【正文】 硬件原理圖 356 運動控制卡程序設計 37 分頻器模塊程序設計 38 調頻模塊程序設計 39 滯后模塊程序設計 42 原理圖輸入法 457Quartus II 軟件仿真 47 Quartus軟件設計流程 48 仿真分析 49 分頻模塊的仿真 50 調頻模塊的仿真 51 滯后模塊的仿真 51 528 程序下載及現(xiàn)場調試 57 Verilog HDL程序下載 57 現(xiàn)場調試 58參考文獻 62致謝 64附錄 65附錄1 外文文獻 65附錄2 中文翻譯 78附錄3 用MATLAB程序計算模糊控制查詢表 89附錄4 交通燈定時控制的MATLAB程序 92附錄5 交通燈模糊控制的MATLAB程序 93山東科技大學學士學位論文 基于MAXII控制的運動控制板卡的設計1 緒 論 選題的背景和意義 選題的背景運動控制卡是一種基于工業(yè)PC機、用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。涉密論文按學校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。設計中采用MAX IIEPM570T144作為控制器，以Verilog HDL作為設計語言，用Quartus仿真軟件分別對分頻模塊、調頻模塊和滯后模塊進行了仿真。這類開放式運動控制器以CPLD或FPGA芯片作為運動控制器的核心處理器,以PC機作為信息處理平臺,運動控制器以插卡形式嵌入PC機,也就是采用“PC+運動控制器”的模式,這樣的模式將PC機的信息處理能力和開放式的特點與運動控制器的運動軌跡控制能力有機地結合在一起,具有信息處理能力強、開放程度高、運動軌跡控制準確、通用性好的特點。山東科技大學學士學位論文 摘要摘要近年來,隨著計算機技術、微電子技術和數(shù)控技術的發(fā)展,開放式數(shù)控系統(tǒng)已成為一個重要的發(fā)展方向。 本次設計了一種將CPLD控制應用于運動控制板卡設計的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以MAX IIEPM570T14為核心。關鍵字：運動控制板卡，步進電機，Verilog HDL，CPLD，F(xiàn)PGA，Quartus 山東科技大學學士學位論文 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。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。它的出現(xiàn)主要是因為：（1）新型數(shù)控系統(tǒng)的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業(yè)設備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統(tǒng)等）、智能醫(yī)療裝置等設備的自動化控制系統(tǒng)研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；（3）PC機在各種工業(yè)現(xiàn)場的廣泛應用，也促使配備相應的控制卡以充分發(fā)揮PC機的強大功能。因而這種結構開放的運動控制卡能夠廣泛地應用于制造業(yè)中設備自動化的各個領域。在機床控制領域，采用工業(yè)PC機，開發(fā)開放式、軟件化的數(shù)控系統(tǒng)、加工中心、柔性制造系統(tǒng)等，已成為國際研究的熱點，符合數(shù)控技術發(fā)展的最新潮流。 目前運動控制卡所應用的場合大多數(shù)為開環(huán)控制，即由運動控制卡所發(fā)出的控制信號，使被控機構實現(xiàn)期望的位置控制、速度控制、加速度控制，以及對這些被控運動參數(shù)的綜合控制，而沒有將最終機構的運動參數(shù)（比如實際位置、速度）反饋給控制卡。經過幾十年的市場競爭，隨著現(xiàn)代科學技術的進步，這種運動控制卡由于其自身的特性限制，如封閉式結構、控制軟件的兼容性、容錯性和缺少網絡功能等，已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)和社會發(fā)展的需要。在日本，開放式開放式運動控制器被認為是未來的第三次工業(yè)革命，并有預測其應用的普遍性將與目前廣泛應用的PLC類似，代表的廠商有MAZAK公司和NOVA公司等。實際上，PMACPC卡本身就是一個完整的計算機系統(tǒng)。我國上海磁懸浮列車高架鋼梁的設計，需要使用6軸控制卡進行加工。雖然國外的同類產品在性能方面具有許多優(yōu)勢，但他們也具有許多不足之處，主要表現(xiàn)在一下幾方面： ，以Galil運動控制主板為例，一個八軸的Galil運動控制主板為4000美元，再加上一些其他輔助設施將達到5000美元左右； ，主要原因是作為通用多軸控制器，是面向一般用戶的（無論機器人，還是數(shù)控，一般運動時有一定限度范圍的） 在后兩個不足之處主要是通用多軸運動控制卡才出現(xiàn)的?？墒褂闷涔ぷ髌脚_，很方便地對所設計的多軸系統(tǒng)進行智能運動控制，實現(xiàn)復雜的平面和空間運動及各種變速運動。如北京研究所的中華系列，沈陽計算所的“藍天”系列，華中科技大學的“華中”系列等數(shù)控系統(tǒng)。此外，該公司以運動控制器為核心派生了眾多面向行業(yè)應用的控制系統(tǒng)，形成了一定規(guī)模，其中2003年未研制成功的GH800型控制卡是較先進的軸控制卡。其中深圳摩信公司獨立開發(fā)了基于網絡技術的具有開放式結構高性能MCT8000系列運動控制器，控制器的CPU采用TI公司主頻。 2）控制系統(tǒng)的封閉性使它的擴充和修改極為有限，造成用戶對供應商的依賴，并難以將自己的專門技術、經驗集成于運動控制卡內。 研究的基本內容 CPLD的設計 本設計的關鍵還是在于內部芯片程序的設計。 本設計共包含三個模塊，即分頻模塊、調頻模塊、滯后模塊，三個模塊的主要功能如下： 1. 分頻模塊：把實驗板上晶振頻率（48MHz）分頻到我們需要的頻率,既400Hz，便于觀察。我們擬采用CPLD通用版來設計，這樣的話，包括基準時鐘在內的所有芯片外的東西，都需要外部接入來完成，因此對芯片結構的了解也是一個關鍵。它由早期的電子管、晶體管、小中規(guī)模集成電路、發(fā)展到超大規(guī)模集成電路(VLSIC，幾萬門以上)以及許多具有特定功能的專用集成電路。由于結構的限制，它們只能完成簡單的數(shù)字邏輯功能。 PAL器件是現(xiàn)場可編程的，它的實現(xiàn)工藝有反熔絲技術、EPROM技術和EEPROM技術。它采用了EEPROM工藝，實現(xiàn)了電可按除、電可改寫，其輸出結構是可編程的邏輯宏單元，因而它的設計具有很強的靈活性，至今仍有許多人使用。 這兩種器件兼容了PLD和通用門陣列的優(yōu)點，可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路，編程也很靈活。這種體系結構幫助您大大降低了系統(tǒng)功耗、體積和成本。 II器件重新定義了CPLD的價值定位。由于MAX II CPLD基于LUT架構，達到了降低成本的目的，結合其即用性、非易失性和可再編程特性，使MAX II 系列成為有史以來成本最低的CPLD。低功耗的需求不再僅限于消費類產品。隨著對支持高級功能、電池使用時間更長的小型低成本產品的需求增長，低功耗應用得到了迅速普及。 Flash 加載：MAX II 器件含有 JTAG 模塊，可以利用并行 Flash 加載宏功能來配置非 JTAG 兼容器件，例如分立閃存器件等。 ：MAX II 器件支持擴展級溫度范圍，從 40 176。本次設計核心模塊CPLD采用Altera公司MAX II系列的EPM570T144芯片。前者由Gateway Design Automation公司（該公司于1989年被Cadence公司收購）開發(fā)。1990年CADENCE公司公開發(fā)表了Verilog HDL,并成立LVI組織以促進Verilog HDL成為IEEE標準，即IEEE Standard 13641995.Verilog HDL的最大特點就是易學易用，如果有C語言的編程經驗，可以在一個較短的時間內很快的學習和掌握，因而可以把Verilog HDL內容安排在與ASIC設計等相關課程內部進行講授，由于HDL語言本身是專門面向硬件與系統(tǒng)設計的，這樣的安排可以使學習者同時獲得設計實際電路的經驗。1983年該公司的Philip Moorby首創(chuàng)了Verilog HDL，Moorby后來成為Verilog HDLXL的主要設計者和Cadence公司的第一合伙人?！　?987年Synonsys公司開始使用Verilog HDL行為語言作為綜合工具的輸入。同時， HDL規(guī)范，IEEE接收將OVI的Verilog 。這就允許多個設計者同時設計一個硬件系統(tǒng)中的不同模塊，其中每個設計者負責自己所承擔的部分，而而由上層設計師對其下層設計者完成的設計用行為級上層模塊進行驗證。隨著系統(tǒng)變得復雜和龐大，特別需要在樣機問世之前，對產品的全貌有一定的預見性。硬件的描述特別是行為描述通常稱為行為建模。在不同的層次都可以進行仿真以對設計思想進行驗證。而當設計的層次比較接近最底層的時候，行為描述往往需要電路邏輯來實現(xiàn)，這時的模塊不僅需要通過仿真加以驗證，還需進行綜合、優(yōu)化、布線和后仿真。（1）設計開發(fā)：即從編寫設計文件→綜合→布局布線→投片生成這樣一系列步驟。 Verilog HDL的基本語法Verilog HDL是一種用于數(shù)字邏輯電路設計的語言。Verilog HDL模型可以是實際電路的不同級別的抽象。Verilog HDL行為描述語言作為一種結構化和過程性的語言，其語法結構非常適合與算法級和RTL級的模型設計。 Verilog HDL的構造性語句可以精確地建立信號的模型。其中有許多語句，如if語句、case語句等，和C語言中的對應語句十分相似?！　?開關級基本結構模型，例如p m o s 和n m o s等也被內置在語言中。 可采用三種不同方式或混合方式對設計建模。線網類型表示構件間的物理連線，而寄存器類型表示抽象的數(shù)據存儲元件。 設計的規(guī)?？梢允侨我獾模徽Z言不對設計的規(guī)模（大?。┦┘尤魏蜗拗啤?人和機器都可閱讀Verilog 語言，因此它可作為E D A的工具和設計者之間的交互語言?！　　　∵@些值也能夠用于與期望值比較，在不匹配的情況下，打印報告消息。 能夠使用門和模塊實例化語句在結構級進行結構描述。 Verilog HDL 還具有內置邏輯函數(shù)，例如amp?！　　　》诸l器把實驗板上晶振頻率（48MHz）分頻到我們需要的頻率,既400Hz，便于觀察。 在購買CPLD芯片之前，首先對所編好的程序在Quartus II軟件中進行仿真，在編譯中，軟件會自動計算出這個程序所需要的CPLD邏輯單元數(shù)。為MAX IIEPM570T144芯片提供基準時鐘的是48MHz的芯片，晶振脈沖由CLK0輸入。時鐘脈沖：脈沖信號是一個按一定電壓幅度，一定時間間隔連續(xù)發(fā)出的脈沖信號。頻率在數(shù)學表達式中用“f”表示，其相應的單位有：Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz（兆赫）、GHz（吉赫）。 USB供電是指給沒有外接電源的USB設備供電，USB一共有4根信號線，Ground，+5V，P+和P。不過實際設計是兩個USB口公用一個供電的芯片，(筆記本)，或者每個USB口使用一個芯片，所以移動硬盤的輔助電源不插也有可能可以正常工作()?，F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個JTAG鏈，能實現(xiàn)對各個器件分別測試?！　】蛇x引腳TRST——測試復位，輸入引腳，低電平有效。 排針端口 硬件原理圖總上所述，本設計采用USB提供電壓，因為MAX ，因此需要接穩(wěn)壓器。 硬件原理圖 6 運動控制卡程序設計 Verilog HDL和VHDL都是用于邏輯設計的硬件描述語言，并且都已成為IEEE標準。由于Verilog HDL早在1983年就已推出，至今已有14年的應用歷史，因而Verilog HDL擁有更廣泛的設計群體，資源也遠比VHDL豐富。學習掌握Verilog HDL建模、仿真和綜合技術不僅可以對數(shù)字電路設計技術有更進一步的了解，而且可以為學習高級的系統(tǒng)綜合打下堅實的基礎。RST引腳的作用就是在系統(tǒng)運行出錯時，用來對系統(tǒng)復位，再運行時系統(tǒng)開始正常運轉。外部引腳的變化所對應的輸出脈沖如下圖所示：外部引腳變化輸出脈沖頻率（Hz）data1data2data3000250