基于DSP和CPLD的运动控制卡设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文基于DSP和CPLD的运动控制卡设计与实现姓名：胡吉柱申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：刘宏2011-01-17华中科技大学硕士学位论文摘要开放式体系结构的数控系统已成为当今数控技术发展的主要研究方向之一其中“计算机+运动控制卡”的模式已成为开放式数控技术发展的主流方向。在该模式中运动控制卡的性能优劣成为影响数控系统整体性能的关键因素。在分析与总结了当前国内外相关研究成果的基础上针对运动控制卡的设计问题提出一种基于数字信号处理器（DigitalSignalProcessorDSP）和复杂可编程逻辑器件（ComplexProgrammableLogicDeviceCPLD）联合控制技术的运动控制卡解决方案。在该解决方案中运动控制卡采用PCI总线协议与计算机通信实现了复杂轨迹运动的实时控制功能。在关键技术上引入PCI总线控制器于CPLD片上集成技术提高了频繁插拔型PCI总线设备的可靠性和安全性；研发了匀速输出状态可控FIFO（FirstInputFirstOutput先入先出）的“漏水算法”为用户端提供了更高效实用的API（ApplicationProgrammingInterface应用程序编程接口）使终端用户开发应用产品更加便捷高效同时保证了下层硬件输出控制的实时性与稳定性；采用DSP与CPLD复用RAM技术实现数据交互极大的提高了带宽利用率；在高性能DSP上引入插补算法实现了复杂轨迹坐标点的插补运算功能使运动控制卡具备复杂轨迹控制信号的实时输出能力。实验表明基于DSP和CPLD的运动控制卡方案实现了高速、精确、实时、稳定的复杂轨迹运动控制且接口广泛支持市面上多种类型的主流数控机构是一款低成本、高性能及多功能的运动控制解决方案。关键词：数控系统嵌入式系统运动控制数字信号处理器复杂可编程逻辑器件I华中科技大学硕士学位论文AbstractOpenarchitectureCNC(computernumericalcontrol)hasbecomethepopulartrendofCNCtechnologyandthemodeof"industrialcomputerwithmotioncontrolcard"isthemainstreamofthedevelopmentofopenCNCtechnology.Inthismodetheperformanceofmotioncontrolcardactsasonekeyfactortodecidesystemperformance.AfteranalyzingandsummarizingthecurrentstatusofrelatedresearchbothathomeandabroadamotioncontrolcardwasdesignedwhichisbasedonDSP(DigitalSignalProcessor)andCPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)jointcontroltechnologyusingPCI