开放式数控系统运动控制卡的设计与研究

论文摘要

随着数控技术的发展,开放式数控系统已成为一个重要的发展方向。作为开放式数控系统的重要组成部分,运动控制卡的研究和开发也日渐受到重视。目前,以DSP为核心的运动控制卡已成为当前的发展主流,它可方便地以插卡形式嵌入PC机,将PC机强大的信息处理能力和开放式特点与运动控制卡的运动控制能力相结合,具有信息处理能力强、开放程度高、运动控制方便、通用性好的特点。因此,本文通过对运动控制技术的深入研究,开发了一款基于PCI总线的以DSP为主控单元的运动控制卡。本论文完成的主要工作有以下几点:(1)在分析和借鉴国内外商用运动控制卡的基础上,提出了运动控制卡的软硬件的总体结构,并按照结构化和模块化的设计方法,确定了系统的各子模块的功能。(2)在对PCI总线及一些重要芯片进行深入研究的基础上,实现了运动控制卡的硬件电路设计,包括DSP外围电路、电机驱动输出电路、PCI总线接口电路、开关量信号输入输出电路等,整个电路具有元器件少、结构简单以及成本低的特点。(3)采用了WinDriver进行运动控制卡的驱动程序开发,并详细介绍了驱动程序的开发流程。采用这种方法可以大大的缩短开发周期,提高工作效率。在运动控制卡的软件设计部分,对DSP主程序采用模块化程序设计,完成了对DSP进行初始化的主程序模块、DSP与PC机的实时通信模块的程序设计,并利用最小偏差法进行了插补算法设计,对步进电机的位置控制和加减速控制进行了设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 运动控制卡的发展及研究现状
• 1.2.1 国外发展及研究现状
• 1.2.2 国内发展及研究现状
• 1.3 本课题研究目的及内容
• 1.3.1 本课题研究目的
• 1.3.2 本课题研究内容
• 第二章 运动控制卡的总体方案设计
• 2.1 运动控制系统的选取
• 2.2 运动控制卡总体方案设计
• 2.3 主要相关技术
• 2.3.1 PCI 总线技术
• 2.3.2 DSP 技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 运动控制卡的硬件设计
• 3.1 硬件主要芯片器件功能及其选型
• 3.1.1 DSP 芯片的选择
• 3.1.2 电源芯片的选择
• 3.1.3 外扩存储器芯片的选择
• 3.1.4 PCI 接口芯片的选择
• 3.1.5 双端口RAM 的选择
• 3.2 DSP 最小硬件系统设计
• 3.2.1 电源电路设计
• 3.2.2 时钟电路设计
• 3.2.3 JTAG 接口电路设计
• 3.2.4 外扩存储器模块设计
• 3.3 电机驱动模块设计
• 3.3.1 步进电机的特点
• 3.3.2 步进电机结构
• 3.3.3 步进电机的工作原理
• 3.3.4 步进电机驱动设计
• 3.4 DSP 与PC 机通信模块设计
• 3.4.1 通信模块总体设计
• 3.4.2 PCI9052 与PC 机接口模块
• 3.4.3 PCI9052 与DSP 的通信模块
• 3.5 I/O 输入输出接口设计
• 3.6 硬件抗干扰设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 运动控制卡的软件设计
• 4.1 运动控制卡驱动程序开发
• 4.1.1 PC 机操作系统的选择
• 4.1.2 驱动开发工具的选取
• 4.1.3 驱动程序的开发
• 4.2 DSP 主控程序设计
• 4.2.1 DSP 软件开发工具简介
• 4.2.2 主程序模块设计
• 4.2.3 PC 机与DSP 通信模块设计
• 4.3 数控插补算法
• 4.3.1 最小偏差法直线插补
• 4.3.2 最小偏差法圆弧插补
• 4.4 步进电机的运动控制
• 4.4.1 步进电机的位置控制设计
• 4.4.2 步进电机的加减速控制设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历以及在学期间发表的学术论文与研究成果