【正文】 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘要摘要近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)已成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。作為開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分,運(yùn)動(dòng)控制卡的研究和開(kāi)發(fā)也日漸受到重視。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,基于CAN總線的,以CPLD和FPGA作為核心處理器的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器正成為主流。這類開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器以CPLD或FPGA芯片作為運(yùn)動(dòng)控制器的核心處理器,以PC機(jī)作為信息處理平臺(tái),運(yùn)動(dòng)控制器以插卡形式嵌入PC機(jī),也就是采用“PC+運(yùn)動(dòng)控制器”的模式,這樣的模式將PC機(jī)的信息處理能力和開(kāi)放式的特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力有機(jī)地結(jié)合在一起,具有信息處理能力強(qiáng)、開(kāi)放程度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好的特點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)了一種將CPLD控制應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制板卡設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以MAX IIEPM570T14為核心。在設(shè)計(jì)中以輸出兩路脈沖波形為目的，其中一路波形滯后另一路90176。，并且能實(shí)現(xiàn)輸出脈沖頻率的可調(diào)節(jié)，從而控制步進(jìn)電機(jī)的精確運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)中采用MAX IIEPM570T144作為控制器，以Verilog HDL作為設(shè)計(jì)語(yǔ)言，用Quartus仿真軟件分別對(duì)分頻模塊、調(diào)頻模塊和滯后模塊進(jìn)行了仿真。關(guān)鍵字：運(yùn)動(dòng)控制板卡，步進(jìn)電機(jī)，Verilog HDL，CPLD，F(xiàn)PGA，Quartus 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 ABSTRACTABSTRACTIn recent years, with the development of puter technology, microelectronic technology and NC technology, open CNC system has bee an important development direction. As part of the open CNC system39。s important ponent, motion control card research and development has been given more and more importance. From the point of development trend, based on the CAN bus, CPLD and FPGA as the core processor of the open motion controller is being the mainstream. This kind of open motion controller with CPLD or FPGA chip as the core processor of motion controller,with PC as the information processing platform, motion controller in embedded PC plugin card form, also is the use of PC+ motion controller mode,this model will be PC machine information processing ability and open characteristics and motion controller for trajectory control ability organically together, with information processing ability, high degree of opening, motion trajectory control accuracy, good versatility. The graduation project designs a CPLD control applied in motion control card design system, the system uses MAX IIEPM570T14 as the purpose of the design was to output two paths of pulse waveform, one waveform lag another90 degrees, and can realize the output pulse frequency adjustable. In this design uses the MAX IIEPM570T144 as the controller, using Verilog HDL as a design language, using Quartus simulation software for frequency division module, frequency modulation module and lag module simulation was carried out ，thus control precision stepper motor running. Keywords: motion control card, stemping motor, Verilog, CPLD, FPGA, Quartus山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等）。：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂目錄1 緒 論 1 選題的背景和意義 1 選題的背景 1 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 3 應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 8 研究的基本內(nèi)容 9 CPLD的設(shè)計(jì) 9 外圍電路的設(shè)計(jì) 102CPLD介紹 11 CPLD發(fā)展歷程 11 MAX II系列CPLD 133 Verilog HDL介紹 16 Verilog HDL的發(fā)展歷史 17 Verilog HDL的設(shè)計(jì)流程 18 自頂向下設(shè)計(jì)的基本概念 18 層次管理的基本概念 19 具體模塊的設(shè)計(jì)編譯和仿真過(guò)程 20 對(duì)應(yīng)具體工藝器件的優(yōu)化、映像和布局布線 22 Verilog HDL的基本語(yǔ)法 22 244總體設(shè)計(jì)思路 28 28 29 295運(yùn)動(dòng)控制卡電路的設(shè)計(jì) 30 時(shí)鐘電路 30 電源電路 31 32 排針接口 34 硬件原理圖 356 運(yùn)動(dòng)控制卡程序設(shè)計(jì) 37 分頻器模塊程序設(shè)計(jì) 38 調(diào)頻模塊程序設(shè)計(jì) 39 滯后模塊程序設(shè)計(jì) 42 原理圖輸入法 457Quartus II 軟件仿真 47 Quartus軟件設(shè)計(jì)流程 48 仿真分析 49 分頻模塊的仿真 50 調(diào)頻模塊的仿真 51 滯后模塊的仿真 51 528 程序下載及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 57 Verilog HDL程序下載 57 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 58參考文獻(xiàn) 62致謝 64附錄 65附錄1 外文文獻(xiàn) 65附錄2 中文翻譯 78附錄3 用MATLAB程序計(jì)算模糊控制查詢表 89附錄4 交通燈定時(shí)控制的MATLAB程序 92附錄5 交通燈模糊控制的MATLAB程序 93山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于MAXII控制的運(yùn)動(dòng)控制板卡的設(shè)計(jì)1 緒 論 選題的背景和意義 選題的背景運(yùn)動(dòng)控制卡是一種基于工業(yè)PC機(jī)、用于各種運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它的出現(xiàn)主要是因?yàn)椋海?）新型數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、柔性、開(kāi)放性等要求；（2）在各種工業(yè)設(shè)備（如包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等）、國(guó)防裝備（如跟蹤定位系統(tǒng)等）、智能醫(yī)療裝置等設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)研制和改造中，急需一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模塊的硬件平臺(tái)；（3）PC機(jī)在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，也促使配備相應(yīng)的控制卡以充分發(fā)揮PC機(jī)的強(qiáng)大功能。運(yùn)動(dòng)控制卡通常采用專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制芯片或高速DSP作為運(yùn)動(dòng)控制核心，大多用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。一般的，運(yùn)動(dòng)控制卡與PC機(jī)構(gòu)成主從時(shí)控制機(jī)構(gòu)：PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等）；控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測(cè)等等）。運(yùn)動(dòng)控制卡都配有開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供用戶在DOS或Windows系統(tǒng)平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種結(jié)構(gòu)開(kāi)放的運(yùn)動(dòng)控制卡能夠廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)中設(shè)備自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域。這種運(yùn)動(dòng)控制模式在國(guó)外自動(dòng)化設(shè)備的控制系統(tǒng)中比較流行，運(yùn)動(dòng)控制卡也形成了一個(gè)獨(dú)立的專門行業(yè)，具有代表性的產(chǎn)品有美國(guó)的PMAC、PARKER等運(yùn)動(dòng)控制卡。在國(guó)內(nèi)相應(yīng)的產(chǎn)品也已出現(xiàn)，如成都步進(jìn)電機(jī)有限公司的DMC300系列卡已成功地應(yīng)用于數(shù)控打孔機(jī)、汽車部件性能試驗(yàn)臺(tái)等多種自動(dòng)化設(shè)備上。近年來(lái)，隨著工業(yè)PC機(jī)的快速發(fā)展，可靠性大為提高，軟、硬件功能越來(lái)越成熟，而價(jià)格卻大幅度降低，以工業(yè)PC機(jī)為核心的控制系統(tǒng)能夠充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)有成果，柔性強(qiáng)，功能完善，因而這種系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。在機(jī)床控制領(lǐng)域，采用工業(yè)PC機(jī)，開(kāi)發(fā)開(kāi)放式、軟件化的數(shù)控系統(tǒng)、加工中心、柔性制造系統(tǒng)等，已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)，符合數(shù)控技術(shù)發(fā)展的最新潮流。同時(shí)，圍繞工業(yè)PC機(jī)開(kāi)發(fā)的實(shí)用功能擴(kuò)展及其應(yīng)用也越來(lái)越多，運(yùn)動(dòng)控制卡的產(chǎn)生便是其中一例。 在機(jī)電一體化領(lǐng)域中，運(yùn)動(dòng)控制卡的作用是控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)）按照一定的速度和軌跡運(yùn)行。在一些控制較為復(fù)雜、要求有人機(jī)對(duì)話的場(chǎng)合已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。 目前運(yùn)動(dòng)控制卡所應(yīng)用的場(chǎng)合大多數(shù)為開(kāi)環(huán)控制，即由運(yùn)動(dòng)控制卡所發(fā)出的控制信號(hào)，使被控機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)期望的位置控制、速度控制、加速度控制，以及對(duì)這些被控運(yùn)動(dòng)參數(shù)的綜合控制，而沒(méi)有將最終機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（比如實(shí)際位置、速度）反饋給控制卡。 在位置控制方面，由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)加減速、滾珠絲杠等都有一定的傳動(dòng)間隙、變形等，造成目標(biāo)位置的的誤差，很難達(dá)到很高的定位精度。因此為了在機(jī)械加工過(guò)程中獲得較高的加工精度，開(kāi)發(fā)具有全閉環(huán)功能的運(yùn)動(dòng)控制卡，是擺在我們面前的重要課題。 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀早期的運(yùn)動(dòng)控制卡主要是針對(duì)數(shù)控等行業(yè)的專用控制器，可以獨(dú)立完成運(yùn)動(dòng)控制功能、工藝技術(shù)要求的其它功能，并且無(wú)需另外的處理器和操作系統(tǒng)支持。經(jīng)過(guò)幾十年的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這種運(yùn)動(dòng)控制卡由于其自身的特性限制，如封閉式結(jié)構(gòu)、控制軟件的兼容性、容錯(cuò)性和缺少網(wǎng)絡(luò)功能等，已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)發(fā)展的需要。為此，1987年開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始興起，首先是美國(guó)空軍在美國(guó)政府的資助下提出了“開(kāi)放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)