基于DSP运动控制卡的研究与开发

论文摘要

运动控制技术是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。近年来,随着运动控制技术的不断进步,运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品,已被广泛应用于越来越多的产业领域,并形成引人瞩目的市场规模。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。本文通过对国内外几种典型运动控制卡的结构和功能进行全面分析,研究、开发出一款以DSP为主控单元、基于PCI总线的运动控制卡。提出了运动控制卡的硬件总体设计方案,采用32位定点DSP TMS320F2812作为控制核心、专用接口芯片PCI9052实现PCI总线接口、CPLD进行译码;同时,对控制卡的各功能模块如DSP最小系统、DSP与PC机之间的接口电路、数字I/O电路、模拟量输出电路等实现方法进行了详细讨论。研究了运动控制卡的驱动程序开发方法,采用Windriver设计开发了控制卡的驱动程序;并采用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、与PC机的通信模块以及运动控制卡各功能的测试模块。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 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 课题研究目的
• 1.3.2 课题研究内容
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 运动控制卡结构分析
• 2.2 运动控制卡总体设计
• 2.2.1 主控单元的设计
• 2.2.2 主机通信接口设计
• 2.2.3 驱动电机接口及I/O 接口模块设计
• 2.2.4 外围存储模块设计
• 2.2.5 运动控制卡配套软件设计
• 2.3 运动控制卡的技术性能
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统硬件电路设计
• 3.1 PCI 接口芯片的选择与介绍
• 3.1.1 PCI 接口实现方案
• 3.1.2 PCI 接口芯片选择
• 3.1.3 PCI9052 接口芯片介绍
• 3.2 PCI9052 内部寄存器介绍
• 3.2.1 PCI 配置寄存器介绍
• 3.2.2 局部配置寄存器介绍
• 3.2.3 配置空间和局部配置寄存器的初始化
• 3.2.4 配置空间和局部配置寄存器的访问
• 3.3 PCI9052 的硬件接口设计
• 3.3.1 PCI 总线接口设计
• 3.3.2 串行总线接口设计
• 3.3.3 局部总线接口设计
• 3.4 DSP 控制系统部分
• 3.4.1 电源监控电路设计
• 3.4.2 DSP 与PCI9052 通信接口设计
• 3.4.3 存储模块设计
• 3.4.4 电机控制接口和I/O 接口模块设计
• 3.4.5 主轴速度控制模块设计
• 3.4.6 串口通信模块
• 3.5 硬件设计注意
• 3.5.1 PCI 总线设计注意事项
• 3.5.2 运动控制卡的硬件实现
• 3.6 本章小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 驱动程序开发
• 4.1.1 驱动开发工具的选取
• 4.1.2 WinDriver 功能简介
• 4.1.3 WinDriver 体系结构
• 4.1.4 驱动程序开发过程简述
• 4.1.5 使用WinDriver 生成PCI9052 驱动程序
• 4.1.6 PCI9052 驱动程序设计
• 4.2 DSP 主控程序设计
• 4.2.1 主程序模块
• 4.2.2 DSP 与PC 机通信模块
• 4.2.3 运动控制系统各功能模块测试程序
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统调试
• 5.1 运动控制卡的软硬件调试
• 5.1.1 DSP 的调试
• 5.1.2 CPLD 的调试
• 5.1.3 DSP 外围模块的调试
• 5.1.4 PCI 接口模块的调试
• 5.2 PCI 接口的系统联调
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文
• 致谢