文档介绍：南京师范大学
硕士学位论文
采用USB通信方式的运动控制卡的研究与设计
姓名:李杰
申请学位级别:硕士
专业:电子科学与技术;电路与系统
指导教师:徐寅林
2009-05-17
摘要
摘要
运动控制卡是一种 PC 机及工控机接口卡,作为各种运动控制场合(包括位
移、速度、加速度等)的上位控制单元,大多用于步进电机或伺服电机的运动控
制。随着电子技术的发展,传统的采用 PCI、ISA 等总线接口并使用数字电路或
单片机的运动控制卡,无论是接口卡的连接方便性还是对电动机运动控制的速度
和精度都已经不能满足现代自动控制场合的进一步要求,这促使我们选用一些新
的方法和新的技术来对传统的运动控制卡进行改进。
当前 USB 接口已经成为计算机标准接口,正在逐步取代计算机的其他接口,
并且随着 USB 新标准的推出和传输速度的提高,越来越多的计算机外围设备采
用 USB 传输。相对于串口和并口而言,USB 不用外接电源,具有自供电的优势,
为接口卡的设计提供了方便。控制芯片方面,DSP 以其良好的性能,计算速度快
和功能强大,被越来越多地运用到电机控制领域。本论文将这两方面优势相结合,
设计了一个基于 DSP 为控制核心、采用 USB 通信方式的经济型数控系统中常用
的 3 轴步进电机的开环运动控制卡。以高性能 DSP 为处理核心可以大幅提高运
动控制的速度和精度,满足了我们对性能的要求,而采用 USB 通信方式又很好
的满足了对灵活性的要求。
DSP 选用 TI 公司的 TMS320F2812 为主处理芯片,用以实现对控制信号的
分析和插补程序的运算,确定插补轨迹等。USB 接口芯片采用 Cypress 公司的
EZ-USB FX2 CY7C68013,用以实现运动控制卡和 PC 机的 USB 通信。
论文共分 7 章,其中第一章是绪论,第二章简要介绍运动控制卡芯片选型和
运动控制卡与 PC 机之间采用的通信方式,第三章介绍了运动控制卡的电路组成,
第四章介绍了插补算法,第五章介绍运动控制卡的软件设计,第六章介绍了 PC
端人机界面程序,第七章是总结与展望。论文主要研究内容包括:
1. 深入探讨了当前运动控制卡的研究现状。采用了高性能的 DSP 芯片和方便
的 USB 通信方式,解决了运动控制卡既要高精度又要安装灵活的要求,弥
补了传统运动控制卡拔插困难、不便于安装或者控制精度低的不足。
2. 解决了 USB 通信作为工业级通信方式的问题,USB 虽然在大批量数据传输
时有很好的速率,但是在小批量数据传输时存在实时性不够的缺点。论文
通过多端点缓冲的方法解决了小批量数据实时传输中存在的问题。
3. 提出了改进的逐点比较插补算法,实现了逐点比较法用于三轴步进电动机
的联动控制。
关键词:数字控制技术,TMS320F2812,CY7C68013,USB,运动控制卡
I
Abstract
Abstract
Motion control card is a PC and industrial puter interface card, as the
upper control unit used in varieties of motion control occasions (including
displacement, velocity, acceleration, etc.), mostly used for the stepper motor or servo
motor control of movement. With the development of electronic technology, the
traditional card which use PCI, ISA bus and use the digital circuit or microcontroller,
both the facilitate of connection or the speed and accuracy of motion control can not
meet to the further request of modern automatic control. It prompted us to choose
some new methods and new technology to improve the traditional motion control
card.
USB interface has e