基于PIC单片机的AGC下位机系统设计及实现

论文摘要

随着国民经济的发展,各行业对板带材的精度提出了越来越高的要求,然而我国的许多中小型钢铁企业还沿用着比较陈旧的轧机,这些轧机都面临着控制设备改造。本文旨在设计出一种可以代替昂贵的西门子控制设备的基于微控制器的AGC系统。依据AGC控制器恶劣的工作环境,通过查询大量资料,比较了几种系列单片机的抗干扰性能,最终选定了PIC单片机进行AGC控制器的开发。同时,结合FPGA实现了增量式编码器数据接收,并提出了基于FPGA的绝对值编码器数据接收、解码的实现思路。首先,从板带轧制系统对AGC控制器的需求入手,对单片机和模数转换芯片进行合理选型并论证基于单片机的AGC系统实现的可行性。为了进一步验证系统的动态指标,选取HCW650轧机模型为被控对象搭建实际电路模型,进行AD、DA闭环测试,采集实验数据证明系统的动态指标完全满足要求。其次,选取FLEX10K系列FPGA完成增量式编码器的数据接收工作。鉴于增量式编码器输出的数据脉冲易受到干扰而造成错误计数的现象,编写FPGA程序时采用状态加减法实现。经QuartusII软件仿真和实际实验测试,FLEX10K10A完全能够完成对增量式编码器的数据接收任务,并能将相应的计数数据传递给单片机。最后,提出了基于FLEX10K系列FPGA的绝对值编码器数据接收、解码实现思路。通过将数据接收、解码过程划分成为不同的子功能模块,可以有序的实现编码器数据采集工作。经过QuartusII软件开发平台进行了仿真,证明了功能模块划分思路的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 基于微控制器的AGC 系统研究目的
• 1.1.1 轧机AGC 系统结构及外围接口
• 1.1.2 现阶段AGC 控制器及外围接口的一般实现方案
• 1.1.3 基于微控制器的AGC 系统研究目的
• 1.2 AGC 控制器研发过程中的现存问题
• 1.3 课题的意义
• 第2章 下位机选型及模拟量闭环解决方案
• 2.1 AGC 系统中下位机系统结构及配置
• 2.2 AGC 系统下位机选型可行性论证
• 2.3 AGC 系统下位机选型
• 2.4 基于PIC24FJ128GA010 的模数转换解决方案
• 2.4.1 PIC24FJ128GA010AD 模数转换模块工作模式的设定
• 2.4.2 PIC24FJ128GA010 同传感器接口电路的实现
• 2.4.3 基于循环扫描中断模式的AD 程序
• 2.5 基于PIC24FJ128GA010 的模拟量信号输出解决方案
• 2.5.1 数模转换芯片选型
• 2.5.2 DAC7715 与PIC24FJ128GA010 接口软硬件实现
• 2.6 模拟量输入、输出闭环电路实现及实验结果
• 2.6.1 轧机系统模型的硬件电路实现
• 2.6.2 模拟量闭环实验结果
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于FPGA 的增量式编码器数据接收仿真及实现
• 3.1 FPGA 特点及相关开发工具
• 3.1.1 FPGA 的特点
• 3.1.2 FPGA 开发平台、语言及开发流程介绍
• 3.2 基于FPGA 的增量式编码器数据接收模块解决方案
• 3.2.1 AGC 系统增量式编码器相关介绍
• 3.2.2 PIC24FJ128GA010 接口多种实现方案分析
• 3.2.3 增量式编码器运行过程中的问题及解决方案
• 3.2.4 增量式编码器鉴相和计数电路的硬件实现
• 3.3 基于FPGA 的增量式编码器脉冲计数模块的实现
• 3.4 基于QUARTUS II 的增量式编码器数据接收模块时序仿真
• 3.5 FPGA 与单片机通讯时序的制定及其实现
• 3.6 实际运行结果
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于FPGA 的绝对值编码器数据接收模块的程序仿真
• 4.1 绝对值编码器在AGC 系统中的作用
• 4.2 绝对值编码器选择及其技术指标
• 4.3 基于FPGA 的编码器数据接收可行性论证
• 4.4 FPGA 与编码器接口电路实现
• 4.5 SSI 协议相关内容
• 4.6 基于FLEX10K10A 的编码器数据接收实现
• 4.6.1 485 使能信号及时钟发送模块的实现
• 4.6.2 数据接收模块及数据转换模块的实现
• 4.6.3 FPGA 与单片机通讯模块的实现
• 4.7 基于QUARTUSII 的编码器数据接收解决方案时序仿真
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介