本文關(guān)鍵詞：基于DSP和FPGA的數(shù)控系統(tǒng)研究與開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 隨著數(shù)控系統(tǒng)的通用化和小型化,以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)為核心的數(shù)控系統(tǒng)正成為當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。一方面,以DSP作為數(shù)控系統(tǒng)的核心處理器,能夠發(fā)揮其高速運(yùn)算和編程靈活的特長(zhǎng),便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制算法,提高系統(tǒng)的控制性能;另一方面,采用FPGA將大量的邏輯控制功能和外圍接口電路集成在其中,可有效減小系統(tǒng)體積,提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 本文在對(duì)不同硬件平臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)開發(fā)了一款以DSP和FPGA為主控單元的四軸閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)。 首先,在需求分析的基礎(chǔ)上規(guī)劃設(shè)計(jì)了數(shù)控系統(tǒng)硬件方案,對(duì)DSP和FPGA外圍電路、數(shù)字脈沖輸出電路、模擬量輸出電路、編碼器信號(hào)采集電路、通用I/O接口電路等實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)討論,完成了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)制作。 為提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件集成度和可靠性,通過對(duì)FPGA的編程設(shè)計(jì),在FPGA中實(shí)現(xiàn)了具有S形加減速的高速平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)控制、硬件精插補(bǔ)器、主軸轉(zhuǎn)速控制DAC接口、編碼器信號(hào)處理電路、手脈信號(hào)處理電路、數(shù)字I/O信號(hào)處理電路和雙端口RAM等功能模塊,并通過了調(diào)試、測(cè)試。 最后,基于上述硬件平臺(tái),采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法和C語言編程完成了數(shù)控系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計(jì),包括DSP端的運(yùn)動(dòng)控制模塊測(cè)試程序和人機(jī)界面單片機(jī)控制軟件,并完成系統(tǒng)主要功能的硬軟件聯(lián)調(diào)。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)控系統(tǒng) FPGA DSP 加減速控制 人機(jī)界面
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r11-13
• 1.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)13-14
• 1.3 數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)方案14-15
• 1.4 本文研究目的及內(nèi)容15-17
• 第二章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)17-23
• 2.1 數(shù)控系統(tǒng)功能要求與技術(shù)指標(biāo)17-18
• 2.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)總體方案18-22
• 2.2.1 中心控制單元設(shè)計(jì)方案18-19
• 2.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)方案19-20
• 2.2.3 編碼器接口模塊設(shè)計(jì)方案20
• 2.2.4 手搖脈沖發(fā)生器接口模塊設(shè)計(jì)方案20
• 2.2.5 開關(guān)量輸入/輸出接口模塊設(shè)計(jì)方案20-21
• 2.2.6 人機(jī)界面模塊設(shè)計(jì)方案21-22
• 2.3 數(shù)控系統(tǒng)軟件規(guī)劃22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)23-35
• 3.1 DSP 硬件電路設(shè)計(jì)23-26
• 3.1.1 DSP 電源電路設(shè)計(jì)24
• 3.1.2 DSP 電源監(jiān)控和復(fù)位電路設(shè)計(jì)24-25
• 3.1.3 DSP 外部擴(kuò)展SRAM 電路設(shè)計(jì)25-26
• 3.2 FPGA 硬件電路設(shè)計(jì)26-28
• 3.2.1 FPGA 電源模塊設(shè)計(jì)26-27
• 3.2.2 FPGA 配置模塊設(shè)計(jì)27-28
• 3.3 通信模塊電路設(shè)計(jì)28-29
• 3.4 數(shù)字脈沖輸出電路設(shè)計(jì)29
• 3.5 模擬量輸出電路設(shè)計(jì)29-32
• 3.6 編碼器接口電路設(shè)計(jì)32-33
• 3.7 手搖脈沖發(fā)生器模塊電路設(shè)計(jì)33
• 3.8 開關(guān)量輸入/輸出接口模塊電路設(shè)計(jì)33-34
• 3.9 一些硬件抗干擾措施34
• 3.10 本章小結(jié)34-35
• 第四章 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制算法研究35-43
• 4.1 運(yùn)動(dòng)控制中的加減速技術(shù)35-36
• 4.2 加減速控制算法36-40
• 4.2.1 梯形加減速36-38
• 4.2.2 S 曲線加減速38-40
• 4.3 應(yīng)用于硬件插補(bǔ)控制的數(shù)字積分法40-42
• 4.4 本章小結(jié)42-43
• 第五章 FPGA 內(nèi)部各功能模塊的實(shí)現(xiàn)43-59
• 5.1 FPGA 簡(jiǎn)介43-46
• 5.1.1 FPGA 開發(fā)環(huán)境與設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)介43-45
• 5.1.2 FPGA 設(shè)計(jì)基本原則45-46
• 5.2 精插補(bǔ)電路設(shè)計(jì)46-48
• 5.2.1 時(shí)序發(fā)生電路46-47
• 5.2.2 精插補(bǔ)譯碼電路47
• 5.2.3 DDA 積分器電路47-48
• 5.3 空行程的S 形加減速控制電路設(shè)計(jì)48-52
• 5.3.1 主控模塊48-51
• 5.3.2 DDA 積分器模塊51-52
• 5.3.3 脈沖計(jì)數(shù)器與鎖存器模塊52
• 5.4 編碼器接口模塊電路設(shè)計(jì)52-54
• 5.4.1 四倍頻細(xì)分及辨向電路設(shè)計(jì)53-54
• 5.4.2 可逆計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)54
• 5.5 手脈接口模塊電路設(shè)計(jì)54-55
• 5.6 DAC 接口電路設(shè)計(jì)55-56
• 5.7 輸入/輸出開關(guān)量信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)56-57
• 5.8 雙端口RAM 模塊設(shè)計(jì)57-58
• 5.9 本章小結(jié)58-59
• 第六章 數(shù)控系統(tǒng)底層軟件設(shè)計(jì)59-67
• 6.1 DSP 端軟件設(shè)計(jì)59-61
• 6.1.1 主程序模塊59-60
• 6.1.2 基于雙端口RAM 實(shí)現(xiàn)DSP 與單片機(jī)二者間通信模塊60-61
• 6.1.3 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)各功能模塊測(cè)試程序61
• 6.2 單片機(jī)端軟件設(shè)計(jì)61-66
• 6.2.1 文件管理界面設(shè)計(jì)61-62
• 6.2.2 空運(yùn)行界面設(shè)計(jì)62
• 6.2.3 自動(dòng)運(yùn)行界面設(shè)計(jì)62-63
• 6.2.4 手動(dòng)運(yùn)行界面設(shè)計(jì)63-64
• 6.2.5 回零界面設(shè)計(jì)64
• 6.2.6 MDI 界面設(shè)計(jì)64
• 6.2.7 對(duì)刀界面設(shè)計(jì)64-65
• 6.2.8 參數(shù)設(shè)置界面設(shè)計(jì)65-66
• 6.3 軟件抗干擾措施66
• 6.4 本章小結(jié)66-67
• 第七章 總結(jié)與展望67-69
• 7.1 全文總結(jié)67-68
• 7.2 研究展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 致謝72-73
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73-74
• 附錄A 數(shù)控系統(tǒng)硬件主板PCB 圖與人機(jī)界面圖74

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4 ;海德漢將推出全新TNC數(shù)控系統(tǒng)和測(cè)頭[J];航空制造技術(shù);2011年17期

5 ;海別得的新型 CNC數(shù)控系統(tǒng)[J];世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng);2011年04期

6 ;“機(jī)電一體化”欄目征稿啟事[J];金屬加工(冷加工);2011年14期

7 朱志宇;盧佳;朱占成;;NUM全數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)在ZSTZ15磨齒機(jī)的數(shù)控化改造中的應(yīng)用[J];才智;2011年24期

8 ;西門子840D數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)輪廓監(jiān)控報(bào)警的分析以及故障實(shí)例[J];中國設(shè)備工程;2011年08期

9 李洪波;;三菱數(shù)控系統(tǒng)典型故障處理七例[J];金屬加工(冷加工);2011年13期

10 ;中達(dá)數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床上的應(yīng)用[J];國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù);2011年04期

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1 胡毅;宮璐璐;;基于ARM的嵌入式機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的研究[A];2007'儀表，自動(dòng)化及先進(jìn)集成技術(shù)大會(huì)論文集（二）[C];2007年

2 侯金華;;基于FPGA的SOC系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)[A];2011中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

3 張健;孫輝先;陳曉敏;安軍社;;反熔絲FPGA的可靠性設(shè)計(jì)措施[A];第二十三屆全國空間探測(cè)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2010年

4 ;Design and Research of Video Fire Detection System Based on FPGA[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference（CCDC）[C];2011年

5 董雪;費(fèi)建軍;白嬌楊;;基于FPGA的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[A];天津市電視技術(shù)研究會(huì)2012年年會(huì)論文集[C];2012年

6 肖松;李躍華;張金林;;基于FPGA局部動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的抗SEU容錯(cuò)系統(tǒng)研究[A];教育部中南地區(qū)高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課教學(xué)研究會(huì)第二十屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2010年

7 王瑋;錢偉康;應(yīng)懷樵;;基于FPGA的PXI高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[A];現(xiàn)代振動(dòng)與噪聲技術(shù)（第九卷）[C];2011年

8 錢偉康;梁利娟;王麗麗;;一種基于FPGA的CAN總線船舶監(jiān)控系統(tǒng)[A];全國第三屆信號(hào)和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)專刊[C];2009年

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10 魯艷;雷維嘉;謝顯中;;基于Avalon接口的交織編碼技術(shù)的FPGA實(shí)現(xiàn)[A];2010年通信理論與信號(hào)處理學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 本報(bào)記者 趙艷秋;FPGA:跨進(jìn)40納米時(shí)代[N];中國電子報(bào);2008年

2 邱添　本報(bào)記者 侯國政;國產(chǎn)大飛機(jī)生產(chǎn)線關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)大連造[N];遼寧日?qǐng)?bào);2009年

3 ;FPGA助學(xué)生學(xué)以致用[N];中國電子報(bào);2009年

4 中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)控系統(tǒng)分會(huì)提供;數(shù)控系統(tǒng):預(yù)計(jì)今年產(chǎn)銷與去年持平[N];機(jī)電商報(bào);2009年

5 約翰內(nèi)斯·海德漢博士(中國)有限公司技術(shù)總監(jiān) 張興全;以數(shù)控系統(tǒng)促高端機(jī)床發(fā)展[N];中國電子報(bào);2009年

6 本報(bào)記者 趙艷秋　馮曉偉 馮健;FPGA：市場(chǎng)應(yīng)用廣 門檻需降低[N];中國電子報(bào);2009年

7 本報(bào)記者 馮曉偉;FPGA格局難改 新興企業(yè)勝算幾何？[N];中國電子報(bào);2009年

8 ;異步架構(gòu)FPGA實(shí)現(xiàn)業(yè)界最高速度[N];中國電子報(bào);2009年

9 ;突破功耗和成本限制設(shè)計(jì)中國需要的FPGA[N];中國電子報(bào);2009年

10 ;FPGA平臺(tái)漸成系統(tǒng)核心[N];中國電子報(bào);2009年

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1 劉清建;數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制及運(yùn)行優(yōu)化[D];天津大學(xué);2010年

2 張承暢;多FPGA系統(tǒng)的關(guān)鍵問題及應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2011年

3 李鵬;基于元構(gòu)件的FPGA硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2011年

4 余慧;時(shí)分交換的新型FPGA互連結(jié)構(gòu)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

5 金新娟;面向服務(wù)的動(dòng)態(tài)可配置數(shù)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

6 謝丁;FPGA互連結(jié)構(gòu)評(píng)估系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

7 王忠明;SRAM型FPGA的單粒子效應(yīng)評(píng)估技術(shù)研究[D];清華大學(xué);2011年

8 廖永波;SOC軟硬件協(xié)同方法及其在FPGA芯片測(cè)試中的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2010年

9 徐躍;面向高性能數(shù)控系統(tǒng)的誤差控制技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2009年

10 唐玉蘭;偽布爾可滿足性算法及其在FPGA布線中的研究應(yīng)用[D];江南大學(xué);2010年

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1 張寶泉;基于DSP+FPGA的多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研究[D];西安科技大學(xué);2005年

2 何勇;基于PC/104的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[D];四川大學(xué);2005年

3 魏立軍;基于DSP和FPGA的數(shù)控系統(tǒng)研究與開發(fā)[D];南京航空航天大學(xué);2008年

4 黃兆斌;基于FPGA及NIOSⅡ的多軸數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];浙江工業(yè)大學(xué);2011年

5 周志娟;相移波束形成的FPGA實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

6 許沖;激光脈沖定距算法研究與FPGA實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

7 葉忠彬;基于FPGA的數(shù)字頻率合成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2011年

8 彭涵陽;無串?dāng)_超聲測(cè)距系統(tǒng)的激勵(lì)方法及基于FPGA的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];天津大學(xué);2010年

9 杜國女;基于FPGA的音樂景觀燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];蘭州交通大學(xué);2011年

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  本文關(guān)鍵詞：基于DSP和FPGA的數(shù)控系統(tǒng)研究與開發(fā)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：318131