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基于ARM与PCL6045B的嵌入式运动控制器的设计

2020-12-10阅读(824)

基于ARM与PCL6045B的嵌入式运动控制器的设计

论文摘要

运动控制器是运动控制系统的核心部件。随着我国制造业的发展,市场上新设备的控制需求、传统设备技术升级和换代对运动控制器的市场需求越来越大。同时随着运动控制技术的不断进步,高性能、低成本、可靠性高的嵌入式运动控制器的发展成为市场的必然需求。本文以三星公司的ARM微处理器S3C44B0X为主控制器,配合日本NPM公司的专用运动控制芯片PCL6045B,设计了一款嵌入式四轴运动控制器。PCL6045B具有强大灵活的控制模块,所有实时运动控制工作都可由它来处理,包括匀速和变速脉冲输出、加减速规划、直线或圆弧插补、原点及限位开关管理、编码器信号处理等。主控制器S3C44B0X只需向PCL6045B发出简单指令,即可实现各种复杂运动。这种方式开发的运动控制器不仅具有十分强大的运动控制功能,而且元件少,集成度高,可靠性好。硬件基本电路模块主要包括电源电路模块、复位电路模块、时钟电路模块、RS232串口通信和以太网通信模块、JTAG调试模块、存储器模块、LCD显示模块、键盘模块以及运动控制芯片信号接口模块。通信模块包括RS232串口通信和以太网通信,实现运动控制器与上位机或其它外设的数据通信,主要用来接收上位机发送的加工程序。运动控制芯片信号接口模块是运动控制器与驱动器、反馈编码器、手轮、限位、急停、报警等现场输入输出信号的接口电路,所有I/O端口都使用光电耦合器进行隔离,实现内部电路与外部端口的完全电气隔离,提高了信号的抗干扰能力。在系统软件方面,将嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ移植到了硬件平台上,并在此基础上设计了外设驱动程序和相关的应用程序。设计应用程序时,利用μC/OS-Ⅱ的任务管理功能将系统要完成的功能划分成多个小任务,然后分别实现各个小任务。这样简化了软件的开发过程,系统易于维护,并且软件的开发周期短,可靠性高。PCL6045B具有强大灵活的控制模块,按照一定的时序操作内部寄存器,实现各种复杂的运动控制功能。本系统将PCL6045B操作细节进行封装,设计了运动控制API函数库以供应用程序调用,从而实现运动控制功能。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 1 绪论
  • 1.1 运动控制器概述
  • 1.2 运动控制器国外研究现状
  • 1.3 运动控制器国内研究现状
  • 1.4 课题研究意义及研究内容
  • 2 运动控制器总体方案的确立
  • 2.1 运动控制器的功能需求
  • 2.2 运动控制器设计方案的比较
  • 2.3 系统总体方案
  • 2.4 本章小结
  • 3 运动控制器硬件平台的设计
  • 3.1 S3C44B0X 微处理器简介
  • 3.2 专用运动控制芯片PCL6045B 简介
  • 3.3 电源及复位电路设计
  • 3.4 时钟电路设计
  • 3.5 存储器模块设计
  • 3.5.1 Flash 存储器
  • 3.5.2 SDRAM 存储器
  • 3.6 通信模块设计
  • 3.6.1 串口通信
  • 3.6.2 以太网通信
  • 3.7 JTAG 接口设计
  • 3.8 人机交互模块设计
  • 3.8.1 LCD 模块设计
  • 3.8.2 键盘电路设计
  • 3.9 运动控制芯片信号接口电路设计
  • 3.10 硬件实物图
  • 3.11 本章小结
  • 4 PCL6045B 的控制方法及 API 函数库的设计
  • 4.1 PCL6045B 的寄存器
  • 4.2 PCL6045B 的速度模式
  • 4.3 PCL6045B 的控制方法
  • 4.4 运动控制API 函数库设计
  • 4.5 本章小结
  • 5 运动控制器软件平台设计
  • 5.1 μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统
  • 5.1.1 嵌入式操作系统的选择
  • 5.1.2 μC/OS-Ⅱ的原理分析
  • 5.2 μC/OS-Ⅱ在53C4480X 的移植
  • 5.2.1 定义与编译器相关的数据类型
  • 5.2.2 设置与ARM 处理器相关的代码
  • 5.2.3 设置堆栈增长方向
  • 5.2.4 编写OSTaskStkInit（）函数
  • CPUA.ASM 中相关函数'>5.2.5 编写OSCPUA.ASM 中相关函数
  • 5.3 系统的Bootloader 过程
  • 5.4 驱动程序设计
  • 5.5 μC/GUI 的移植
  • 5.6 系统应用程序设计
  • 5.6.1 任务的具体划分
  • 5.6.2 通信任务
  • 5.6.3 运动控制任务
  • 5.6.4 键盘任务
  • 5.6.5 LCD 刷新任务
  • 5.6.6 监控任务
  • 5.7 本章小结
  • 6 总结
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
  • B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

    • 相关论文文献

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