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毕业设计 基于FPGA的快速成型系统高速插补器硬件设计 共51页，21583字 附开题报告、英文翻译
摘 要
新的计算机数字控制系统采用了小型机和微型机，这就使操作人员可手工输入零件加工所需要的数据。这类系统的主要优点是能以灵活的会话形式直接连通主机和计算机。
快速成型技术基于离散/堆积加工技术，将三维实体成型转化为二维层面加工，使复杂的三维加工得到极大简化，是当今制造领域的一大热点。
控制系统是快速成型的关键技术之一，插补方法是计算机控制系统的核心。传统的逐点比较法、数据采样法、数字积分法等插补方法，无法满足快速成型速度高（每分钟数十米甚至百米以上）、数据量大等要求。本文以快速成型插补方法为研究对象，开发快速成型专用插补器。主要工作如下：
1、基于常用硬件描述语言VHDL、可编程器件开发专用插补芯片。
2、采用开发的专用芯片，完成了运动控制测试板卡设计。
3、 基于控制领域常用通讯接口RS-232开发快速成型测试板卡以及MAX232电平转换电路，完成测试板卡总体设计。
4、 完成测试板卡硬件设计，包括晶振电路、复位电路、通讯电路、
可编程器件电路。
5、 进行软硬件联合调试。
关键词：数字控制系统；快速成型；插补；可编程逻辑器件；语言VHDL

目 录
第一章 绪论……………………………………………………………1
1.1 快速成型（RP）技术………………………………………………………….1
1.1.1快速成型的工作原理及特点…………………………………………………1
1.1.2快速成型技术产生的原因……………………………………………………2
1.1.3快速成型系统的分类…………………………………………………………2
1.1.4快速成型技术国际发展现状…………………………………………………3
1.2快速成型计算机控制系统……………………………………………………...5
1.3设计背景及内容………………………………………………………………...5
第二章 设计方案……………………………………………………....7
2.1总体设计………………………………………………………………………...7
2.2子模块功能分析………………………………………………………………...7
2.3硬件总体设计…………………………………………………………………...8
2.3.1硬件总体结构…………………………………………………………………8
2.3.2 FPGA与CPLD………………………………………………………………..9
2.4本章小结………………………………………………………………………..11
第三章 插补芯片的设计……………………………………………..12
3.1芯片的功能分析………………………………………………………………..12
3.2插补芯片原理…………………………………………………………………..12
3.2.1常见插补算法………………………………………………………………...12
3.2.2设计芯片插补原理…………………………………………………………...13
3.3芯片的总体设计………………………………………………………………..14
3.4芯片的开发技术………………………………………………………………..14
3.4.1可编程逻辑器件——FPGA与CPLD……………………………………….14
3.4.2 芯片开发工具——MAX plus Ⅱ…………………………………………….15
3.4.3硬件描述语言——VHDL…………………………………………………….16
3.5设计流程…………………………………………………………………….......18
3.6插补芯片的编程与仿真………………………………………………………...18
3.6.1数据写入LDA的编程与仿真………………………………………………..19
3.6.2计数器的编程与仿真…………………………………………………………23
3.6.3插补芯片的编程与仿真………………………………………………………27
3.7本章小结………………………………………………………………………...31
第四章 微控制器电路设计…………………………………………...32
4.1 微控制器电路………………………………………………………………….32
4.2 微控制器的简介与选择……………………………………………………….32
4.3晶振电路………………………………………………………………………..33
4.4复位电路………………………………………………………………………..34
4.5通讯电路………………………………………………………………………..34
4.5.1 RS-232-C接口……………………………………………………………….35
4.5.2MAX232电平转换芯片……………………………………………………...37
4.5.3通讯接口……………………………………………………………………..37
4.6插补芯片电路………………………………………………………………….38
4.7本章小结……………………………………………………………………….38
第五章 芯片的调试与测试…………………………………………..39
5.1芯片的测试…………………………………………………………………….39
5.1.1数据写入功能测试…………………………………………………………..39
5.1.2计数器的测试………………………………………………………………..41
5.2电路板的测试………………………………………………………………….41
5.3软硬件联合调试……………………………………………………………….42
5.4本章小结……………………………………………………………………….43
第六章 设计总结…………………………………………………….44
致谢…………………………………………………………………...46
参考文献……………………………………………………………...47
附录A: 英文材料………………………………………………………………48
附录B: 英文资料翻译…………………………………………………………52
附录C：硬件设计原理图与PCB图………………………………………….57
附录D: VHDL主要程序……………………………………………………..59