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基于PCI总线和MCX314的运动控制卡的研究和设计

作　者: 陈科
导　师: 王晓初
学　校: 广东工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 焊线机运动控制 PCI总线 MCX314
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

全自动IC芯片焊线机,是广东工业大学机电工程学院已研发出来的一套微电子封装设备。焊线机的整个控制系统包括工业控制计算机、电动机控制模块、模拟／数字信号转换与处理模块、图像处理以及电源模块。上述各部分中,工业控制计算机作为焊线机的核心控制单元,完成整个控制系统的管理、调度以及人机交互等功能。电动机控制模块以运动控制卡的形式体现,对电动机发出脉冲／方向控制信号、接收并处理各电动机轴上的限位开关信号。电动机控制模块与工业控制计算机之间通过PCI总线相连,其中,基于PCI总线的运动控制卡的设计是本课题的重点。本文针对全自动IC芯片焊线机的电动机控制模块的功能原理及控制方法,从硬件电路和软件设计两方面对运动控制卡进行了研究与设计,并对制作出的实验电路板进行相关的硬件调试和实验参数的验证分析。根据设计要求,文章确定了控制卡的总体实现方案,并对该方案进行了研究与分析；重点针对基于PCI总线接口的运动控制卡硬件电路进行了详细的分析与设计、同时对运动控制卡的配置程序、驱动程序以及功能函数库的设计进行了试验和探讨。最后,为运动控制卡搭建了硬件电路并做了相关硬件调试。芯片选型部分,选取PLX公司PCI9052作为PCI接口芯片,诺华公司MCX314作为运动轨迹控制芯片,Altera公司EPM3128ATC100作为逻辑器件控制芯片。硬件电路设计部分,完成了PCI总线接口模块、局部总线模块、电源模块、逻辑控制模块、手动模式模块、连接器接口模块以及X、Y、Z、U轴等控制模块的设计。同时完成了PCB的设计,制作焊接出了实验电路板。软件程序设计部分,主要对控制卡上的资源分配进行了配置程序的设计。硬件调试部分,利用编写的配置程序及其它试验程序,对运动控制卡的硬件进行了测试和验证,结果表明硬件达到了预期的设计目标。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
CONTENTS  10-13
第一章绪论  13-21
  1.1 课题背景  13-15
    1.1.1 运动控制技术概述  13-14
    1.1.2 运动控制的关键技术  14-15
  1.2 运动控制卡的国内外发展现状  15-17
  1.3 课题来源  17-18
  1.4 课题研究实际意义  18
  1.5 课题研究主要内容  18-21
第二章运动控制卡的总体方案设计  21-39
  2.1 运动控制卡的方案描述及方案选型  21-23
    2.1.1 运动控制卡的性能要求  21-22
    2.1.2 运动控制卡的方案选型  22
    2.1.3 运动控制卡的整体结构  22-23
  2.2 运动控制卡的芯片选型  23-37
    2.2.1 专用运动控制芯片的选型  23-29
      2.2.1.1 芯片选型  24-25
      2.2.1.2 MCX314芯片介绍  25-29
    2.2.2 PCI总线接口芯片的选型  29-34
      2.2.2.1 PCI总线概述  29-30
      2.2.2.2 PCI接口芯片选型  30-31
      2.2.2.3 PCI9052芯片介绍  31-34
    2.2.3 编程逻辑器件的选型  34-37
      2.2.3.1 可编程逻辑器件概述  34-35
      2.2.3.2 可编程逻辑器件选型  35-36
      2.2.3.3 EPM3128ATC100-10N芯片介绍  36-37
    2.2.4 其他外围电路模块芯片选型  37
  2.3 EDA开发软件的选择  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章运动控制卡的硬件设计  39-61
  3.1 运动控制卡的硬件实现  39-40
  3.2 运动控制卡的硬件电路原理设计  40-55
    3.2.1 电源模块的设计  40-41
    3.2.2 PCI总线模块的设计  41-43
    3.2.3 局部总线模块的设计  43-46
    3.2.4 逻辑控制模块的设计  46-47
    3.2.5 手动模式模块的设计  47-48
    3.2.6 X、Y、Z及U轴模块的设计  48-54
      3.2.6.1 X轴脉冲输出接口电路  49-51
      3.2.6.2 X轴反馈输入接口电路  51-53
      3.2.6.3 X轴通用输入／输出接口电路  53-54
      3.2.6.4 运动状态显示接口电路  54
    3.2.7 连接器接口模块的设计  54-55
  3.3 运动控制卡的PCB设计  55-60
    3.3.1 PCB相关介绍  56-58
    3.3.2 运动控制卡的PCB设计  58-60
  3.4 本章小结  60-61
第四章配置程序及实验软件的设计  61-77
  4.1 串行EEPROM的配置  61-68
    4.1.1 PCI总线到局部总线的访问原理  61-63
    4.1.2 PCI9052内部寄存器功能描述及参数设置举例  63-67
    4.1.3 串行EEPROM的信息配置  67-68
  4.2 其他实验软件的设计  68-76
    4.2.1 驱动程序的编写  68
      4.2.1.1 驱动程序介绍  68
    4.2.2 Windriver开发驱动程序的方法  68-69
    4.2.3 可编程逻辑器件的编程  69-71
    4.2.4 运动控制函数库的编写  71-76
      4.2.4.1 MCX314内部控制寄存器介绍  71-75
      4.2.4.2 DLL动态链接库  75-76
  4.3 本章小结  76-77
总结与展望  77-79
  全文总结  77-78
  工作展望  78-79
参考文献  79-83
攻读硕士期间发表的论文  83-87
致谢  87-89
附录1  89

基于PCI总线和MCX314的运动控制卡的研究和设计

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