本文關(guān)鍵詞：基于Cortex-M4與FPGA的運(yùn)動控制卡開發(fā)

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【摘要】：運(yùn)動控制卡是實現(xiàn)精密運(yùn)動控制的關(guān)鍵設(shè)備。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步,運(yùn)動控制系統(tǒng)正朝著信息化、開放化、開源化、集成化的方向發(fā)展�；诟鞣N新型架構(gòu)的運(yùn)動控制卡層出不窮,被廣泛應(yīng)用于各個運(yùn)動控制領(lǐng)域。本文針對四軸運(yùn)動控制卡進(jìn)行了研究,設(shè)計了一種基于數(shù)字信號控制器(DSC)和FPGA架構(gòu)的四軸數(shù)字量、模擬量運(yùn)動控制卡。 根據(jù)模塊化設(shè)計的思想,確定了運(yùn)動控制卡功能目標(biāo),規(guī)劃并制定了總體設(shè)計方案,將運(yùn)動控制相應(yīng)功能合理分配到軟硬件的各個模塊中,對各個模塊主要芯片進(jìn)行了選型,對運(yùn)動控制過程中涉及的軟硬件問題進(jìn)行了深入分析并提出了解決辦法。 設(shè)計了運(yùn)動控制卡硬件電路,選取STM32F407ZGT6和EP4CE10F17C8為雙主處理器�；贏RM芯片,根據(jù)控制卡通信需求,設(shè)計了上下位機(jī)接口、ARM與FPGA通信接口；根據(jù)系統(tǒng)軟件需要,設(shè)計了存儲模塊、配置模塊等部分�；贔PGA芯片,根據(jù)運(yùn)動控制需要,設(shè)計了數(shù)字脈沖輸出模塊、模擬量模塊、標(biāo)志位模塊、編碼器接收模塊及通用I/O口模塊等硬件電路。 基于開發(fā)的硬件平臺,設(shè)計了控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu),嵌入了μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)到ARM芯片內(nèi),并設(shè)計了相應(yīng)的命令控制程序；采用Verilog HDL語言,在FPGA內(nèi)設(shè)計了插補(bǔ)驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)加載模塊、DDA插補(bǔ)模塊,實現(xiàn)了FPGA運(yùn)動控制模塊設(shè)計,并對各個模塊進(jìn)行了驗證。 完成了控制卡軟硬件調(diào)試,根據(jù)運(yùn)動控制卡具體特點搭建了測試平臺,結(jié)合上位機(jī)控制界面、驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)展開功能測試。實驗結(jié)果表明：控制卡實現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的多軸精確位置控制,性能穩(wěn)定,可以滿足多數(shù)工業(yè)場合應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：Cortex-M4 四軸 運(yùn)動控制 FPGA 插補(bǔ)算法
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP273;TG659
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-12
• 1.1 課題研究背景8
• 1.2 運(yùn)動控制卡概述8-10
• 1.2.1 運(yùn)動控制卡概念9
• 1.2.2 運(yùn)動控制卡國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.2.3 課題來源10
• 1.3 論文主要的研究內(nèi)容10-11
• 1.4 本章小結(jié)11-12
• 2 運(yùn)動控制卡總體設(shè)計方案12-18
• 2.1 運(yùn)動控制卡總體方案12
• 2.2 運(yùn)動控制卡架構(gòu)設(shè)計12-17
• 2.2.1 運(yùn)動控制卡方案選型12-13
• 2.2.2 運(yùn)動控制卡架構(gòu)設(shè)計13-15
• 2.2.3 主要芯片選型15-17
• 2.3 本章小結(jié)17-18
• 3 運(yùn)動控制卡硬件平臺開發(fā)18-37
• 3.1 ARM模塊電路設(shè)計18-25
• 3.1.1 接口模塊18-22
• 3.1.2 存儲模塊電路設(shè)計22-23
• 3.1.3 ARM芯片配置模塊23-25
• 3.1.4 ARM與FPGA通信接口25
• 3.2 電源模塊電路設(shè)計25-28
• 3.3 FPGA模塊電路設(shè)計28-34
• 3.3.1 調(diào)試與配置電路29-30
• 3.3.2 脈沖輸出模塊30-31
• 3.3.3 模擬量輸出模塊31
• 3.3.4 標(biāo)志位模塊31-33
• 3.3.5 編碼器輸入模塊33-34
• 3.3.6 通用I/O口模塊34
• 3.4 六層PCB板設(shè)計34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 4 FPGA電路模塊設(shè)計37-43
• 4.1 FPGA運(yùn)動控制模塊設(shè)計37-38
• 4.2 插補(bǔ)驅(qū)動模塊電路38
• 4.3 插補(bǔ)數(shù)據(jù)加載模塊電路38-39
• 4.4 DDA插補(bǔ)模塊電路39-42
• 4.5 本章小結(jié)42-43
• 5 運(yùn)動控制卡軟件系統(tǒng)開發(fā)43-48
• 5.1 控制系統(tǒng)軟件解決方案43-44
• 5.2 ARM軟件設(shè)計44-48
• 5.2.1 μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)移植44-46
• 5.2.2 ARM運(yùn)動指令控制模塊46-48
• 6 運(yùn)動控制卡的調(diào)試實驗48-53
• 6.1 測試平臺介紹48-50
• 6.1.1 上位機(jī)軟件介紹48-49
• 6.1.2 電機(jī)及驅(qū)動器介紹49-50
• 6.2 運(yùn)動控制卡調(diào)試試驗50-51
• 6.3 本章小結(jié)51-53
• 結(jié)論與展望53-55
• 結(jié)論53-54
• 展望54-55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 申請學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文58-59
• 致謝59

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王其飛;劉敬猛;凌有鑄;;一種基于ARM+FPGA新型數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計[J];安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年03期

2 潘輝;;STM32-FSMC機(jī)制的NOR Flash存儲器擴(kuò)展技術(shù)[J];單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2009年10期

3 汪毅強(qiáng);楊娟;趙大勝;;ARM與FPGA通信接口板設(shè)計[J];硅谷;2011年09期

4 郭忠銀;高飛燕;;基于MC34063的開關(guān)電源設(shè)計[J];工業(yè)控制計算機(jī);2010年02期

5 范超毅;范巍;;步進(jìn)電機(jī)的選型與計算[J];機(jī)床與液壓;2008年05期

6 曹遂軍,王會良;國內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究與現(xiàn)狀[J];機(jī)電工程技術(shù);2003年05期

7 董海濤;莊淑君;陳冰;陳幼平;;基于ARM+DSP+FPGA的可重構(gòu)CNC系統(tǒng)[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年08期

8 姚林碧,張仁田;渠道自動控制技術(shù)與發(fā)展趨勢[J];排灌機(jī)械;2002年04期

9 焦江麗;李鳳蓮;;以ARM Cortex-M3為基礎(chǔ)的STM32開發(fā)板的設(shè)計與實現(xiàn)[J];中國新通信;2013年09期

10 勞奇成,龔木富;一種步進(jìn)電機(jī)多軸插補(bǔ)器的設(shè)計[J];微電機(jī)(伺服技術(shù));2003年06期

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本文編號：722702