基于ARM微处理器的多轴运动控制器的研究

摘要

随着计算机技术与制造工业的发展，运动控制技术深刻地改变着传统工业的生产模式。运动控制器作为运动控制系统的核心部分，论文通过建立基于ARM的嵌入式运动控制器的软、硬件平台，使其满足精度高，低成本、高稳定性、开放式等特点，来满足市场的较大需求。
　　本文选择以切割机的运动控制器作为研究对象，经过对比不同运动控制器的设计方案，提出了以嵌入式ARM处理器为核心处理器，FPGA为运动控制器的从处理器的方案和μC/OS-II作为系统的实时嵌入式操作系统的设计方案。在此基础上完成了硬件平台的搭建，以及外围电路的设计。将实时操作系统件μC/OS-II移植到ARM芯片，并且对任务模块进行了划分和设计。通过FPGA内部生成的双端口RAM，完成了ARM与FPGA之间的数据读写。选择并采用了S型加减速控制算法以及最小偏差法的插补算法，完成直线与圆弧插补器的设计，实现曲线的轮廓控制。为了更方便直观的操作，系统同时设计了μC/GUI触摸显示界面。
　　本文给出了μC/OS-II操作系统的移植过程，并在ADS交叉编译软件上完成了操作系统和图形开发系统的整合移植。详细介绍了S型加减速与最小偏差法插补方法的设计方案，并且在QuartusII软件上设计完成了插补模块，运用Modelsim仿真软件进行了仿真。最后分别对控制系统和编程方法，进行了测试与仿真，满足设计要求。

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第1章 绪论

1.1 选题目的与意义

1.2 运动控制技术

1.3μC/OS嵌入式系统

1.4研究和控制的对象

1.5 本章小结

第2章 运动控制器的总体设计方案

2.1 嵌入式操作系统的硬件设计

2.2 嵌入式操作系统的软件设计

2.3 控制方案的比较与选择

2.4 运动控制算法

2.5 最小偏差法算法

2.6 本章小结

第3章 硬件设计

3.1 ARM上的硬件部分

3.2 FPGA上的硬件部分

3.3 本章小结

第4章 基于ARM嵌入式微处理器的软件设计

4.1 运动控制器中的BootLoader

4.2μC/OS-II的原理分析

4.3μC/OS-II 在 ARM 上的移植

4.4μC/GUI 概述

4.5 本章小结

第5章 FPGA模块设计

5.1 软件开发工具

5.2 双口 RAM 的通信模块

5.3最小偏差法插补模块

5.4 本章小结

第6章 控制系统的测试与仿真

6.1 系统仿真验证

6.2 示波器验证

6.3 本章小结

第7章 总结与展望

致谢

参考文献