《省线式编码器串行总线接口的设计与实现.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《省线式编码器串行总线接口的设计与实现.（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、重庆大学本科学生毕业设计（论文）省线式编码器串行总线接口的设计与实现学 生：苏玲宏学 号：20072649指导教师：严兴春校外指导教师：唐小琦专 业：机械设计制造及其自动化重庆大学机械工程学院二O一一年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityThe Multiplexed Data Line Encoder Serial Bus Interface Design and ImplementationUndergraduate: Su LinghongSupervisor: Prof. Yan XingqunAssistant Sup
2、ervisor : Prof. Tang Xiaoqi Major: Mechanical Design and Manufacture and AutomationCollege of Mechanical EngineeringChongqing UniversityJune 2011重庆大学本科学生毕业设计（论文） 中文摘要摘 要本论文围绕全数字交流伺服系统，分析了伺服驱动系统的组成，论述了数控系统和伺服系统的研究现状和发展趋势。重点研究了伺服系统位置反馈装置编码器。在吸收和借鉴国内外研究成果的基础上，本文深入研究了省线式编码器与数控伺服系统的串行总线接口。在结合Altera 公司FPG
3、A芯片和光电编码器接口技术的基础上，设计出了省线式编码器串行总线接口装置，该装置由硬件和软件组成。硬件主要由编码器输入接口模块、FPGA模块、编码器上电控制模块以及输出接口模块构成。软件主要由四倍频辨向模块、编码器电影控制模块以及Endat2.2协议模块组成。通过电路板焊接、调试与程序编写、下载后，该装置能够准确读取省线式编码器输出的相对位置信号，并且用FPGA芯片进行四倍频、辨向、计数以及Endat2.2协议输出等处理，成功地将编码器信号反馈给了交流伺服控制系统，构成了控制系统完整的位置和速度反馈环。关键词：交流伺服系统，省线式编码器，FPGA，Endat2.2协议II重庆大学本科学生毕业设
4、计（论文） ABSTRACTABSTRACTArounding the all-digital AC servo system,the composition of the servo drive system is discussed,the current situation and the developing trend for the study of the CNC system and servo drive system are analyzed in this paper.Especially focuses on the position feedback servo sy
5、stem device-encoder.This paper focuses on the serial bus interface between the multiplexed data line encode and CNC servo systems,on the basis of research results at home and abroad.This paper focuses on the serial bus interface between the multiplexed data line encode and CNC servo systems,on the b
6、asis of research results at home and abroad.We use the FPGA chip of Altera Corporation and optical encoder interface technology to design the multiplexed data line encode serial bus interface device. The device consists of hardware and software.Hardware consists of the encoder input interface module
7、, FPGA module, encoder power control module and output module.Software mainly consists of the following parts:fourfold-frequency direction-judgement module, encoder power control module and Endat2.2 protocol module. After welding the circuit board,programming,debugging and downloading the software,t
8、he device can accurately read the output position signal of the multiplexed data line encode,and realize the functions of four frequency, identifying the direction, counting, and Endat2.2 protocol outputing with the FPGA chip.The encoder signals are also fed to the AC servo control system successful
9、ly by the device,it constitutes a complete position and velocity feedback loop of control system.Key words：AC servo system, multiplexed data line encode,FPGA,Endat2.2 protocol重庆大学本科学生毕业设计（论文） 1 绪论目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 数控系统简介11.2.1 数控系统的组成21.2.2 数控系统的发展趋势31.3 伺服驱动系统简介51.3.1 交流伺服系统组成
10、51.3.2 伺服驱动系统的发展趋势61.4 本论文主要内容72 编码器及其接口技术82.1 光电编码器82.1.1 增量式光电编码器92.1.2 绝对式光电编码器102.1.3 省线式编码器112.2 编码器信号的细分技术112.3 编码器接口技术123 省线式编码器串行总线接口装置硬件设计143.1 硬件总体结构143.2 主要电路模块设计143.2.1 编码器接口电路设计143.2.2 FPGA模块电路设计153.2.3 编码器上电控制模块设计183.2.4输出接口电路设计184 省线式编码器串行总线接口装置软件设计204.1 系统软件编程环境介绍204.1.1 Quartus编程环境介
11、绍204.1.2 Quartus编程环境的设计流程214.1.3 硬件描述语言简介224.2 软件总体框图224.3 软件主要模块设计234.3.1 FPGA软件顶层图234.3.2 四倍频辨向模块设计234.3.3 上电控制模块设计254.3.4 Endat2.2协议模块设计275 实验结果315.1 装置实物图315.2 测试结果326 总结与研究展望356.1 全文总结356.2 研究展望35参考文献37致谢38IV1 绪论1.1 课题研究背景和意义自上世纪七十年代以来,随着电力电子技术、微电子技术、传感器技术、电机技术以及控制理论等技术的飞速发展，以交流伺服电机为控制对象的交流伺服系统
12、逐渐取代直流伺服系统，在数控机床、机器人、大规模集成电子制造和军用武器随动系统等方面得到广泛应用。近十多年来，由于永磁材料及相关技术的重大突破，永磁同步电机性能得到了迅速提高，其良好的低速运行性能和较高的性价比等优点使得三相永磁同步电机逐渐成为交流伺服系统执行电机的首选。随着高性能微处理器在电机调速系统的广泛应用，使得交流伺服系统由模拟、模数混合方式向全数字方式发展。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术
13、及其产业，而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策，严重制约了我国高档数控机床产业的发展。因此，数控系统产业是关系到国家经济安全、产业安全和国防安全的战略性产业。我国数控产业经历了“十五”、“十一五”产业化攻关，已取得了重要的阶段性成果。但是我国高档数控机床的技术水平、整体质量与发达国家相比还有较大差距1。本课题是来源于华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心自主开发的课题：全数字交流伺服电机驱动系统研制。该伺服驱动系统主要由DSP和FPGA组成的运动控制器、智能化功率模块（IPM）、光纤总线接口、编码盘反馈接口等组成。运动控制器将光纤总线接口接收数控单元发送位置运动控制指令
14、和码盘反馈位置信息进行处理，最后通过IPM模块驱动伺服电机。本课题的主要任务是开发全数字交流伺服电机驱动装置控制接口模块中省线式编码器接口模块，该接口模块完成对省线式编码器信息的读取，并通过FPGA进行细分、计数、鉴向，最后将结果以目前使用较普遍的编码器数据接口协议EnDat传送出去，供上位机进行控制。1.2 数控系统简介 自1952年第一台数控机床问世到如今六十年的历史中，以电子信息技术为基础，集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术、液压气动技术、光机电技术于一体的数控技术得到了迅速发展和广泛应用，使得普通的机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替，从而形成了巨大的生产力，促进制造业发生了根本性的变化。 数控机床不但是机械工业中的重要基础装备，也是汽车、电子、航空、国防等支柱产业生产现代化的主要手段。数控机床产业本身的产值远不如汽车、航空、航天等产业，但高效能的数控机床给制造业带来了高倍率的效益增长和现代化的生产方式，是促进国民经济发展的巨大原动力。1.2.1 数控系统的组成数控系统是数字控制系统的简称，它根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配
