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基于FPGA的ModBus协议的实现及在套准控制系统中的应用

作　者: 宋帆
导　师: 谢经明；陈冰；陈幼平
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 现场总线套准控制系统嵌入式控制技术单片FPGA解决方案
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 52次
引　用: 1次
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内容摘要

将基于FPGA的控制器运用在工业控制系统中是当前工业控制领域发展的主流之一。采用FPGA作为核心控制芯片具有高可靠性,高响应频率和易开发等特性,对于小批量的生产更能有效的降低设计和生产的费用。在当前的印刷控制领域,将套准控制算法和监控系统融合到一片FPGA上来实现是当前研究的主要趋势之一。彩色印刷过程中的套印偏差通常是通过人机界面(HMI)来显示,这些工业仪表具备了一定的开放性,其它设备(如FPGA的控制器)按照定义好的通信标准,通过实时通讯的方式对其工作参数进行监控、设定和修改。目前,各大厂商的HMI都将最常见的一种总线通信协议——ModBus作为它们的通讯标准。将ModBus现场总线技术集成到FPGA控制器中可以实时可靠地将检测到的印刷色组的套准误差通过总线实时传输给HMI,现场工程师可以清楚的看到当前的光标信号和套印偏差,再以自动或手动的方式通过网络给定伺服控制器驱动伺服电机进行准确的相位调整,达到套色的目的。这三种技术(套准控制系统、ModBus通信系统,FPGA)的融合可以充分发挥各自的优势,使套准系统的监控范围和测控能力得到进一步的扩展,套准精度得到进一步的提高。本课题在分析了ModBus协议的基础上,用硬件描述语言在FPGA平台上设计了ModBus协议栈,并将ModBus作为通讯手段引入到套准控制系统之中,使得印刷机套准控制系统的高速可靠的数据通讯变为现实,同时结合套准控制相关技术实现了以单片FPGA完成套准控制系统的解决方案。本课题所设计的ModBus协议栈在FPGA嵌入式控制平台和人机界面触摸屏上经过收、发的试验测试取得了较为满意的效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题的目的和意义  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-15
  1.4 本论文所做的研究工作  15-16
2 MODBUS 现场总线功能概述  16-24
  2.1 ModBus 协议介绍  16-18
  2.2 两种传输方式  18-19
  2.3 ModBus 信息帧  19-21
  2.4 错误检测方法  21
  2.5 ModBus 功能代码  21-23
  2.6 本章小结  23-24
3 基于FPGA 的MODBUS 协议的总体设计  24-32
  3.1 现场控制设备的选择  24-26
  3.2 基于ModBus 协议的上、下位机信息交互原理  26-27
  3.3 ModBus 总线协议的总体设计  27-31
  3.4 本章小结  31-32
4 基于FPGA 的MODBUS 协议的模块设计  32-42
  4.1 顶层模块  32
  4.2 波特率时钟模块  32-33
  4.3 字符接收、发送模块  33-34
  4.4 帧接收、帧发送模块  34-35
  4.5 CRC 模块  35-36
  4.6 数据处理模块  36-37
  4.7 T35、T15 模块  37-38
  4.8 状态机模块  38-41
  4.9 本章小结  41-42
5 基于FPGA 的MODBUS 协议在套准印刷控制系统中的应用  42-49
  5.1 套准印刷控制系统的组成  42-43
  5.2 套准印刷控制系统的设计  43-46
  5.3 基于FPGA 的ModBus 协议在套准印刷控制系统的实验运行效果  46-48
  5.4 本章小结  48-49
6 结论与展望  49-51
  6.1 工作总结  49
  6.2 进一步开展研究的建议  49-51
致谢  51-52
参考文献  52-54
附录  54-55

基于FPGA的ModBus协议的实现及在套准控制系统中的应用

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