基于DSP_FPGA的多轴运动控制器的研究

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                     基于DSP_FPGA的多轴运动控制器的研究
目 录
1 绪论........................................................................................................................................ 1
1.1 引言............................................................................................................................... 1
1.2 数控系统的发展与现状............................................................................................... 1
1.2.1 数控系统的发展................................................................................................ 1
1.2.2 数控系统的现状与发展趋势............................................................................ 2
1.3 开放式数控系统及其研究现状.................................................................................. 2
1.3.1 开放式数控系统的定义及特点......................................................................... 2
1.3.2 开放式数控系统的研究现状............................................................................. 3
1.3.3 开放式数控系统的体系结构及其实现途径..................................................... 4
1.4 运动控制器的发展与现状.......................................................................................... 5
1.4.1 运动控制器在开放式数控系统中的地位......................................................... 5
1.4.2 国内外运动控制器的研究现状......................................................................... 5
1.5 本论文主要研究内容及论文结构.............................................................................. 6
1.5.1 论文的主要内容................................................................................................. 6
1.5.2 论文结构............................................................................................................. 7
2 运动控制器的分类及原理.................................................................................................... 8
2.1 运动控制系统简介....................................................................................................... 8
2.2 运动控制器的分类....................................................................................................... 8
2.3 运动控制器原理........................................................................................................... 9
2.3.1 步进电机运动控制器的原理............................................................................. 9
2.3.2 伺服电机运动控制器的原理........................................................................... 11
3 运动控制器的基本构成及其关键技术............................................................................... 14
3.1 引言............................................................................................................................. 14
3.2 总线技术.................................................................................................................... 15
3.2.1 ISA 总线 ........................................................................................................... 15
3.2.2 PCI 总线............................................................................................................ 16
3.2.3 PC/104 总线...................................................................................................... 16
3.3 DSP 技术..................................................................................................................... 18
3.3.1 DSP 的发展概况............................................................................................... 18
3.3.2 DSP 的基本结构及特点................................................................................... 19
3.3.3 基于 DSP 的系统设计...................................................................................... 21目 录
II
3.4 FPGA 和 EDA 技术 ................................................................................................... 22
3.4.1 现场可编程逻辑门阵列（FPGA）................................................................. 22
3.4.2 EDA 技术.......................................................................................................... 25
3.5 控制方式与控制算法................................................................................................. 26
3.5.1 控制方式与控制要求....................................................................................... 26
3.5.2 控制算法........................................................................................................... 26
4 运动控制器总体设计........................................................................................................... 27
4.1 引言............................................................................................................................. 27
4.2 数控雕刻机系统结构................................................................................................. 27
4.3 运动控制器的总体设计............................................................................................. 28
4.3.1 运动控制器的主要性能要求........................................................................... 28
4.3.2 运动控制器的总体结构................................................................................... 28
4.3.3 运动控制器的模块划分及功能....................................................................... 28
4.4.4 运动控制器的工作原理及过程....................................................................... 30
5 运动控制器硬件设计........................................................................................................... 32
5.1 DSP 系统硬件设计流程............................................................................................. 32
5.2 运动控制器的硬件设计............................................................................................ 32
5.2.1 DSP 及其最小系统........................................................................................... 32
5.2.2 FPGA 部分........................................................................................................ 34
5.2.3 总线接口部分................................................................................................... 39
5.2.4 供电部分........................................................................................................... 41
5.2.5 模拟输出部分................................................................................................... 42
5.2.6 其它部分........................................................................................................... 44
6 运动控制器软件设计.......................................................................................................... 45
6.1 控制系统的软件规划简介......................................................................................... 45
6.2 DSP 软件开发环境及流程......................................................................................... 46
6.2.1 DSP 程序开发软件简介................................................................................... 46
6.2.2 DSP 软件开发流程........................................................................................... 47
6.3 DSP 软件设计............................................................................................................. 47
6.3.1 DSP 程序流程图............................................................................................... 48
6.3.2 速度控制........................................................................................................... 49
6.3.3 PID 算法 ........................................................................................................... 49
6.3.4 数字滤波........................................................................................................... 50
7 结论....................................................................................................................................... 52目 录
III
致 谢......................................................................................................................................53
参考文献..................................................................................................................................54
附 录......................................................................................................................................561

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