《基于DSP的多轴运动控制器的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于DSP的多轴运动控制器的研究（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大连理工大学硕士学位论文摘要本文研究实现了开放式数控系统中基于D S P的多轴运动控制器的硬件及软件构成， 并最后通过实验测试了板卡的性能。运动控制器的C P U为T I 公司的1 6 位定点数字信号处理器T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A 。本 文详细介绍了T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A的工作原理及编程环境。 通过采用具有极高运算速度的 D S P芯片能使整个控制系统具有更高的效率、更高的安全性，完全能满足数控加工的实 时性要求。本文研究应用通过双口R A M实现运动控制器与P C 机的数据通讯，介绍了双口 R A M作为D S P 和P C中间共享存储器
2、通讯的实现机理。采用双口R A M作为数据交换的 中介，是一种实用、高效的系统实现方法，可以使系统交换更高速可靠地完成。控制器构成的数控系统为半闭环系统，其位置反馈电路针对脉冲编码器的信号进行 处理，反馈到控制器中进行位置控制。这一部分采用倍频、计数芯片H C T L 2 0 2 0 完成， 能有效有简化系统设计，提高系统设计质量.完成 控 制 器 外 界 接口 模 块的 设 计 工 作， 实 现 用D / A 及脉 冲 两 种 控制 信号 输出 方 式， 其中着重介绍了模拟量输出方式的电路设计过程。整体硬件采用L a t t ic e 公司的G A L 2 2 V 1 0 来完成电路的逻辑电
3、路设计，可有效地减 少板卡的体积及增加电路的可靠性， 编程语言采用A B E L 语句。本文详 细介绍了 将实时 嵌 入式系 统“ C / O S - I I 移 植入 控制器的 实现方法， 并 在此实时 嵌入式系统的基础上介绍了D S P运动控制器的软件总体结构设计，给出了其中关键程序 模块，如插补程序、位置控制程序及主循环程序设计模块。课题完成了整个硬件的设计，并完成了系统软件体系的构成，包括D S P的初始化、 多任务的 建立、 各 个功能模块的 初步 构成， 并 在T I 公司C C S 2 .2 0 ( C 2 0 0 0 ) 系统环境下 完成硬件测试工作，最后进行了多任务运行C P
4、 U占用量的测试，取得了预期的效果。关 键词: 开 放式数 控系 统:多 轴运动 控制器: 数字 信号处 理器: J C / O S - I I荃于 D S P的多轴运动控制器的研究Abs t r a c tT h e h a r d w a r e a n d s o f t w a r e o f mu l t i - a x i s c o n t r o l l e r s b a s e d o n D S P h a v e b e e n r e s e a r c h e da n d r e a l i z e d， fi n a l l y , t h e b o a r
5、d c a r d i s t e s t e d饰 e x p e r i m e n t .Th e h a r d wa r e f r a me o f t h e c o n t r o l l e r b a s e d o n DS P i s r e s e a r c h e d a n d i n t r o d u c e d i n d e t a i l : T h i s c o n t r o l l e r r e g a r d s 1 6 - B i t fi x e d - p o i n t D S P T MS 3 2 0 L F 2 4 0 7 A
6、a s t h e k e y c h i p , w h i c h o ff e r s i n c r e a s e d p r o c e s s i n g p e r f o r m a n c e 4 0 M I P S , P WM c i r c u it , 1 6 c h a n n e l s A D C , t i m e r , P L L , e t c . f u n c t i o n p e r i p h e r a l h a r d w a r e a n d l a r g e c a p a c i t y b l o c k s t o r e
7、 r e s o u r c e ; C o n t r o l l e r c o m m u n i c a t e s d a t a w i t h P C t h r o u g h D P R A M, t h i s i s a k i n d o f h i g h - e f fi c i e n t s y s t e m a t i c d e s i g n m e t h o d , w h i c h c a n m a k e s y s t e m a t i c in f o r m a t i o n e x c h a n g e m o r e h i
8、g h - s p e e d l y a n d r e l i a b l y , t h e i m p l e m e n t a t i o n m e t h o d i s s i m p l e , t h e s y s t e m i s o f g o o d p e r f o r m a n c e ; T h e f e e d b a c k c i r c u i t o f p o s i t i o n i s fi n i s h e d勿 u s i n g m u l t i p l e f r e q u e n t l y , c o u n t
9、c h i p H C T L 2 0 2 0 , w h i c h h a s h i g h n o i s e i m m u n i t y , f u ll 4 X d e c o d e a n d q u a d r a t u r e d e c o d e r o u t p u t s i g n a l s , u s in g H C T L 2 0 2 0 h a s r a i s e d t h e q u a l i t y o f s y s t e m d e s i g n e d ; U s i n g D / A a n d p u l s e o
10、u t p u t i n c r e a s e t h e a l t e r n a t i v e c o n t r o l o f o u t p u t ; T h e w h o l e h a r d w a r e c i r c u i t a d o p t s G A L 2 2 V I O o f L a t t i c e c o m p a n y t o fi n i s h t h e B o o l e a n c a l c u l a t i o n , w h i c h c a n r e d u c e a r e a o f t h e b o
11、 a r d c a r d a n d i n c r e a s e t h e d e p e n d a b i l i t y o f c i r c u i t .T h e p a p e r r e c o m m e n d s i n d e t a i l t h e m e t h o d o f t r a n s p l a n t i n g r e a l - t i m e e m b e d d e d s y s t e m p C / O S - I I i n t o c o n t r o l l e r , i n t r o d u c e s
12、t h e w h o l e s t r u c t u r a l d e s i g n o f c o n t r o l l e r b a s e d o n D S P a n d p r o v i d e s t h e k e y p r o g r a m m o d u l e , s u c h a s i n t e r p o l a t i o n p r o g r a m , p o s it i o n c o n t r o l p r o g r a m a n d ma i n d e s i g n p r o g r a m.T h e s u
13、b j e c t h a s fi n i s h e d t h e w h o l e h a r d w a r e d e s i g n , a n d h a s fi n i s h e d t h e c o m p o s i t i o n o f t h e s o f t w a r e s y s t e m, i n c l u d i n g t h e i n i t i a l i z e o f D S P , s e t t i n g u p m u l t i t a s k , p r e l i m i n a r y c o m p o s i
14、 t i o n o f e a c h f u n c t i o n m o d u l e , h a s fi n i s h e d t h e h a r d w a r e t e s t j o b u n d e r C C S 2 . 2 0 e n v i r o n m e n t o f T I , c a r r i e d o n m u l t i t a s k o p e r a t i o n w h i c h h a s m a d e t h e a n t i c i p a t e d r e s u l t .K e y w o r d s :
15、 O p e n a r c h i t e c t u r e C N C ; Mu l t i - a x i s C o n t r o l l e r ; D S P ; p C / O S - I I大连理工大学硕士学位论文月 q舀由于技术进步、市场竞争地加剧，数控系统正逐渐由专用体系结构的单C P U系统发 展为具有开放性、互操作性、可移植性、模块化的多C P U的开放式体系结构的系统，开 放式数控系统正得到 越来越广泛的应用。 其中， N C嵌入P C 型的数控系统最为流行，即 将具有高速度、高精度的运动控制器或整个C N C单元插入P C扩展槽中，利用P C机丰 富的软件资源完
16、成整个系统的 人机界面、 输入输出、 预处理等非实时处理任务，实时控 制则由运动控制器来承担，具有开放性的运动控制器是该系统的核心部分，本文就在于 研究一种构成开放式数控系统中关键部件之一的基于D S P的多轴运动控制器。运动控制器的实现按技术发展过程依次经历过基于大规模集成电路、基于微处理 器、基于专用控制芯片等阶段。但由于其核心芯片运行速度慢、编程控制复杂、功能单 调或程序算法固化难维护升级等缺点，使其在社会中难以 得到广泛应用。9 0 年代以来， 数字信号处理器D S P在控制中得到越来越广泛的应用，利用高速D S P实时运算复杂控 制算法，实现高精度多轴伺服控制已成为2 1 世纪运动控制技术发展的方向。对于基于 D S P的运动控制器，国内外己经进行了大量的研究，并且在国外已经得到广泛的实际应 用，其中以美国D e l t a T a u 公司生产的P MA C多轴运动控制器最为出色，控制器本身具 有C P U ，同时开放包括通信端口、结构在内的 大部分地址空间，辅以 通用的D L L同P C 结合地最为紧密。这种系统的特点是灵活性好、功能稳定、可共享计算机的所有资料， 目 前
