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基于PC的数控系统是目前比较流行的开放式数控系统。近年来,由于PC机发展迅速,技术成熟,软件资源丰富,能够方便地实现人机界面的开放性和个性化。因此充分利用PC机资源,发展基于PC的数控系统,已成为世界各国发展研究的重点。和国外相比,运动控制器在我国的应用和发展相对滞后。因此,本文对个人计算机数控系统的核心处理部件运动控制器进行了设计和研究,提出了以TMS320F2812 DSP芯片为核心的设计方案,设计开发了四轴运动控制卡；并详细介绍了运动控制卡硬件平台及其软件的设计和开发过程。
本文根据控制卡的性能要求以及运动控制卡在运动控制系统中的功能和结构,确定了运动控制卡的硬件组成。详细介绍了DSP芯片TMS320F2812、PCI接口芯片PCI9054、可编程逻辑器件EPM7128、双端口RAM IDT70V27的结构和特点。该运动控制卡以TI公司的DSP芯片TMS320F2812作为其核心处理器,通过PCI总线与PC机进行数据交换,采用PCI专用接口芯片PCI9054与DSP共享双端口RAM的方式提高了数据传输的速率。本课题对运动控制卡的各个模块进行了详细的设计,包括DSP最小系统模块、DSP电机接口模块、DSP扩展通信模块、基于双端口RAM的DSP和PCI接口电路模块以及CPLD逻辑电路等模块。DSP模块主要完成运动控制功能,PCI接口模块实现与上位PC机的通信功能,可编程逻辑器件EPM7128实现运动控制卡的逻辑控制、编码器反馈信号的处理等。
本文利用Protel99 SE电路设计软件,完成运动控制卡的原理图设计；采用MAX+PLUSⅡ软件作为逻辑电路设计的开发工具。EPM7128内部逻辑包括编码器反馈信号逻辑电路和PCI9054读写双端口RAM的逻辑电路。本课题采用VHDL语言和图形输入相结合的设计方式来实现CPLD的内部逻辑电路设计。在软件设计方面,对运动控制卡的系统软件进行了详细的设计,包括DSP的系统软件设计和PCI驱动软件的设计,并给出了运动控制卡的系统软件的开发流程以及PCI驱动程序功能的实现过程。