基于USB总线的FPGA运动控制卡设计-控制工程专业论文.docxVIP

原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 日期： 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括： ①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可 以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学 位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位 论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（必威体育官网网址学位论文在解密 后遵守此规定）。 签 名： 日期： 导师签名： 日期： 基于 USB 总线的 FPGA 运动控制卡 摘 要 为了适应国内市场对运动控制卡的具体需求，紧跟世界运动控制卡的发展趋势， 运用运动控制技术的必威体育精装版成果，本课题基于 USB 接口技术设计了一款比较新颖的以 FPGA 为核心处理器的三轴联动多功能运动控制卡。本运动控制卡利用了 USB 总线的 快速传输率和即插即用的方便性，以及 FPGA 的丰富资源和快速运算能力，使其具备 了强大的信息处理能力、很好的实时控制能力和很高的开发程度。 本课题选用 Philips 公司的 PDIUSBD12 作为通信接口芯片，Altera 公司的 EP3C16Q240C8 的 FPGA 作为系统的主控芯片，Allegro 公司的 SLA7042M 作为电机 驱动芯片，完成了运动控制卡主要功能，为了实现对不同输入信号的兼容，采用 Texas Instruments 公司的 74ALVC164245 设计了电平转换电路，同时采用光电隔离技术设计 了数字输入/输出电路，保证了系统能够安全稳定的工作。 FPGA 作为运动控制卡的核心处理器，不但要完成与 PC 机的通信，还要处理由 PC 机发送的数据，并根据处理结果完成对电机的控制。针对运动控制卡的 USB 通信 功能，本课题利用硬件描述语言在 FPGA 内部实现 USB 接口控制模块。针对然后针对 运动控制过程中如设备平稳性、对下位机的实时控制以及多个坐标轴联动等具体问题， 在 FPGA 内部设计了能够实现单轴独动或者多轴联动的运动控制电路。运动控制电路 中包括了功能齐全的加/减速控制电路、插补电路和细分控制电路。 本课题设计的运动控制卡是一个自定义的 USB 设备，它与 PC 进行通信时必须有 对应的驱动程序。课题中使用 DDK、DriverStudio3.2 和 VC++6.0 开发了运动控制卡的 USB 驱动。为了更方便地对运动控制卡进行操作，还利用 VC++6.0 设计了运动控制卡 的上位机应用程序。并在实验室环境下搭建了系统测试平台，对本运动控制卡的通信 接口和运动控制卡的加减速功能以及插补功能进行了测试，从测试和应用结果来看， 本运动控制卡达到了预期的要求。 关键词：USB 接口技术，运动控制卡，FPGA The Design of Motion Controller Based on FPGA and USB Abstract In order to meet the specific requirements in the field of domestic industrial control, keep up with the world development trend of the motion control cards, and utilize the latest development of the motion control technology, by the USB interface technology, the paper designed a comparative new three-axis linkage multi-function motion control card based on FPGA. Using the rapid transfer rate of USB bus and convenience of plug and play, as well as the rich resources and the fast operation ability of FPGA, the motion control card has the powerful information processing ability, excellent real-time control capability and high d