文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
基于DSP的PCB雕刻机精密数控系统设计及其关键技术研究
姓名:洪少彬
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:李铁军
20071101
河北工业大学硕士学位论文
基于 DSP 的 PCB 雕刻机精密数控系统设计及其关键技术研究
摘要
当今电子设计领域中,EDA 软件已经成为设计者必须的工具,它使得设计构思能够迅
速方便地转化成具体设计方案。然而,设计方案实施的关键,即电路板打样和小批量多品
种制作却仍沿用传统化学工艺方式,这种电路板制作方式存在周期长、成本高、灵活性小
等不足,与丰富多彩的电子创造活动不相匹配。开发一种快速 PCB 雕刻制作系统,以满足
电子系统研发与实验的大量需求,达到快捷、保密及环保的目的。
数控系统是 PCB 雕刻机的控制核心,其控制功能的强弱、控制性能的优劣直接关系着
PCB 雕刻机的加工质量与加工效率,对整个雕刻机的性价比和市场竞争力都至关重要。本
文针对数控 PCB 雕刻机技术现状及市场需求,研制开发了基于高性能 DSP 的精密 PCB 雕
刻机数控系统,以提高国产 PCB 雕刻机数控系统的性价比和市场竞争力,并为雕刻机最终
用户改善产品质量、提高生产效率、节约生产成本提供有效手段。
本文在 PCB 雕刻机控制系统实现上,首先提出了 PCB 雕刻机控制系统的驱动控制要
求,并规划制定了数控系统总体设计方案。在方案实现时,采用 TI 公司主推的 32 位定点
数字信号处理器(DSP)TMS320F2812 作为下位机控制系统核心处理单元,并采用模块化
设计思想,根据控制电路分担任务的不同,分模块进行了 PCB 雕刻机控制系统软硬件详细
设计,使得系统设计灵活性和工作可靠性大大提高。
针对高速电主轴调速是 PCB 雕刻机精密数控系统的关键技术之一,本文基于空间向量
PWM 的变频调速技术,对高速电主轴的速度控制进行了深入研究,构造了基于 DSP 的速
度控制完整系统,测试结果表明,所设计的调速系统可实现 20000 r/min~60000 r/min 的高
转速稳定控制。
为提高雕刻精度,对驱动 X、Y 工作台的步进电机的细分技术进行了详细研究,采用
电流矢量恒幅均匀旋转细分法,实现了十六细分的驱动,单向移动精度可达 ,
实验结果印证了方法的有效性。
PCB雕刻机样机通过软硬件联调,并经过了对各项电路板加工要求的测试实验,结果
表明,控制系统性能较好的满足了电路板制作对加工精密性、快速性、平稳性的要求,达
到了预期设计要求,所加工制作出的单、双面电路板完全可以满足用户需求。

关键词: 数控系统,雕刻机,DSP,电主轴调速,步进细分,PCB
i
基于 DSP 的 PCB 雕刻机精密数控系统设计及其关键技术研究
DESIGN OF PCB ENGRAVING MACHINE PRECISION
NUMERAL CONTROL SYSTEM BASED ON DSP AND
RESEARCH OF RELATED KEY TECHNOLOGY
ABSTRACT
Today, in the field of electronic design, EDA software which enables designers to quickly
translate design idea into actual design scheme has e a tool for designers. However, the
key to the implementation of the design scheme, namely PCB proofing and small batch
production of more varieties are still using the traditional chemical process, this PCB production
mode has disadvantage of long cycle, high costs, lack of flexibility, and do not match various
electronic activities. Developing a rapid PCB carving system so as to meet R&D and experiment
demands.
PCB numerical control system is the core of engraving machine,