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硕士论文-基于ARM和FPGA的数控系统的硬件设计，共69页，28939字。
目 录
第一章 绪 论 5
1.1引言 5
1.2研究背景及国内外发展现状 6
1.2.1研究背景 6
1.2.2国外发展状况 7
1.2.3国内研究现状 7
1.3本论文课题来源和研究内容 8
1.3.1课题来源 8
1.3.2研究内容 8
1.4论文结构安排 8
第二章 体系结构设计 10
2.1 数控系统体系结构 10
2.2 技术要求 10
2.2.1 主要性能指标 10
2.2.2 系统输入输出接口要求 12
2.2.3 精度指标 13
2.2.4 其他要求 14
2.3 总体结构分析 14
2.4 软硬件功能划分 16
2.4.1 软硬件功能划分的原则 16
2.4.2 软硬件功能划分的具体实现 18
2.5 硬件系统划分 19
2.6 板级功能划分 21
2.6.1 CPU子系统 21
2.6.2 FPGA子系统 21
2.6.3 DA转换子系统 22
2.6.4 信号隔离与转换子系统 22
2.6.4 电源子系统 23
2.7 芯片级功能划分 23
2.7.1 总线接口模块 23
2.7.2 复位控制模块 23
2.7.3 中断控制模块 24
2.7.4 定时器模块 24
2.7.5 键盘扫描模块 24
2.7.6编码器计数器模块 24
2.7.7驱动器控制模块 24
2.7. 8 IO控制模块 25
第三章 板级硬件设计 26
3.1 板级设计的原则 26
3.1.1 模块化设计 26
3.1.2 尽量基于成熟的设计 26
3.1.3 可重构原则 26
3.1.4 兼容性原则 27
3.2 性能分析与初步设计 27
3.2.1 CPU计算能力 27
3.2.2 实时性 28
3.2.3 存储能力 29
3.2.4 FPGA的选择和IO扩展能力 29
3.2.5 实现方案 30
3.3 CPU子系统 30
3.3.1 ARM子系统 30
3.3.2 存储器子系统 32
3.3.3 通信接口 32
3.4 LCD接口 32
3.5 FPGA子系统 33
3.5.1 配置电路和下载接口 33
3.5.2 并行接口 34
3.6 DA转换子系统 34
3.6.1 隔离 34
3.6.2 转换 34
3.6.3 放大 35
3.7 信号隔离与转换子系统 35
3.8 电源子系统 37
第四章 芯片级硬件设计 38
4.1 FPGA介绍 38
4.2 FPGA的开发 38
4.2.1 HDL语言 38
4.2.2 开发流程与EDA软件 39
4.3 ACEX系列FPGA 40
4.4 功能实现 41
4.4.1总线接口模块 41
4.4.2 复位控制模块 42
4.4.3 中断控制模块 42
4.4.4 定时器模块 44
4.4.5 键盘扫描模块 46
4.4.6 计数器模块 47
4.4.7驱动器控制模块 48
4.4.8 IO控制模块 49
4.5 HDL编写注意事项 49
4.5.1 HDL的可综合性 49
4.5.2 硬件思想 50
4.5.3 良好的编码风格 50
4.6 设计要点 51
4.6.1 同步设计和异步设计 51
4.6.2 与异步器件的接口问题 51
4.6.3 面积与速度 52
第五章 软件接口设计 53
5.1 uC/OS-II实时操作系统 53
5.2 引导结构 54
5.3 硬件检测系统 54
5.4 数控系统程序接口 55
5.4.1 FPGA接口 55
5.4.2 电机运动控制 57
第六章 硬件系统调试 58
6.1 CPU子系统 58
6.2.1 ARM的基本调试接口JTAG 58
6.2.2 程序的下载与NOR FLASH的烧写 59
6.2.3 ARM系统的调试步骤 60
6.2 LCD接口 60
6.3 FPGA子系统 61
6.3.1 基本电路 61
6.3.2 驱动器控制模块 61
6.4 DA转换子系统 61
第七章 软硬件联调和机床加工试验 62
7.1 IO控制试验 62
7.2 DA输出试验 62
7.3 编码器读取试验 62
7.4 电机控制试验 62
7.4.1 位置精度试验 62
7.4.2 转速平稳性试验 63
7.4.3最大速度试验 63
7.5 加工轨迹图画图试验 63
7.6 实际工件加工试验 63
7.7 系统长时间连续运行试验 64
结束语 65
参考文献 66
攻读硕士期间论文发表情况 67
攻读硕士期间科研与获奖情况 67
致 谢 68