基于CPLD的金相抛光机自动控制系统设计

论文摘要

目前,我们正处在科学技术飞速发展的信息时代,自动化、最优化、集成化、智能化和精密化等使现代机械制造行业正经历着巨大的变化,也是其今后发展的必然趋势。金相抛光设备作为其中一个分支,正在由原来的手工操作逐渐走向半自动化和自动化。金相抛光机主要用于金相试样的研磨和抛光等,在机械、冶金、汽车、航空航天等制造业中应用极为广泛。20世纪90年代后,金相制样技术发展极为迅速,金相试样抛光机作为金相制样设备也取得了很大的进步。本课题的抛光机自动控制系统主要由两部分组成:控制系统和显示系统。控制系统主要由CPLD控制两台直流步进电机和几个相关开关,分别用来控制抛光压力、时间和转速。显示系统主要有按键输入和液晶显示两个功能。通过键盘可以输入所有和抛光相关的量,比如:抛光时间、抛光压力、抛光速度等,显示系统在抛光前显示的是设置的抛光参数,在抛光的过程中则显示为实时监测的各个参数等。控制系统和显示系统采用同一个控制核心,避免多控制核心间通信传输的误码。本课题利用CPLD做载体,借助QuartusⅡ软件平台,利用VHDL硬件描述语言,采用一种软件硬化的设计思路设计了控制器。根据设计流程,结合控制器要实现的功能,将控制器划分成八个模块,对每个模块进行VHDL代码描述,再应用开发系统中的各种工具进行编译仿真测试。系统采用了模块化的设计思路,为系统的设计和维护提供了方便,同时也提高了系统性能的可扩展性。在系统设计完成后,进行了仿真实验,实验结果表明:CPLD作为单一控制器实现抛光机自动控制系统编程规范、时序验证方便、系统修改灵活,且基本无须改动硬件,是实现抛光机自动控制系统的一种有效途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1-1 课题研究背景
• §1-2 金相试样抛光机的研究现状
• §1-3 金相抛光机面临的技术难题
• §1-4 抛光机系统功能要求
• 第二章 抛光机自动控制系统的硬件设计
• §2-1 可编程逻辑器件
• 2.1.1 可编程逻辑器件的发展
• 2.1.2 可编程逻辑器件的特点及分类
• 2.1.3 MAXⅡ系列芯片的特点及芯片选型
• §2-2 抛光机自动控制系统总体结构
• §2-3 步进电机驱动系统
• 2.3.1 步进电机的特点及分类
• 2.3.2 步进电机细分驱动
• 2.3.3 步进电机及驱动器选型
• §2-4 人机接口设计
• 第三章 抛光机控制系统开发平台
• §3-1 EDA 软件概述
• §3-2 VHDL 硬件描述语言
• 3.2.1 VHDL 设计的优点
• 3.2.2 VHDL 语言设计流程
• §3-3 开发工具
• §3-4 系统的设计步骤
• 第四章 抛光机控制系统的设计实现
• §4-1 抛光机自动控制系统的控制流程
• §4-2 抛光机自动控制系统设计
• 4.2.1 CPLD 系统设计流程
• 4.2.2 CPLD 控制器的结构原理
• §4-3 自动控制系统的模块划分及各部分的实现
• 4.3.1 时钟电路
• 4.3.2 数据接口电路
• 4.3.3 编码电路
• 4.3.4 算术逻辑运算电路
• 4.3.5 数据锁存器
• 4.3.6 状态控制电路
• 4.3.7 计数器
• 4.3.8 脉冲发生及换向电路
• §4-4 自动控制系统的组合
• §4-5 人机接口系统软件设计
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢