开放式运动控制系统中的可编程逻辑设计与实现

摘要

近年来，开放式运动控制系统己成为新一代运动控制系统的主流。开放式运动控制系统不仅具有信息处理能力强、结构化程度高等优点，而且从很大程度上提高了系统的柔性，因此在机器人、工业控制等领域具有广阔的发展前景。 本文的内容以如何构造开放式多轴运动控制系统展开。文章首先提出了三种运动控制系统的实现方案。根据它们的优缺点，选定以DSP与可编程逻辑器件为核心进行开放式多轴运动控制平台的设计。在此基础上，对基于可编程逻辑器件的运动控制板的设计与实现方法进行了分析。 文章详细描述了利用可编程逻辑器件的标准设计流程设计实现开放式运动控制系统总线接口电路、I/O地址译码电路、步进电机控制电路以及光电编码器信号处理电路的方法，并对以上电路系统进行了功能仿真、芯片选型、时序仿真、编程配置电路连接方案和PCB设计以及系统联合调试。 实验结果表明，基于可编程逻辑器件的运动控制电路系统不仅实现了设计功能，同时提高了开放式多轴运动控制系统的实时性和可靠性，并大大减小了系统的体积与功耗。此外，基于可编程逻辑器件的特性以及对PCB的巧妙设计，系统实现了对控制功能和控制轴数的灵活配置，为可编程逻辑器件在开放式运动控制系统中的进一步应用奠定了坚实的技术基础。

目录

文摘

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第一章引言

第一节运动控制系统概述

1.1.1运动控制系统的分类

1.1.2运动控制技术的发展方向

1.1.3开放式运动控制系统的特点

第二节课题的研究任务

第三节本文内容及所做的主要工作

第二章开放式多轴运动控制系统的总体方案

第一节多种设计方案的比较

2.1.1 PC内插专用运动控制芯片为核心的运动控制卡

2.1.2基于通用数字处理器与可编程逻辑器件的运动控制器

2.1.3采用可编程逻辑器件实现的soft型运动控制器

2.1.4多种设计方案的选择

第二节开放式多轴运动控制系统的总体方案

2.2.1系统结构与功能分析

2.2.2系统电气控制部分的实现方案

第三章可编程逻辑器件及其设计方法

第一节可编程逻辑器件概述

第二节应用可编程逻辑器件开发的优势与主要应用领域

第三节可编程逻辑器件的设计方法

3.3.1可编程逻辑器件的设计流程

3.3.2优秀设计的准则

3.3.3同步设计

3.3.4硬件描述语言

3.3.5 Quartus II开发环境

第四章基于可编程逻辑器件的运动控制板的设计

第一节运动控制板结构与功能概述

第二节I/O地址空间分配及地址译码单元的设计

第三节总线控制信号处理单元的设计

第四节步进电机控制单元的设计

4.4.1步进电机控制原理

4.4.2步进电机控制电路的设计

第五节光电编码器信号处理单元的设计

4.5.1光电编码器的工作原理

4.5.2位置与速度检测电路的设计

第五章运动控制板核心电路的时序仿真与系统硬件实现

第一节可编程逻辑器件的选型与系统核心电路的时序仿真

5.1.1可编程逻辑器件的选型

5.1.2 FLEX10K系列、MAX3000A系列器件简介

5.1.3核心电路的时序仿真与分析

第二节运动控制板的硬件实现

5.2.1可编程逻辑器件编程配置电路的设计

5.2.2运动控制板的PCB设计

第三节运动控制板的装配与调试

全文总结

附录

附录B：MAX3000A内部逻辑电路图

附录C：FLEX10K器件内部逻辑电路图

附录D：运动控制板电路部分原理图

附录E：运动控制板PCB图

参考文献

致谢