基于MCX314步进电机运动控制器设计毕业论文.doc

基于MCX314步进电机运动控制器设计毕业论文 目 次 1 绪论 1 1.1 数控系统的发展 1 1.2 开放式数控系统及其研究现状 2 1.3　论文主要工作 4 2 运动控制关键技术分析及方案制定 5 2.1 运动控制系统 5 2.2 步进电机运动控制系统 6 2.3 方案的制定 7 2.4 MCX314芯片 9 2.5　AT91FR40162芯片介绍 13 2.6　CAN总线技术 14 2.7　本章小结 15 3 电路的运动控制器的硬件设计 16 3.1 硬件设计 16 3.2 电路的抗干扰设计 23 3.3 本章小结 24 4 软件设计 25 4.1 系统工作流程 25 4.2 控制程序特点与编写 26 4.3　串口通信 28 4.4 本章小结 29 结 论 30 致 谢 31 参 考 文 献 32 附录一：总体电路图 34 附录二：总体电路的PCB图 36 1 绪论 制造业是国民经济的基础产业，制造业水平的高低是衡量一个国家工业发达程度的重要标志。大力发展先进的制造技术已成为世界各国最重要的几大技术战略之一，先进制造技术已经是国际竞争与产品革新的一种重要手段。近年来，世界范围内出现了研究应用先进制造技术的浪潮，以机械制造为代表的先进制造技术己成为当代国际间科技竞争的重点，许多国家制定了相应的计划，其中最具代表性的是美国的先进制造技术计划(AMT)、韩国的高级先进技术国家计划、日本的智能制造计划(IMS)和德国制造2000计划等。在我国，先进制造技术的重要性业已引起各界的认识和重视，被列为“九五”计划和2010年中长期科研发展规划中的主要关键技术和重要发展方向[5] [6] [44]。 数控机床在整个现代制造系统中处于基础性的、核心的地位[5]。因此，在现代制造系统朝着集成化、综合化和智能化发展的今天，特别是计算机技术发展与普及化，深入研究新一代数控技术具有重要的意义和实用价值。 1.1 数控系统的发展 数控系统(Numerical Control System)是一种控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。 早期的数控系统采用数字逻辑电路构成。1952年诞生的第一代为电子管式，1959年发展为第二代晶体管式，1965年出现了第三代的小规模集成电路式数控系统。这三代数控系统的所有功能均由硬件实现，所以称为硬件数控系统。这种数控系统没有通用性和灵活性，所以其应用范围受到很大限制，可靠性较低，造价较高。 随着计算机技术的发展，1970年出现了通用小型计算机。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，出现了第四代数控系统，即计算机数控(CNC)系统。1974年，微处理器被应用于数控系统后，发展为第五代数控系统，即现代CNC系统。CNC系统特别是现代CNC系统的主要功能，如插补运算、刀具补偿、用户数控程序的预处理、刀具加工轨迹仿真等均由软件实现，所以CNC系统又称为软件数控系统。 自从出现了现代CNC系统以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低、价格昂贵、应用不便(主要是编程困难)等关键问题。到70年代末80年代初，现代CNC系统进入成熟期，并在工业化国家形成产业化，数控系统及数控机床开始批量生产和投放市场，数控技术在其它领域也得到了普及应用。 CNC技术的应用为制造业带来异常深刻的变革，但是，随着现代制造技术的发展，对CNC系统提出了越来越高的要求。从完成功能上看，一方面CNC系统必须适应DNC、CAD/CAM及CIMS的发展，能提供一个可以集成不同开发商提供的软件并适合联网需要的平台；另一方面，随着数控系统在机械制造、冶金、纺织、印刷、军工等行业的应用日益增多，中小批量生产的趋势日益增强，必须根据不同的用户需求，迅速、高效、低成本地构筑面向用户的数控系统。这就要求CNC系统具有模块化和重新配置的特点：从使用的角度看，新型CNC系统应能运用于各种计算机软硬件平台上，并提供统一风格的用户交互环境，以便于用户的操作、维护和更新换代。还应能在普及型个人计算机的操作系统上，简便地应用系统所配置的软件模块和硬件运动控制插件卡；机床制造商和用户能够方便的进行软件开发，追加功能和实现功能的个性化，使CNC系统具有PC的高速分析运算能力，大容量存储功能，各种软件的支撑，图文显示的优势以及联网的灵活性。显然，现代的封闭式结构的CNC系统根本无法满足这些要求。 数控系统生产厂商为了保持自己的市场竞争力，必须寻求更好的技术手段，使他们的专用技术能够随着计算机技术的更新换代而顺利的升级，不必为CNC产品换代而自己开发所有的软、硬件功能模块。在这种情况下，基于PC(国外称为PC-BASED)的第六代数控系统——开放式结构数控