基于嵌入式的步进电机控制系统设计与实现

发布时间：2017-07-29 11:06

  本文关键词：基于嵌入式的步进电机控制系统设计与实现

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【摘要】：近些年来,计算机、电子信息技术进步促进了各个领域的飞速发展,它也丰富了嵌入式系统控制步进电机的方法。基于嵌入式系统的步进电机控制技术结合分布式水电站自动化、继保系统使电站运行人员发电操作简单,实现少人值班的效果,提高企业生产运营能力。本文中设计与实现的主要内容是基于FPGA、ARM嵌入式系统的步进电机控制。该系统主要用于监控设备上的步进电机控制。文中采用ALTERA公司的EP1C3T144C8N可编程门阵列作为步进电机控制模块的主芯片；简要介绍了系统设计中各个环节的方案选择；对FPGA控制电路板的部分原理图和PCB板的设计进行分析；用VerilogHDL语言采用从上到下的建模方法描述步进电机细分控制流程、各功能模块的组成；Modelsim仿真FPGA控制板与ARM板之间的串口通讯、FPGA控制逻辑。以S3C2416为处理器的ARM板,其系统内核是Linux3.2,文中用动态加载的方式设计串口设备文件驱动、网口设备文件驱动,使ARM Linux系统内核与外界数据传输。在ARM Linux系统下分析了Boa服务器的性能；在Boa中发布Ajax开发模式结合CGI脚本设计的动态Web页面,减少了用户端Web数据传输流量及提高响应时间。客户端与嵌入式Linux系统中的Boa服务器信息交互时,HTTP协议的工作模式及TCP的连接过程。ARM Linux系统下的CGI程序处理从客户端传来的指令后,传输相应控制命令到FPGA控制板,实现了嵌入式系统控制步进电机运行。本文中FPGA、ARM嵌入式控制系统,通过嵌入式Web服务器,用细分控制方法,实现步进电机在外围环境中准确、低噪声、平滑、高精度运行。
【关键词】：ARM Linux系统 FPGA Web 接口驱动 CGI 步进电机
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM383.6
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外在本领域中的研究现状11-12
• 1.2.1 嵌入式系统的发展11-12
• 1.2.2 FPGA器件对步进电机控制12
• 1.3 论文研究的主要内容12
• 1.4 论文的结构按排12-14
• 2 系统设计方案14-23
• 2.1 FPGA控制技术应用14-15
• 2.2 ARM嵌入式系统应用15-17
• 2.2.1 嵌入式系统的特点15
• 2.2.2 嵌入式系统的选择15-16
• 2.2.3 ARM嵌入式Linux开发平台16-17
• 2.3 Linux设备驱动程序设计17-18
• 2.4 嵌入式系统B/S远程监控技术18-19
• 2.4.1 客户端形式选择18
• 2.4.2 Web服务器的选择18-19
• 2.4.3 Boa服务器的数据中转19
• 2.5 步进电机数字控制19-21
• 2.5.1 两相混合式步进电机的工作原理20
• 2.5.2 步进电机细分控制20-21
• 2.6 总体的设计方案21-23
• 3 FPGA控制系统23-39
• 3.1 FPGA控制电路硬件部分设计23-28
• 3.1.1 FPGA控制板主芯片简介23-24
• 3.1.2 FPGA控制板电源电路24
• 3.1.3 电压比较电路24-25
• 3.1.4 信号的光电隔离与电平转换25-26
• 3.1.5 D/A转换26-27
• 3.1.6 FPGA串口通讯电路27
• 3.1.7 FPGA程序下载接口27-28
• 3.2 FPGA控制程序设计28-39
• 3.2.1 步进电机控制28-29
• 3.2.2 VerilogHDL编写控制模块29-30
• 3.2.3 频率发生器模块30-32
• 3.2.4 地址产生器及正弦ROM数据表32-33
• 3.2.5 使能控制模块33
• 3.2.6 极性脉冲产生器33-34
• 3.2.7 PWM产生器34-35
• 3.2.8 波特率发生器35-36
• 3.2.9 FPGA串口收发程序设计36-37
• 3.2.10 串口数据编码译码模块37-39
• 4 ARM嵌入式Linux系统39-52
• 4.1 嵌入式ARM板主要特点39
• 4.2 嵌入式Web服务器后台设计39-42
• 4.2.1 嵌入式WEB服务器39
• 4.2.2 Boa服务器的搭建39-40
• 4.2.3 CGI程序的编写40-42
• 4.3 ARM电路板接口驱动程序42-47
• 4.3.1 串口驱动程序设计43-45
• 4.3.2 网口驱动程序设计45-47
• 4.4 网络通信47-50
• 4.4.1 ARM板与FPGA板串口通讯47-48
• 4.4.2 Linux下的以太网通讯48-50
• 4.5 客户端控制界面50-52
• 5 系统测试52-58
• 5.1 FPGA控制板电源52
• 5.2 PWM输出52-54
• 5.3 FPAG串口通讯测试54-55
• 5.4 ARM网口测试55-56
• 5.5 Boa服务器测试56
• 5.6 ARM串口测试56-57
• 5.7 系统整体测试实物图57-58
• 6 总结与展望58-60
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文63-64
• 致谢64-66

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王世杰;基于B/S模式的嵌入式网络视频监控系统研究与设计[D];解放军信息工程大学;2009年

2 王家堡;异向旋转轴向磁场无槽永磁同步电机特性分析与仿真[D];湖南大学;2013年

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本文编号：588835