基于DSP和CAN总线的铣床数控系统开发

摘要

近年来，随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。总线化是工业控制系统的一个发展方向，它在适用范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面较集中式控制系统有明显的优越性。CAN(Controller Area Network)总线由于其高性能、高可靠性及独特的设计，具有较强的抗干扰能力，适合用于实时性要求很高的系统。
　　 本文的目的是研究开发铣床数控系统中的通讯子系统，给出基于双口存储器、数字信号处理器和CAN总线的通讯子系统设计。实现NC主机与伺服驱动器之间、NC主机与IO模块之间的信息传输，提升数控系统的性能。
　　 本文首先介绍了数控系统的发展趋势、几种常用总线。结合本项目详细说明了CAN总线通讯技术。提出了一种基于CAN总线的通讯子系统设计方案，采用数字信号处理器与CAN总线技术完成该通讯子系统硬件设计。在这个设计方案中主控制计算机采用嵌入式工业计算机标准模块PC104，通讯模块中采用DSP数字信号处理器TMS320LS2407，通过数据地址总线和双口RAM技术，使PC与DSP进行实时数据交互，再通过DSP控制实现PC与CAN总线控制器之间的通讯，并由CAN总线通讯完成数控系统对数字伺服驱动器的运动控制。结合这种硬件设计，研究开发了一套数控系统与多个伺服驱动器间基于CAN总线通讯协议，消除了数控系统与驱动器间指令异步传输对数控系统性能的影响。并在通讯子系统的DSP和伺服驱动器上编程实现该通讯协议，对其中通讯控制软件的设计进行了详细论述。通过实验验证了本文中提出的这种基于DSP的CAN总线结构数控系统及CAN总线通讯协议设计方案的可行性。实际应用也表明这种通讯子系统设计达到了预期目标，有很高的可靠性和实时性。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.1.1 数控系统简介

1.1.2 国内外数控系统的研究和发展现状

1.1.3 数控技术的发展趋势

1.2 现场总线技术简介

1.2.1 现场总线技术概述

1.2.2 几种常用现场总线的比较

1.3 本课题研究的意义

1.4 论文主要研究内容

1.5 本章小结

2 CAN总线技术应用

2.1 现场总线的产生

2.2 CAN总线的产生与发展

2.3 CAN总线的网络结构

2.4 CAN总线报文帧结构

2.5 CAN总线传输技术

2.6 CAN总线的性能特点

2.7 本章小结

3 基于DSP和CAN总线铣床数控系统的构成和原理

3.1 系统总体方案设计

3.2 主控制计算机与通讯模块的接口设计

3.2.1 TMS320F2407简介

3.2.2 工作原理及硬件结构设计

3.3 通讯模块与伺服驱动器的总线接口设计

3.3.1 CAN控制芯片SJA1000简介

3.3.2 工作原理及硬件结构设计

3.4 通讯模块与主轴及I/O模块的总线接口设计

3.4.1 DSP2407的CAN控制器模块概述

3.4.2 工作原理及硬件结构设计

3.5 伺服驱动系统的总线接口设计

3.5.1 TMS320F2812介绍

3.5.2 TMS320LF2812的eCAN总线模块简介

3.5.3 工作原理及硬件结构设计

3.6 本章小结

4 铣床数控系统CAN总线通讯应用协议的开发

4.1 双口RAM数据交换协议的开发

4.2 总线通讯应用协议的开发

4.3 总线通讯同步控制解决方案

4.4 本章小结

5 铣床数控系统CAN总线通讯的软件设计与实现

5.1 通讯模块初始化

5.1.1 SJA1000的初始化

5.1.2 CAN模块初始化

5.2 定时中断服务程序

5.2.1 通讯模块的时序功能定制

5.2.2 双口RAM的读写

5.2.3 SJA1000的数据发送

5.2.4 片内CAN模块的数据发送

5.3 外部中断服务程序

5.4 片内CAN中断服务程序

5.5 伺服驱动系统CAN总线通讯的实现

5.6 本章小结

6 CAN总线的速度测试及其可靠性试验

6.1 总线的的速度测试

6.2 系统的可靠性试验

结 论

参考文献

致 谢