基于MCX314步进电机运动控制器设计毕业论文.docx

《基于MCX314步进电机运动控制器设计毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MCX314步进电机运动控制器设计毕业论文.docx（40页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、基于MCX314步进电机运动控制器设计毕业论文目次1绪论错误!未定义书签。1.1 数控系统的发展错误!未定义书签。1.2 开放式数控系统及其研究现状错误!未定义书签。1.3 论文主要工作错误!未定义书签。2运动控制关键技术分析及方案制定错误!未定义书签。2.1 运动控制系统错误!未定义书签。2.2 步进电机运动控制系统错误!未定义书签。2.3 方案的制定错误!未定义书签。2.4 MCX314芯片错误!未定义书签。2.5 AT91FR40162芯片介绍错误!未定义书签。2.6 CAN总线技术错误!未定义书签。2.7 本章小结错误!未定义书签。3电路的运动控制器的硬件设计错误!未定义书签。3.1

2、硬件设计错误!未定义书签。3.2 电路的抗干扰设计错误!未定义书签。3.3 本章小结错误!未定义书签。4软件设计错误!未定义书签。4.1 系统工作流程错误!未定义书签。4.2 控制程序特点与编写错误!未定义书签。4.3 串口通信错误!未定义书签。4.4 本章小结错误!未定义书签。结论错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。附录一：总体电路图错误!未定义书签。附录二：总体电路的PCB图错误!未定义书签。目次1绪论11.1 数控系统的发展11.2 开放式数控系统及其研究现状21.3 论文主要工作42运动控制关键技术分析及方案制定52. 1运动控制系统52.1 步进电机运动

3、控制系统62.2 方案的制定72.3 MCX314 芯片92.4 5 AT91FR40162 芯片介绍132.5 CAN总线技术142.6 本章小结153电路的运动控制器的硬件设计163. 1 硬件设计163.1 电路的抗干扰设计233.2 本章小结244软件设计254. 1 系统工作流程254.1 控制程序特点与编写264.2 串口通信294.3 4 本章小结30结论31致谢32参考文献33附录一：电路原理图34附录二：电路PCB图错误!未定义书签。1绪论制造业是国民经济的基础产业，制造业水平的高低是衡量一个国家工业发达程度的重要标志。大力发展先进的制造技术已成为世界各国最重要的几大技术战略

4、之一，先进制造技术已经是国际竞争与产品革新的一种重要手段。近年来，世界范围内出现了研究应用先进制造技术的浪潮，以机械制造为代表的先进制造技术己成为当代国际间科技竞争的重点，许多国家制定了相应的计划，其中最具代表性的是美国的先进制造技术计划(AMT)、韩国的高级先进技术国家计划、日本的智能制造计划(IMS)和德国制造2000计划等。在我国，先进制造技术的重要性业已引起各界的认识和重视，被列为“九五”计划和2010年中长期科研发展规划中的主要关键技术和重要发展方向叫数控机床在整个现代制造系统中处于基础性的、核心的地位。因此，在现代制造系统朝着集成化、综合化和智能化发展的今天，特别是计算机技术发展与

5、普及化，深入研究新一代数控技术具有重要的意义和实用价值。1.1 数控系统的发展数控系统(Numerical Control System)是一种控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。早期的数控系统采用数字逻辑电路构成。1952年诞生的第一代为电子管式，1959年发展为第二代晶体管式，1965年出现了第三代的小规模集成电路式数控系统。这三代数控系统的所有功能均由硬件实现，所以称为硬件数控系统。这种数控系统没有通用性和灵活性，所以其应用范围受到很大限制，可靠性较低，造价较高。随着计算机技术的发展，1970年出现了通用小型计算机。于是将它移植过来作为数控系统的核

6、心部件，出现了第四代数控系统，即计算机数控(CNC)系统。1974年,微处理器被应用于数控系统后，发展为第五代数控系统，即现代CNC系统。CNC系统特别是现代CNC系统的主要功能，如插补运算、刀具补偿、用户数控程序的预处理、刀具加工轨迹仿真等均由软件实现，所以CNC系统又称为软件数控系统。自从出现了现代CNC系统以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低、价格昂贵、应用不便(主要是编程困难)等关键问题。到70年代末80年代初，现代CNC系统进入成熟期，并在工业化国家形成产业化，数控系统及数控机床开始批量生产和投放市场，数控技术在其它领域也得到了普及应用。CNC技术的应用为制造业带来异常深刻的变革，

7、但是，随着现代制造技术的发展，对CNC系统提出了越来越高的要求。从完成功能上看，一方面CNC系统必须适应DNC、CAD/CAM及CIMS的发展，能提供一个可以集成不同开发商提供的软件并适合联网需要的平台；另一方面，随着数控系统在机械制造、冶金、纺织、印刷、军工等行业的应用日益增多，中小批量生产的趋势日益增强，必须根据不同的用户需求，迅速、高效、低成本地构筑面向用户的数控系统。这就要求CNC系统具有模块化和重新配置的特点：从使用的角度看，新型CNC系统应能运用于各种计算机软硬件平台上，并提供统一风格的用户交互环境，以便于用户的操作、维护和更新换代。还应能在普及型个人计算机的操作系统上，简便地应用

8、系统所配置的软件模块和硬件运动控制插件卡；机床制造商和用户能够方便的进行软件开发，追加功能和实现功能的个性化，使CNC系统具有PC的高速分析运算能力，大容量存储功能，各种软件的支撑，图文显示的优势以及联网的灵活性。显然，现代的封闭式结构的CNC系统根本无法满足这些要求。数控系统生产厂商为了保持自己的市场竞争力，必须寻求更好的技术手段，使他们的专用技术能够随着计算机技术的更新换代而顺利的升级，不必为CNC产品换代而自己开发所有的软、硬件功能模块。在这种情况下，基于PC（国外称为PCBASED）的第六代数控系统一一开放式结构数控系统便成应运而生网。1.2 开放式数控系统及其研究现状进入90年代以来

9、，为了适应时代的要求，世界上一些研究机构和生产厂商先后开展了开放式数控系统的研究。1.2.1 开放式数控系统的概念根据IEEE关于开放式系统的定义：能够在多种不同的平台上运行，可以和其他系统的应用互操作，并能给用户提供一种一致风格的交互方式。开放式体系结构普遍采用模块化、层次化的结构，并通过各种形式向外提供统一的应用程序接口，具有可移植性、可扩展性、互操作性和缩放性等特点，即系统组成的内部开放化和系统组成各部件之间的开放化。开放式系统具有以下基本特征：（1）开放性。提供标准化环境的基础平台，允许不同功能和不同开发商的软硬件模块介入。(2)可互操作性。通过提供标准化接口、通信和交互机制，使不同的

10、功能模块能与标准的应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力，协调工作。(3)可移植性。系统的功能软件与设备无关，即应用统一的数据格式、交互模型、控制机理，使构成系统的各个功能模块可来源于不同的开发商提供的硬件平台之上。(4)可扩展性。CNC系统的功能、模块可以灵活设置，方便修改，既可以增加硬件或软件构成功能更强的系统，也可以裁减其功能以适应低端应用。(5)可互换性。不同性能、不同可靠性和不同能力的功能模块可以相互替代，而不影响系统的协调运行。具有上述基本特征的数控系统可以称为开放式数控系统，这种开放式控制系统体系结构并不是现有控制系统体系结构的简单集合，而是在博采众长的基础上，

11、反映控制系统体系结构未来发展的产物，它将引导开放式控制系统产品的发展，并对技术的发展起一定的指导作用。在该体系结构中，提供的是概念性和功能性的结构，而不是系统设施和标准细节的精确定义。1.2.2 开放式数控系统的研究现状国际上与开放性数控的项目相关的项目比较多，早在80年代，为了拟订并推进关于新一代开放式控制系统的详细分析与规范，美国国防部就开始了名为“下一代控制器(NGC)”的计划。目前最具影响力的是分别由欧洲各国、美国及日本进行的OS AC A. OMAC、OSE,因而这三个计划的发展现状基本上代表了开放性数控的发展现状。与国际先进水平相比，我国国内的开放式数控系统的研究还处于初级阶段，主

12、要采用在工业PC或普通PC的总线插槽上插入运动控制卡和I/O卡，配以自行开发的控制软件来完成数控系统的基本功能。目前己有的开放性数控系统主要有四种：华中I型、中华I型、航天I型和蓝天I型。控制系统的开放式结构的出现将导致新一代控制器的产生，并成为未来制造业的一大支柱。控制器结构的开放性为数控技术能持续不断地吸收日新月异的计算机硬软件最新成果创造了条件，有利于数控产品自身的更新换代，提高性能，增强竞争力，这正是开放式NC控制器之所以被各发达国家视为重要的战略技术、纷纷投入研究的重要原因。制造业第三次革命的开放式控制系统的研究，为我国数控产业的发展带来了新的契机。我们应该抓住这一大好时机，迅速开展

13、并深化我国的开放性控制系统的研究，缩小我国制造业水平与发达国家之间的差距18 19 36O1.3 论文主要工作目前，由于以DSP为代表的高速高性能专用微处理器的出现和PC机的广泛普及,采用运动控制器的数控系统将成为新一代数控技术发展潮流，运动控制器将成为未来数控系统的核心。在本设计中，我们选用日本NOVA电子有限公司研制的DSP运动控制专用芯片MCX314o MCX314由硬件来实现复杂的运动控制算法，使得编程方便，接口简单，工作可靠，给运动控制带来极大方便，可广泛应用于数控机床、机器人等领域的运动控制。基于MCX314运动控制器具有处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。论

14、文的内容包括：(1)数控技术的研究现状与发展趋势，确定课题方案。(2) AT91FR40162+MCX314运动控制器的硬件设计。(3)运动控制器的测试软件设计，包括一些基本的功能函数和测试例程。(4)总结和后期展望。2运动控制关键技术分析及方案制定2.1 运动控制系统运动控制的实质是根据预定的方案，将上位控制系统做出的决策命令变成某种期望的机械运动，以得到确定的位置、速度、加速度或特定的运动形式。一个完整的运动控制系统通常由上位控制器、驱动器、执行电机、机械传动机构和位置检测元件等组成，其结构框图如图2-1所示26 3叫驱动器图2-1运动控制系统结构框图上位控制器将分析、计算所得出的决策命令

15、以数字脉冲信号或模拟电压信号的形式送到电机驱动器中，驱动器进行功率变换，并驱动伺服电机根据上位指令转动。电机通过传动机构带动机械结构运动，便可以得到预期的运动参数和运动形式。上位控制器通常是运动控制卡、具有运动控制功能的PLC、数控系统(CNC)或单片机系统等。数字化执行电机的受控性能较好，己在运动控制系统中普遍应用，如步进电机或数字式交流伺服电机等。位置检测装置有脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅、磁尺及激光干涉仪等。基于以上对运动控制系统的简要分析，可对其作如下定义：运动控制系统是集机械、电子、计算机技术于一体的软硬件系统，它根据预定的方案，将上位控制系统做出的命令变成某种期望的机械运动，使控制目标得到精确的位置、速度、加速度，或具有特定规律的运动形式。2.2 步进电机运动控制系统不管是那一种类型的步进电机，其运