基于USB和CPLD的新型光栅尺接口卡的设计与实现

论文摘要

随着数控设备的发展和技术的进步,对数控设备的精度和速度都提出了更高的要求,而光栅传感器接口电路的设计水平从一定程度上决定了测量系统的精度和可靠性。随着USB（Universal Serial Bus）技术的发展,USB接口已经成为PC机的标准配置。在传输距离允许的情况下,USB接口以其优越的性能得到了广泛的应用。CPLD（Complex Programmable Logic Device）是一种具有丰富的可编程I/O引脚的可编程逻辑器件,具有在系统可编程、设计灵活和保密性强等特点。本文研制了基于USB接口的光栅尺接口卡,采用CPLD对光栅尺输出信号进行处理,并通过USB接口实现光栅尺接口卡与计算机之间的通讯。文章详细介绍了光栅尺接口卡的硬件、软件设计方法。本设计的工作主要集中在以下方面:硬件部分以Cypress公司的EZ-USB FX2作为控制核心,以Altera公司的CPLD芯片EPM7128SLC84-10实现光栅信号的细分、辨向和计数等。软件部分主要包括三部分:一是USB芯片正常工作所需的固件程序;二是接口卡的驱动程序,它为USB设备与PC机进行通讯提供保证;三是用来测试系统功能的基于C++ Builder的应用程序。系统采用了基于8051内核的EZ-USB FX2为接口芯片,避免了以往设计所使用的“USB接口芯片+MCU”模式,使得系统更加稳定,另外对光栅信号的处理都在CPLD中进行,使得电路板更加小巧,工作更稳定、可靠。实验表明,接口卡满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 光栅测量原理及细分电路
• 2.1 光栅的种类和精度
• 2.2 光栅结构和测量原理
• 2.2.1 光栅的结构
• 2.2.2 光栅的基本测量原理
• 2.3 光栅测量系统
• 2.4 光栅的细分
• 2.5 本章小结
• 第三章 USB 技术简介
• 3.1 USB 接口概述
• 3.2 USB 设备的配置、接口和端点
• 3.3 USB 系统描述
• 3.4 USB 主机和设备
• 3.5 USB 数据传输与数据传输类型
• 3.6 USB 通信协议
• 3.7 本章小结
• 第四章 光栅尺接口卡的硬件设计
• 4.1 硬件的总体设计方案
• 4.2 光栅尺信号的预处理电路
• 4.3 光栅尺信号处理电路
• 4.3.1 细分电路
• 4.3.2 辨向电路
• 4.3.3 可逆计数模块
• 4.3.4 锁存电路
• 4.3.5 复用电路
• 4.4 USB 接口硬件设计
• 4.4.1 USB 接口芯片介绍
• 4.4.2 硬件部分
• 4.5 本章小结
• 第五章 光栅尺接口卡软件设计
• 5.1 光栅尺接口卡固件（Firmware）的编写
• 5.2 设备描述符表的编写
• 5.3 Inf 文件的编写
• 5.4 驱动程序的开发（通用设备驱动程序（GPD））
• 5.4.1 Windows2000/XP 中驱动程序的种类
• 5.4.2 WDM 驱动程序的特点
• 5.4.3 WDM 驱动程序模型
• 5.5 WDM 编程环境的建立
• 5.6 GPD 与应用程序的接口
• 5.7 基于C++ Builder 的应用程序开发
• 5.8 试验结果与分析
• 5.9 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢