基于PCI总线的TMS320F2812多轴运动控制卡的设计

论文摘要

开放式体系结构的数控系统已成为当今数控技术的发展方向,而其中的基于计算机标准总线的“PC+运动控制卡”结构则是今后开放式数控技术发展的主流。此类数控系统通常选用高速DSP作为运动控制卡CPU,采用主从式控制策略,利用PC和DSP都读取内存的方式来实现上下位机的通信,具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好等特点。由于它价格低、精度高、易扩展升级,因而被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。本文设计了一款基于PCI总线的,以DSP芯片TMS320F2812为核心的多轴运动控制卡。将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起,利用双口RAM作为公共存储单元实现上下位机的通信。为实现对多电机的半闭环控制系统提供了一个良好的开发平台。本文通过对运动控制卡软硬件初步开发,上下位机通信实现等过程的阐述,详细介绍了TMS320F2812最小系统硬件电路设计、双口RAM通信电路设计、数据总线扩展电路设计、DSP中断响应函数的程序设计、NURBS曲线插补原理及直线、抛物线、圆弧的插补实例等内容。同时,为了充分利用PC机资源,体现开放式数控系统的特点,本文还设计了一个方便、实用、美观的人机操作界面,可极大地方便对控制卡的调试与操作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 开放式数控系统
• 1.2.1 开放式数控系统的产生背景
• 1.2.2 开放式数控系统的特点
• 1.2.3 国内外发展现状
• 1.3 运动控制器及其研究现状
• 1.3.1 运动控制器发展背景
• 1.3.2 运动控制器研究现状
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 基于PC 总线的DSP 运动控制卡总体设计
• 2.1 基于PC 总线的伺服运动控制系统概述
• 2.1.1 基于PC 总线的伺服运动控制系统的特点及组成
• 2.1.2 伺服运动控制对控制系统的要求
• 2.2 基于PCI 总线的DSP 多轴运动控制卡的总体设计
• 2.3 运动控制卡各主要芯片选型
• 2.3.1 DSP 控制芯片TMS320F2812
• 2.3.2 PCI 总线接口芯片CH365
• 2.3.3 缓存芯片选择
• 2.3.4 逻辑控制芯片选择
• 2.4 插补算法
• 2.5 本章小节
• 第三章 运动控制卡硬件设计
• 3.1 DSP 最小硬件系统设计
• 3.1.1 电源及电平转换电路
• 3.1.2 时钟及复位电路
• 3.1.3 JTAG 接口电路
• 3.1.4 存储器扩展电路
• 3.2 TMS320F2812 与PC 双向通信设计
• 3.2.1 双口RAM 与DSP 和CH365 的连接
• 3.2.2 CH365 与PCI 的接口实现
• 3.3 数据总线扩展设计
• 3.3.1 CPLD 仿真接口设计
• 3.3.2 CPLD 数据总线扩展及仿真
• 3.4 硬件电磁抗干扰设计
• 3.4.1 电源的去耦与隔离
• 3.4.2 信号完整性分析及重要信号线的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 运动控制卡软件设计
• 4.1 下位机DSP 主程序模块程序设计
• 4.2 NURBS 插补原理
• 4.2.1 NURBS 曲线概述
• 4.2.2 NURBS 曲线插值原理
• 4.3 NURBS 插补模块程序设计
• 4.3.1 插补算法选择
• 4.3.2 插补程序流程设计
• 4.4 DSP 与PC 机通信模块
• 4.4.1 双口RAM 空间分配
• 4.4.2 DSP 与PC 机通信模块流程图
• 4.5 运动控制卡插补实例及调试
• 4.5.1 NURBS 曲线插补实例
• 4.5.2 运动控制卡调试
• 4.6 本章小结
• 第五章 运动控制卡上位机控制软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 上位机控制软件功能模块程序设计
• 5.2.1 CH365 动态链接库主要函数介绍
• 5.2.2 设备管理模块设计
• 5.2.3 数据页传输模块程序设计
• 5.2.4 中断反馈模块程序设计
• 5.3 上位机控制软件人机界面设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录