本文關(guān)鍵詞：基于Cortex-M4與FPGA的運(yùn)動(dòng)控制卡開(kāi)發(fā)

  更多相關(guān)文章： Cortex-M4 四軸 運(yùn)動(dòng)控制 FPGA 插補(bǔ)算法

【摘要】：運(yùn)動(dòng)控制卡是實(shí)現(xiàn)精密運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵設(shè)備。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)正朝著信息化、開(kāi)放化、開(kāi)源化、集成化的方向發(fā)展�；诟鞣N新型架構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制卡層出不窮,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。本文針對(duì)四軸運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)和FPGA架構(gòu)的四軸數(shù)字量、模擬量運(yùn)動(dòng)控制卡。 根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)的思想,確定了運(yùn)動(dòng)控制卡功能目標(biāo),規(guī)劃并制定了總體設(shè)計(jì)方案,將運(yùn)動(dòng)控制相應(yīng)功能合理分配到軟硬件的各個(gè)模塊中,對(duì)各個(gè)模塊主要芯片進(jìn)行了選型,對(duì)運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中涉及的軟硬件問(wèn)題進(jìn)行了深入分析并提出了解決辦法。 設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)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(jì)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(jì)了存儲(chǔ)模塊、配置模塊等部分�；贔PGA芯片,根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制需要,設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)的硬件平臺(tái),設(shè)計(jì)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(jì)了相應(yīng)的命令控制程序；采用Verilog HDL語(yǔ)言,在FPGA內(nèi)設(shè)計(jì)了插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)加載模塊、DDA插補(bǔ)模塊,實(shí)現(xiàn)了FPGA運(yùn)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì),并對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了驗(yàn)證。 完成了控制卡軟硬件調(diào)試,根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制卡具體特點(diǎn)搭建了測(cè)試平臺(tái),結(jié)合上位機(jī)控制界面、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)展開(kāi)功能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：控制卡實(shí)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(chǎng)合應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：Cortex-M4 四軸 運(yùn)動(dòng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(dòng)控制卡概述8-10
• 1.2.1 運(yùn)動(dòng)控制卡概念9
• 1.2.2 運(yùn)動(dòng)控制卡國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.2.3 課題來(lái)源10
• 1.3 論文主要的研究?jī)?nèi)容10-11
• 1.4 本章小結(jié)11-12
• 2 運(yùn)動(dòng)控制卡總體設(shè)計(jì)方案12-18
• 2.1 運(yùn)動(dòng)控制卡總體方案12
• 2.2 運(yùn)動(dòng)控制卡架構(gòu)設(shè)計(jì)12-17
• 2.2.1 運(yùn)動(dòng)控制卡方案選型12-13
• 2.2.2 運(yùn)動(dòng)控制卡架構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)控制卡硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)18-37
• 3.1 ARM模塊電路設(shè)計(jì)18-25
• 3.1.1 接口模塊18-22
• 3.1.2 存儲(chǔ)模塊電路設(shè)計(jì)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(jì)25-28
• 3.3 FPGA模塊電路設(shè)計(jì)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(jì)34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 4 FPGA電路模塊設(shè)計(jì)37-43
• 4.1 FPGA運(yùn)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)37-38
• 4.2 插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)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(dòng)控制卡軟件系統(tǒng)開(kāi)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(jì)44-48
• 5.2.1 μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)移植44-46
• 5.2.2 ARM運(yùn)動(dòng)指令控制模塊46-48
• 6 運(yùn)動(dòng)控制卡的調(diào)試實(shí)驗(yàn)48-53
• 6.1 測(cè)試平臺(tái)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(dòng)器介紹49-50
• 6.2 運(yùn)動(dòng)控制卡調(diào)試試驗(yàn)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(qǐng)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)】

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本文編號(hào)：722702