基于嵌入式微处理器标记系统的数控及网络通讯的研究与实现

摘要

运动控制是当代数字控制技术的一个重要分支，它是用数字化信号对控制对象的位置、速度、加速度、转矩等进行精确控制的方法。由于对运动的控制计算量相当大，因此传统的控制系统大都采用计算机与控制板卡实现。近年来，随着嵌入式系统的飞速发展，各种低成本、低功耗、高稳定性、强实时性的新型微控制器越来越多地出现，并将逐渐取代计算机而成为数字控制系统的“心脏”。本文所介绍的正是一种以嵌入式微控制器为核心的运动控制系统的设计方案。 本文阐述了运动控制系统的基本工作原理，给出了该系统的硬件结构及实际应用方法。对实现系统的微控制器及外围电路作了详细介绍，并着重讨论了基于TCP/IP的网络接口板的实现、运动控制系统的插补算法、主要软件的设计及其在硬件平台上的实现。 本系统以μPSD3254A-40U6芯片为中央控制单元。该芯片以8032为内核，在外围扩展了大容量F1ash存储器、PLD(可编程逻辑器件)等一些附加功能部件。本文在介绍了它的嵌入式硬件结构特点的基础上，着重分析了它的存储器结构、I/O口、CPLD模块等，并讨论了使用PSDsoft Express软件对它们进行实际操作的方法。 本系统通过以R8830和RTL8019芯片为核心的扩展板实现以太网通信，该扩展板利用串口按照自定义协议实现与标记系统的数据通信，标记系统通过该板与互联网相连，实现与远程服务器的数据传输。 系统使用比较积分插补法，实现对标记头运动轨迹的控制。着重论述了比较积分法的原理以及在本系统中进行直线和圆弧插补的具体程序流程。此外，对于一些应用中所遇到实际问题的处理方法，例如圆弧插补中四象限统一编程问题、插补过程中的误差修正等，也作了较为详尽的阐述。 实践证明，本系统所采用的总体设计方案是正确的。本设计方案从实际应用出发，综合考虑了性能指标、成本、抗干扰能力、合理的元器件布局和机械、电气结构等因素。在系统的设计过程中，软、硬件都经过了反复的分析、论证、实验、调试和修改，最终通过了系统的统调，较好地实现了各项技术指标，满足了现场的实际应用要求，达到了预期的设计目标。本课题属于开发研究型课题，是为实际应用服务的。本系统的设计思路和方案不仅适用于气动标记机，而且适用于数控机床、机器人、雕刻机、绘图仪等其他运动控制系统，具有较高的实用价值和推广价值。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

第二章TCPIP协议及其相关理论

第三章系统整体方案设计

第四章 硬件电路设计

第五章软件设计

结束语

附录

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文