自动对位系统运动控制器设计

论文摘要

电子工业的迅速发展和相关技术的不断进步,在带来PCB产业的迅猛发展的同时,也对PCB的生产工艺要求越来越严格。高性能的自动对位系统是在PCB生产线中实现高精度和高效率的重要保证。本文根据自动对位系统的功能要求,设计了基于DSP和CPLD的运动控制器。文中通过对比分析目前运动控制系统主要实现形式,根据自动对位系统的需要,设计了系统的总体方案。采用基于DSP TMS320F2812和CPLD的运动控制器,实现了4个电机的实时同步控制。采用CPLD对四路编码器进行解码,并通过DSP内部集成的SCI模块与上位机通信。针对这一方案,本文开展了详细的软硬件设计。在硬件上,设计了系统所需的数据处理、信号采集、通讯和监控等功能模块。通过对增量式光电编码器正交信号的分析,在一片CPLD芯片上实现对四路编码器反馈信号的解码。通过对电路板各个功能模块的调试,证明所设计出的硬件电路板是合理可靠的,为后面的软件设计提供了良好的基础。软件上,采用模块化的设计方法便于系统功能的扩展和维护。通过对系统进行功能分析,定义了通用数据结构,设计了各个模块的通用库函数。应用程序通过调用库函数实现各种功能。步进电机采用梯形升降速曲线的方法进行控制,文中分析了数字控制升降速过程中所出现的误差,给出了在电机恒速阶段进行补偿的方法。对通讯部分,定义了数据包格式,完成了与上位机的数据交互,并可通过上位机对控制器进行操作。经过调试验证,本课题采用TMS320F2812和CPLD的自动对位系统运动控制器上电后运行正常。上位机通过SCI发出控制指令成功地控制电机按照要求运行,满足对位系统的功能要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 运动控制系统概述
• 1.2.1 按被控量性质和运动控制方式分类
• 1.2.2 按运动控制原理分类
• 1.2.3 运动控制系统基本组成
• 1.3 运动控制系统实现方式
• 1.4 课题的研究任务
• 1.5 论文结构安排
• 第2章 运动控制系统总体设计
• 2.1 运动控制任务分析
• 2.2 控制器分析
• 2.2.1 DSP 在运动控制中的优势
• 2.2.2 可供选择的总体设计方案
• 2.2.3 主控芯片的选择
• 2.3 驱动系统模块
• 2.3.1 步进电机的特点及分类
• 2.3.2 步进电机驱动方案
• 2.3.3 步进电机细分驱动
• 2.3.4 步进电机及驱动器选型
• 2.4 反馈回路
• 2.5 检测与保护
• 2.6 控制系统总体方案
• 2.7 本章小结
• 第3章 运动控制器硬件设计
• 3.1 运动控制器硬件总体结构
• 3.2 系统核心模块
• 3.2.1 电源电路
• 3.2.2 复位电路
• 3.2.3 测试（JTAG）接口
• 3.2.4 通讯接口
• 3.2.5 时钟模块
• 3.3 输入与输出接口
• 3.3.1 驱动模块
• 3.3.2 CPLD 电源设计
• 3.3.3 光电隔离
• 3.3.4 CPLD 其他I/O 接口设计
• 3.4 硬件抗干扰设计和装配调试
• 3.4.1 系统的硬件抗干扰设计
• 3.4.2 硬件装配和调试的基本原则和基本流程
• 3.5 本章小结
• 第4章 编码器解码电路设计与实现
• 4.1 可编程逻辑器件
• 4.1.1 可编程逻辑器件概述
• 4.1.2 CPLD 的设计开发
• 4.1.3 VHDL 硬件描述语言
• 4.2 编码器工作原理
• 4.3 CPLD 解码电路设计
• 4.3.1 编码器正交信号辨向及四倍频设计
• 4.3.2 解码电路与DSP2812 接口设计
• 4.4 仿真试验及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 DSP 软件开发环境和流程
• 5.1.1 TMS320C2XX C 编译器介绍
• 5.1.2 DSP 软件开发流程
• 5.2 软件架构分析与设计
• 5.2.1 软件总体分析
• 5.2.2 系统库函数设计
• 5.3 步进电机升降速曲线与误差补偿
• 5.3.1 升降速曲线及程序实现
• 5.3.2 误差分析与补偿
• 5.4 电机的协调控制
• 5.5 通信接口程序
• 5.5.1 通信数据包格式定义
• 5.5.2 程序实现
• 5.6 本章小结
• 第6章 系统调试
• 6.1 实验系统组成
• 6.1.1 系统的开发工具
• 6.2 电动机及其驱动器
• 6.2.1 系统电路板
• 6.3 上位机界面
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢