基于USB总线的FPGA运动控制卡设计

【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最新成果，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TexasInstruments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。
【作者】闫蕴霞；
【导师】陈鸿；刘学柱；
【作者基本信息】中北大学，控制工程，2014，硕士
【关键词】USB接口技术；运动控制卡；FPGA；

【参考文献】
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