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嵌入式工业以太网智能节点控制器开发研究

作　者: 孟海霞
导　师: 李国洪
学　校: 天津理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 工业以太网 TCP/IP MCF52234 智能控制器
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


智能节点控制器是工业网络控制系统的重要组成部分,在工业网络控制系统中起着承上启下的作用。智能节点控制器推动了以太网在工业控制中的应用。本文的主要工作内容是完成智能节点控制器的开发与研究。首先,分析了现场总线的发展及现状,以太网相对于现场总线的优势以及以太网应用于工业自动化控制中的可行性。简单介绍了以太网技术、嵌入式技术及CAN总线技术,详细阐述了研究和学习智能节点控制器过程中所需要的关键技术：工业以太网体系及TCP/IP协议。结合对关键技术的研究及智能节点控制器的特点,提出了嵌入式工业以太网智能节点控制器的总体框架。其次,对智能节点控制器进行了硬件设计。采用Freescale公司的32位微处理器芯片MCF52234作为智能节点控制器的核心,主要完成硬件外围电路设计,具体包括：电源模块、数据采集模块、以太网通信模块、FlexCAN模块、串口通信接口模块以及JTAG和BDM调试模块。随后,进行了智能节点控制器的软件设计,完成智能节点控制器的的数据采集和与上位机通信的功能。给出了智能节点控制器系统主程序设计、数据采集模块程序设计、以太网通信模块程序设计和CAN总线程序设计。软件设计是在软件集成开发环境——Code Warrior下完成的。最后,对智能节点控制器系统进行了测试和分析。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 课题所运用的关键技术及其发展现状  10-12
    1.2.1 以太网技术及其发展现状  10
    1.2.2 嵌入式技术及其发展现状  10-11
    1.2.3 CAN总线技术及其发展现状  11-12
  1.3 论文主要研究内容及章节安排  12-13
第二章 工业以太网与嵌入式TCP/IP协议  13-26
  2.1 工业以太网  13-14
  2.2 以太网的通信原理  14-16
    2.2.1 以太网的帧格式  14
    2.2.2 以太网的工作原理  14-16
  2.3 典型的工业以太网  16-17
  2.4 工业以太网存在的问题及解决方案  17-18
    2.4.1 工业以太网在应用中存在的问题  17
    2.4.2 解决方案  17-18
  2.5 嵌入式TCP/IP协议  18-24
    2.5.1 TCP/IP协议  18-20
    2.5.2 网络接口层协议分析  20-21
    2.5.3 网络层协议分析  21-22
    2.5.4 传输层协议分析  22-24
  2.6 嵌入式工业以太网智能节点控制器系统总体设计  24-25
  2.7 小结  25-26
第三章 智能节点控制器的系统硬件设计  26-34
  3.1 智能节点控制器系统总体结构  26
  3.2 MCF52234微处理器概述  26-27
  3.3 电源电路设计  27-28
  3.4 以太网通信模块设计  28-29
  3.5 A/D转换模块  29-30
  3.6 UART模块  30-31
  3.7 FlexCAN模块  31-32
  3.8 存储模块  32-33
  3.9 BDM和JTAG接口  33
  3.10 小结  33-34
第四章 智能节点控制器系统软件设计  34-49
  4.1 软件开发环境  34-35
    4.1.1 开发工具概况  34
    4.1.2 CodeWarrior开发环境简介  34-35
  4.2 智能节点控制器主程序设计  35-36
  4.3 数据采集模块程序设计  36-39
    4.3.1 数字滤波  36-37
    4.3.2 AD转换程序  37-39
  4.4 以太网通信程序设计  39-44
    4.4.1 以太网模块初始化  39-41
    4.4.2 TCP/IP协议实现  41-42
    4.4.3 以太网数据发送、接收程序设计  42-44
  4.5 CAN通信程序设计  44-48
    4.5.1 FlexCAN模块  44-46
    4.5.2 FlexCAN模块初始化  46
    4.5.3 CAN数据发送、接收程序设计  46-48
  4.6 小结  48-49
第五章 智能节点控制器的测试结果及分析  49-53
  5.1 智能节点控制器的测试及分析  49-52
  5.2 小结  52-53
第六章 总结与展望  53-54
参考文献  54-57
发表论文和科研情况说明  57-58
致谢  58-59
附录  59-66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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