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基于EtherCAT总线的测控终端设计

作　者: 余漳
导　师: 李伟光; 陈育贵
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械工程
关键词: EtherCAT总线测控终端 EtherCAT主站 DSP DSP/BIOS
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着微电子技术和以太网技术的发展，将以太网技术应用于工业监控领域，是当前工控现场总线技术的一个重要发展趋势。EtherCAT总线是一种高实时性、高可靠性和具有灵活拓扑结构的工业以太网现场总线，适合应用于工业监控领域。目前，EtherCAT总线技术受到了工业监控领域的广泛关注和研究。本文在深入研究EtherCAT总线技术和嵌入式DSP技术的基础上，将EtherCAT总线技术与嵌入式DSP技术相结合，研制新型的现场总线型测控终端，并对测控终端的硬件设计和软件开发做出总体规划。在硬件方面，测控终端硬件电路采用“控制功能板+EtherCAT通信接口板”的分离设计方式，其中，控制功能板采用TI公司的TMS320F28335系列DSP作为主处理器；EtherCAT通信接口板主要采用Beckhoff公司的从站控制器ET1100，实现系统网络的数据链路层，以及采用MICREL公司的PHY芯片KS8721，实现网络的物理层。在硬件总体方案指导下，对主控模块、通信接口模块、控制接口模块、信号检测接口模块和电源模块进行详细设计。在软件方面主要分为测控终端软件开发和EtherCAT主站软件开发。测控终端软件开发主要是针对数字信号处理器DSP进行开发设计，并采用模块化、层次化和结构化设计方法，在DSP/BIOS实时操作系统下开发设计测控终端各功能模块和进行各模块的任务调度。EtherCAT主站软件开发主要是在Windows操作系统下基于MFC技术设计主站的控制界面，实现EtherCAT主站的基本通信功能和显示功能。最后，在测控终端的软硬件设计基础上，搭建测控终端实验平台，对测控终端主要功能模块进行独立测试，完成EtherCAT通信实验、SPI通信实验、信号检测实验和伺服驱动实验，并分析相关的实验结果，验证测控终端设计的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究意义  10-11
  1.2 国内外相关技术研究现状及发展趋势  11-15
    1.2.1 工业以太网研究现状及发展趋势  11-13
    1.2.2 嵌入式 DSP 技术的研究现状及发展趋势  13-15
  1.3 论文主要研究内容与方法  15-16
第二章测控终端总体方案设计  16-26
  2.1 EtherCAT 技术简介  16-19
    2.1.1 EtherCAT 工作原理  17
    2.1.2 EtherCAT 数据帧规范  17-19
    2.1.3 EtherCAT 分布时钟机制  19
  2.2 测控终端的研究目标  19
  2.3 测控终端的设计指标  19-20
  2.4 测控终端的总体方案设计  20-21
  2.5 测控终端的硬件总体设计方案  21-22
  2.6 测控终端的软件总体设计方案  22-25
  2.7 本章小结  25-26
第三章测控终端硬件设计  26-44
  3.1 主控模块设计  26-31
    3.1.1 TMS320F28335 硬件电路设计  26-29
    3.1.2 复位电路设计  29
    3.1.3 时钟电路设计  29-30
    3.1.4 JTAG 接口电路设计  30
    3.1.5 外部存储电路设计  30-31
  3.2 通信接口模块设计  31-35
    3.2.1 EtherCAT 通信接口电路设计  31-35
    3.2.2 RS232 通信接口电路设计  35
  3.3 控制接口模块设计  35-37
    3.3.1 伺服电机驱动电路设计  35-37
    3.3.2 数字量输出电路设计  37
  3.4 信号检测接口模块  37-41
    3.4.1 模拟量信号采集电路设计  37-40
    3.4.2 编码器反馈信号采集电路设计  40
    3.4.3 数字量输入信号采集电路设计  40-41
  3.5 电源模块设计  41-43
    3.5.1 ±12V 电压转换电路设计  41-42
    3.5.2 +5V 电压转换电路设计  42
    3.5.3 +3.3V 和+1.9V 电压转换电路设计  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章测控终端软件设计  44-73
  4.1 DSP 主控程序设计  44-64
    4.1.1 DSP/BIOS 静态配置  45-47
    4.1.2 main()函数  47
    4.1.3 EtherCAT 通信驱动程序  47-54
    4.1.4 基于 MODBUS 协议的 RS232 通信驱动程序  54-57
    4.1.5 伺服驱动程序  57-60
    4.1.6 AD 采集程序  60-64
  4.2 EtherCAT 主站驱动通信程序设计  64-71
    4.2.1 通信参数配置窗口设计  64-66
    4.2.2 主站运行主窗口设计  66-71
  4.3 本章小结  71-73
第五章测控终端功能模块测试与实验分析  73-88
  5.1 实验平台简介  73-74
  5.2 功能模块测试及实验结果分析  74-87
    5.2.1 EtherCAT 通信实验  74-79
    5.2.2 SPI 通信实验  79-82
    5.2.3 信号检测实验  82-85
    5.2.4 伺服驱动实验  85-87
  5.3 本章小结  87-88
总结与展望  88-90
参考文献  90-93
攻读硕士学位期间取得的研究成果  93-94
致谢  94-95
附件  95

基于EtherCAT总线的测控终端设计

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