基于DSP的开放式数控系统运动控制器的设计与研究

论文摘要

目前,以DSP为核心的运动控制卡已成为运动控制器的发展主流,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。在分析了决定数控系统性能的若干关键技术后,重点对与运动控制器相关的硬件及软件技术进行了较深入的研究。本文首先分析了运动控制器在工业控制中的重要作用,然后分析了国内、外运动控制技术的发展现状,进而指出了运动控制技术的发展趋势。在此基础上提出了运动控制卡的硬件总体设计方案,选择了DSP+CPLD+ISA的硬件实现形式;其中DSP为TI公司的TMS320LF2407A,CPLD为Altera公司的EPM7256S,然后依据所选方案对运动控制器的各部分电路进行了具体的实现分析,完成了两轴控制量输出、双口RAM接口、ISA总线通信,CPLD的四倍频等电路的设计,并应用开发软件MAX+PLUSⅡ对CPLD的四倍频鉴向计数电路进行了软件级仿真。最后给出了详细完整的实用硬件电路解决方案,制造出了试验板。软件技术方面采用了模块化程序设计方法,完成了DSP主控程序设计,包括DSP初始化模块,PID控制算法模块,并论述了PID算法在DSP中的软件实现。最后对工作进行了总结和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 开放式数控系统的发展状况
• 1.2 运动控制器研究意义及发展动态
• 1.2.1 研究意义
• 1.2.2 国外的研究动态
• 1.2.3 国内的研究动态
• 1.3 本课题的研究内容
• 2 系统的总体设计及关键技术
• 2.1 运动控制器的总体结构设计
• 2.2 关键技术研究
• 2.2.1 DSP相关技术
• 2.2.2 位置检测相关技术
• 2.2.3 CPLD相关技术
• 2.3 本章小结
• 3 系统的硬件设计
• 3.1 DSP及外围器件的选型
• 3.1.1 DSP的选型及特点
• 3.1.2 扩展程序存储器和数据存储器的选型
• 3.1.3 电源管理芯片的选型
• 3.1.4 复杂可编程逻辑器件 CPLD的选型及特点
• 3.1.5 双端口RAM的选型及特点
• 3.1.6 控制器和上位机的通信接口的选型及特点
• 3.1.7 I/O端口译码电路芯片的选型及特点
• 3.1.8 D/A转换器的选型及特点
• 3.2 具体电路的实现
• 3.2.1 电源管理模块的设计
• 3.2.2 在线仿真和测试模块
• 3.2.3 D/A转换模块的设计
• 3.2.4 扩展存储器模块的设计
• 3.2.5 I/O端口译码电路模块的设计
• 3.2.6 双端口RAM通讯模块的设计
• 3.2.7 位置检测部分设计
• 3.3 硬件电路设计中需要注意的问题
• 3.3.1 电磁干扰
• 3.3.2 时钟信号的频率
• 3.3.3 数字/模拟电路混合布线
• 3.3.4 各个功能子模块之间的电平匹配问题
• 3.4 本章小结
• 4 系统的软件设计
• 4.1 DSP开发工具简介
• 4.2 软件总体设计思想
• 4.3 初始化函数
• 4.4 双端口RAM通讯模式的软件实现
• 4.5 控制算法的实现
• 4.5.1 PID算法的原理
• 4.5.2 基于TMS320F2407A的PID控制器的原理
• 4.5.3 数字PID控制软件设计
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 5.1 工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录