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基于运动控制芯片的数控高速仿形运动控制卡研究

作　者: 林剑豪
导　师: 薛昭武
学　校: 福州大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 运动控制卡 PCI总线四倍频电子齿轮 MCX314As CPLD VHDL WDM
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 418次
引　用: 2次
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内容摘要

随着数控技术的发展,开放式数控系统已成为一个重要的发展方向。作为开放式数控系统的重要组成部分,运动控制卡的研究和开发也日渐受到重视。在与企业合作开发数控鞋楦机,数控旋压机等非标数控系统过程中,发现目前市场上流行的几种运动控制卡虽然功能丰富而强大,配置灵活,但在实现大数据量的列表轮廓曲线高速度插补方面的性能没有达到所需的指标要求,为此,本课题旨在研究和开发出能具有大数据量高速轮廓插补加工功能的运动控制卡。首先,本文分析了运动控制卡的整体性能要求,并在比较各种运动控制卡设计方案的基础上,选择了基于专用运动控制芯片的设计方案,同时使用NOVA公司的专用运动控制芯片MCX314As,利用此芯片的位模式插补功能,来实现本课题的“复杂列表曲线插补加工”要求。接着,本文分析比较了ISA总线、PCI总线和USB总线三大目前较为流行实用的总线特点,在此基础上,选用PCI总线作为运动控制卡与PC机的接口总线,来实现课题中“大数据量高速传输”的要求。为了提高编码器反馈信号的分辨率,本系统还进行信号四倍频处理技术研究,并设计了原理电路。同时为了解决在三轴极坐标螺旋仿形加工中因MCX314As芯片的合成速度特性而产生对加工效率与质量的影响,本系统在研究电子传动原理的基础上设计了电子齿轮原理电路。为了提高运动控制卡的集成度和可靠性,本系统还结合可编程逻辑器件技术,应用VHDL语言和CPLD芯片来集成设计四倍频电路和电子齿轮电路。然后,本文着重从应用的角度进行运动控制卡的硬件设计,包括:运动控制卡与PC机接口模块设计,运动控制模块设计,外围电路集成模块(CPLD)三大部分的设计,并进行电路抗干扰研究和设计。使用DriverStudio驱动程序开发工具,为运动控制卡开发了Windows 2000系统环境下的WDM驱动程序。对运动控制卡的部分重要软件接口进行阐述和程序设计。最后,本文对所设计的运动控制卡进行主要数控功能的测试,测试结果表明,该运动控制卡基本能够实现以上功能,且运行性能稳定。

全文目录

第一章绪论  7-16
  1．1 引言  7
  1．2 开放式数控系统及其研究现状  7-11
    1．2．1 开放式数控系统概述  7-8
    1．2．2 国内外开放式数控系统的研究现状  8-10
    1．2．3 开放式数控系统的实现途径  10-11
  1．3 运动控制卡及其研究现状  11-13
    1．3．1 运动控制卡在开放式数控系统中的地位  11-12
    1．3．2 国内外运动控制卡的研究现状  12-13
  1．4 本课题的来源、研究意义和主要研究内容  13-16
    1．4．1 本课题的来源  13-14
    1．4．2 本课题的研究意义  14-15
    1．4．3 本文的主要研究内容  15-16
第二章运动控制卡的主要性能要求和总体方案确定  16-23
  2．1 运动控制卡的主要性能要求  16-17
  2．2 运动控制板卡的总体方案设计  17-23
    2．2．1 运动控制板卡的设计方案比较  17-19
    2．2．2 运动控制板卡的设计方案确定  19
    2．2．3 运动控制板卡的总体方案设计  19-23
第三章位置反馈信号倍频技术和电子传动技术研究及实现  23-39
  3．1 运动控制卡位置反馈信号的四倍频技术和实现电路  23-25
    3．1．1 四倍频技术设计原理  23-24
    3．1．2 四倍频及判向电路的实现  24-25
  3．2 电子齿轮技术在运动控制系统中的应用  25-29
    3．2．1 电子齿轮技术  25-27
    3．2．2 三轴极坐标螺旋仿形加工  27
    3．2．3 电子齿轮的电路原理  27-28
    3．2．4 电子齿轮传动的进一步讨论  28-29
  3．3 四倍频电路和电子传动电路的CPLD 设计  29-39
    3．3．1 复杂可编程逻辑器件技术  29-30
    3．3．2 CPLD 器件  30-32
    3．3．3 MAX+plus Ⅱ和VHDL 语言  32-33
    3．3．4 四倍频电路和电子传动电路的CPLD 设计  33-39
第四章运动控制板卡的硬件设计  39-56
  4．1 运动控制卡与PC 机接口模块  39-43
    4．1．1 PCI 总线接口芯片  39-42
    4．1．2 运动控制卡与PC 机接口设计  42-43
  4．2 运动控制模块  43-52
    4．2．1 运动控制芯片  43-47
    4．2．2 运动控制芯片信号接口设计  47-52
  4．3 外围电路集成(CPLD)模块  52
  4．4 运动控制卡上的抗干扰设计  52-56
    4．4．1 干扰现象  52-53
    4．4．2 抗干扰设计  53-56
第五章运动控制卡的软件设计  56-71
  5．1 运动控制卡的驱动程序设计  56-63
    5．1．1 Windows 2000 组件概述  56-57
    5．1．2 WDM 驱动程序  57-59
    5．1．3 运动控制卡的 WDM 驱动程序设计  59-63
  5．2 运动控制卡的软件接口设计  63-71
    5．2．1 MCX314As 的控制寄存器  63-65
    5．2．2 运动控制卡的软件接口设计  65-68
    5．2．3 运动控制卡的功能测试  68-71
结论  71-73
参考文献  73-75
致谢  75-76
附录1 四倍频CPLD 电路中的其他VHDL 程序  76-77
附录2 3-8 译码器VHDL 程序  77-78
附录3 运动控制卡电路原理图  78-81

基于运动控制芯片的数控高速仿形运动控制卡研究

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