基于NIOSII的大幅面彩色喷墨写真机运动控制器设计

论文摘要

运动控制器是大幅面彩色喷墨写真机的重要组成部分，写真机的一些重要的性能指标，如分辨率、色彩，绘图速度等都需要运动控制器来保证。本文分析了运动控制器的功能，并结合NIOSII系统设计灵活的特点，提出了一种以NIOSII嵌入式处理器为核心的写真机运动控制器的设计方案。首先介绍了基于NIOSII软核处理器的SOPC系统设计，然后设计实现了运动控制器的硬件平台，将系统的硬件结构划分为NIOS核心板和运动控制驱动电路两个部分。通过NIOS CPU控制驱动电路，实现整个系统的运动控制。接着详细论述了NIOS核心板的配置和用户逻辑模块的设计，完成了运动控制驱动电路的设计，实现了包括喷头小车、走纸机构的驱动及喷头的清洗等功能。最后提出了运动控制器软件的总体设计，并对各个程序模块功能进行分析研究。详细论述了串口通信模块，T0定时中断服务程序模块、PID位置控制算法具体的设计与实现。通过对整个系统的调试，结果表明软硬件设计满足实际要求，并具有可靠性高、稳定性好等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 课题的来源及研究内容
• 第二章 基于 NIOSII软核处理器的 SOPC系统设计
• 2.1 FPGA 介绍
• 2.2 SOC 技术
• 2.3 SOPC 技术
• 2.4 NIOSII 软核处理器系统
• 2.4.1 NIOS 处理器
• 2.4.2 NIOS 系统外围设备库
• 2.4.3 NIOS 处理器同外部设备的接口-Avalon 总线
• 2.4.4 NIOS 处理器的中断
• 2.5 NIOS 系统开发工具
• 2.6 基于 NIOSII 软核处理器的 SOPC 系统设计流程
• 第三章 写真机运动控制器设计及 NIOS核心板配置
• 3.1 写真机性能指标
• 3.2 写真机的总体结构
• 3.2.1 系统组成
• 3.2.2 各部分功能划分
• 3.3 基于 NIOS 的写真机运动控制器总体设计
• 3.3.1 功能描述
• 3.3.2 总体设计方案
• 3.4 NIOS 处理器配置及模块设计
• 3.4.1 NIOS 处理器的配置
• 3.4.2 NIOS 处理器外围模块设计
• 3.4.3 用户控制逻辑的设计
• 第四章 运动控制驱动电路设计及实现
• 4.1 伺服控制系统
• 4.1.1 伺服控制系统概述
• 4.1.2 执行电动机
• 4.2 喷头小车驱动的设计与实现
• 4.2.1 直流 PWM 伺服控制技术
• 4.2.2 写真机直流伺服电机的 PWM 驱动实现
• 4.2.3 速度负反馈系统的实现
• 4.3 喷头的高精度定位技术
• 4.3.1 横向位置检测方案
• 4.3.2 喷头小车精确定位
• 4.3.3 走纸机构设计
• 4.4 喷头清洗设计与实现
• 第五章 运动控制器软件设计及实现
• 5.1 控制软件的总体设计
• 5.1.1 控制器软件的功能分析
• 5.1.2 软件的功能模块结构
• 5.2 串口通讯模块
• 5.2.1 通讯接口
• 5.2.2 串行异步通信软件的实现
• 5.2.3 串口接收命令
• 5.3 T0 中断服务程序模块
• 5.3.1 数字 PID 控制算法
• 5.3.2 数字 PID 控制算法的软件实现
• 5.3.3 T0 中断服务软件的实现
• 第六章 系统调试与实验结果
• 6.1 整体调试
• 6.1.1 电路检查与调试
• 6.1.2 NIOS 系统配置信息的编译与下载
• 6.1.3 NIOS C/C++程序调试
• 6.2 实验结果与问题分析
• 6.2.1 实验结果
• 6.2.2 调试中的问题分析
• 第七章 结束语
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果