
  4.4 函数库设计  54-57
    4.4.1 上位机函数库的设计  54-56
    4.4.2 F020 库函数设计  56-57
第五章 运动控制卡驱动程序开发  57-66
  5.1 WDM 程序特点  57-59
  5.2 设备驱动程序开发过程  59-66
第六章 总结与展望  66-67
参考文献  67-69
附录一 运动控制卡IO 引脚分配表  69-70
附录二 运动控制卡原理图  70-71
附录三 运动控制卡PCB 图  71-72
攻读硕士期间发表的论文  72-73
致谢  73

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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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