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基于FPGA的MACRO运动控制网络的研究及实现

作　者: 吕利山
导　师: 陈戈珩
学　校: 长春工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: MACRO 运动控制 FPGA 数据接口通信协议
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 7次
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内容摘要

MACRO (Motion And Control Ring Optical)由Delta Tau Data Systems公司为运动控制系统开发的高速实时现场总线通讯协议。本质上MACRO是一个由光纤连接不同的站点,包括主站和从站,而成的一个环形的高速通信网络。环路中的主站与属于自己的从站发送命令数据,并接受来自从站的反馈数据。主站和主站之问通过发送令牌信号来传递环路通信的使用权。MACRO具有通信速率高,实时性好及分布式硬件结构和集中式的软件控制的特点,这使得其非常适用于多轴高速,高精度运动控制领域。FPGA具有并行处理的机制,广泛应用于高速实时数据处理和复杂的协议实现。现代的FPGA具有芯片规模大、设计灵活、成本低,工作可靠性好等优点,并且可以很大地缩短电子产品的开发周期。因此本课题选择FPGA芯片来实现MACRO通信协议。本文对MACRO协议做了深刻的分析,并构建了一个基于MACRO的运动控制平台,详细研究了系统结构,硬件组成和寄存器组织。该平台是由Turbo PMAC Clipper运动控制器,MACRO IC接口卡,SERVO轴扩展卡,IO设备,及驱动器和电机构成。其中MACRO接口卡和SERVO轴扩展卡是MACRO通信协议的载体,是本课题独立完成的关键部分。MACRO接口卡是主站的接口电路,其主要功能包括与运动控制器CPU的总线通信,MACRO协议处理和串行数据流的光电转换。SERVO轴扩展卡是从站的接口电路,其主要功能包括MACRO协议处理,串行数据流的光电转换,电机转动指令的输出,编码器位置反馈信号的处理和I/O量的处理。本文对MACRO接口卡和SERVO轴扩展卡进行了功能模块和电路组成分析,并应用FPGA芯片进行了实现。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章绪论  6-15
  1.1 课题的来源及研究意义  6-7
  1.2 MACRO网络的特点及其应用现状  7-9
  1.3 FPGA技术的特点及应用  9-13
  1.4 课题的主要研究内容及本文的组织结构  13-15
第二章 MACRO总线通信协议  15-26
  2.1 MACRO介绍  15-18
  2.2 MACRO网络的组织  18-20
  2.3 MACRO物理层  20-22
  2.4 MACRO的逻辑层  22-24
  2.5 MACRO环路的差错处理  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第三章 MACRO运动控制系统平台的构建  26-41
  3.1 MACRO运动控制系统平台总体结构模型  26-30
  3.2 MACRO通信系统设计方案和指标  30-33
  3.3 MACRO接口卡功能介绍  33-34
  3.4 SERVO轴扩展卡功能介绍  34-36
  3.5 MACRO运动控制系统的软件寄存器组织  36-40
  3.6 本章小结  40-41
第四章 MACRO IC接口卡的开发  41-56
  4.1 MACRO IC接口卡硬件组成  41-44
  4.2 MACRO IC接口卡原理图设计  44-50
  4.3 MACRO IC接口卡PCB设计  50-51
  4.4 MACRO接口卡VHDL程序开发及调试  51-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章伺服轴扩展卡的开发  56-69
  5.1 轴扩展卡设计规划  56-58
  5.2 轴扩展卡原理图设计  58-63
  5.3 轴扩展卡的PCB设计  63-64
  5.4 轴扩展卡的VHDL程序开发及调试  64-68
  5.6 本章小结  68-69
第六章 MACRO运动平台的调试与总结  69-72
  6.1 MACRO运动平台的调试  69-70
  6.2 全文总结及未来展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-75
作者简介  75
攻读硕士学位期间研究成果  75-76

基于FPGA的MACRO运动控制网络的研究及实现

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