基于USB技术的数控系统数据采集模块开发

论文摘要

本论文将USB（Universal Serial Bus）接口技术与控制系统中传统数据采集模块结合起来,完成了应用于数控系统上数据采集模块的软、硬件设计开发。其主要意义在于可提供给软件化数控系统广泛的数据采集方式,特别是数控系统中反馈信息在数字化采集。通用串行总线USB具有成本低,使用方便,支持热插拔,传输速率高,功耗低等优点,己被广泛应用于PC机及嵌入式系统中。采用USB接口进行数据采集并将其应用于数控系统是本课题的关键意义所在。将该数据采集模块应用于数控系统上,监控数控机床的实时加工信息,同时它还能适应国内外数控系统向全软件型数控系统的发展趋势,将进给轴上的机械几何位移量直接反馈给上位机实时插补。另外,它也具有一定的通用性,能应用于其它工业领域上。本文设计了以USB芯片内部增强8051为主控的、以USB进行高速数据传输、最终在上位机上完成数据处理的数据采集模块,包括模块的硬件设计、固件设计以及应用软件设计。硬件设计部分,完成了USB芯片、EZ-USB FX2芯片以及译码器芯片HCTL-2032芯片的选型,并根据其性能和特点,给出了具体硬件设计方案;固件设计部分提出了总体的设计方案,完成了各层次程序的具体设计,并给出了主要部分源代码和程序流程图;主机端用户应用程序设计部分,采用Visual C++ 6.0进行开发,完成了主机端控制面板界面设计,实现了通过上位机界面控制模块的运行。传统总线（RS232或RS485、ISA和PCI）方式存在着传输速度慢,接口数量有限,不能保证数据采集和传输的有效性、实时性和快速性等诸多缺点。本课题将USB数据采集应用于数控系统,为监控数控装置加工情况提供了新方法;同时该数据采集模块适应未来数控系统软件化的发展趋势,为全软件型数控系统中的加工信息实时反馈开辟了新道路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数控系统发展现状
• 1.2.2 USB 技术的发展现状
• 1.3 研究目的及主要研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 论文主要研究内容
• 第二章 USB 通用串行总线基本原理及总线规范
• 2.1 USB 协议概述
• 2.1.1 USB 的总线结构
• 2.1.2 USB 的逻辑结构
• 2.1.3 USB 的机械特性
• 2.1.4 USB 总线通道
• 2.2 USB 数据传输
• 2.2.1 块传输
• 2.2.2 中断传输
• 2.2.3 同步传输
• 2.2.4 控制传输
• 第三章 数控系统上数据采集模块的硬件设计
• 3.1 数控系统上数据采集模块基本原理
• 3.2 硬件电路的芯片介绍及接口电路设计
• 3.2.1 USB 芯片选型及介绍
• 3.2.2 解码芯片选型及介绍
• 2032 接口电路设计'>3.2.3 CY7C68013 与HCTL₂032 接口电路设计
• 3.3 数据采集模块中其他部分硬件设计
• 第四章 基于 USB 的数据采集模块固件开发
• 4.1 固件程序总体设计
• 4.2 描述符定义
• 4.3 初始化程序设计
• 4.4 FX2 控制采集编码器信号程序设计
• 4.5 响应设备请求
• 第五章 基于 USB 的数据采集模块的主机端控制面板设计
• 5.1 主机端控制面板程序设计
• 5.2 数据采集模块与HNC 18xp 联机
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果