1. 研究目的与意义
研究目的：
1、设计出一套开放式的基于pci总线的运动控制器，实现四轴运动控制。
2、通过本次设计，复习及巩固本科期间所学知识，掌握综合运用所学知识解决实际问题的能力；
2. 国内外研究现状分析
国外数控技术大致可以分为三步：（一）模拟伺服控制，在上个世纪50年代一些发达国家率先开始研究和设计模拟伺服技术；（二）脉冲式数字伺服控制，数字伺服技术是目前主流的数控技术，；（三）网络化的数字伺服技术，目前国外主流厂商都开始投入资本研究和开发网络化的数控系统。在数控系统中，加工精度等重要指标都与运动控制器的性能直接相关。
目前国外不少实力强大的公司研发了许多开放式的运动控制器，其中一个很具有代表性的产品便是pmac，是美国deltataudatasystems公司早在1990年就推出的用于pc上的完全开放式的运动控制器。该运动控制器选用了motorola的dsp56002作为主控核心，具有s曲线加减速功能，可以实现直线、圆弧、螺旋线等插补运算。使用了windows操作系统，允许用户自由的加入硬件和软件，根据用户需要扩展控制功能，很好地适应了各自动控制领域，其在激光切割、硅晶片处理、机器人等领域都有很高的使用率。pmac历经几代发展，已经成为世界上最强大的运动控制器之一，具有光纤通讯、macro环形网等功能，处于全球领先地位。
我国的数控技术发展经历了四五十年，但一直处于跟着国外技术的脚步后面发展，与发达国家相比依旧有着相当大的差距，数控产业实力十分薄弱。国产的数控系统绝大部分是属于中低档经济型系统，高档数控系统技术仍处于被发达国家封锁的状况。我国的数控系统与国外的相比存在着许多的不足之处，例如体积大、稳定性差，寿命短等。另外，基于pc机的cnc中心虽然功能强大，但在一些功能要求相对简单的应用场合，就显得过于昂贵，结构复杂了。随着计算机技术的发展，工控机的稳定性、可靠性等至关重要的参数不在如同以前那般很差了，尤为重要的是其价格也十分低廉，其性能及成本等因素完全能满足工控机加运动控制卡的要求，其可扩展性、通用性在某些场合具有更大的优势。
3. 研究的基本内容与计划
基于PCI总线的运动控制器设计的具体内容包括以下几点： 1、采用PLXPCI9052芯片设计接口电路，将PCI总线转换为LocallBUS以实现工控机与DsPIC的通讯以及I/O的扩展。 2、使用DsPIC33E系列单片机设计电机驱动、编码器接口等外围电路 3、用AltiumDesigner绘制出硬件原理图并设计PCB,焊接并调试电路。 4、配置PCI9052向工控机申请资源，编写WindowsXP的WDM驱动。 5、编写上位机测试软件。 6、编写DsPIC33E系列单片机的控制程序。 7、整机调试。 8、整理相关资料及完成论文撰写。 设计周期及具体安排： 1~2周：查阅相关资料，完成开题报告。该时间段查阅和搜集相关资料，内容包括国内外数控机床的研究进展、PCI接口，Windows驱动开发与设计，使用VC 的上位机软件开发,DSPIC33EP系列单片机，C30编程，以及编码器、伺服驱动器等关于数控机床的资料。 3~5周（1）运动控制器的总体结构设计及硬件电路设计，重点设计PCI接口电路和DsPIC模块，绘制出PCB并焊接好PCI接口电路与控制模块电路。（2）申请专利。 6~8周（1）PCI接口的驱动设计与编写（2）编写PCI接口的上位机测试软件。 9~11周（1）DsPIC控制代码的设计与编写（2）整体调试，加电机试运行。 12~13周(1）设计四层以上的电路板，优化电路及优化代码，提高运动控制器的稳定性、可靠性及使用界面的友好性。 14~15周整理资料并撰写论文。 15周以后修改论文及毕业答辩。 |
4. 研究创新点
（1）采用pci总线与工控机通讯，具有较高的数据传输速率，是运动控制器性能的基础保障。
（2）操作系统选用windowsxp，与其他操作系统相比，该操作系统相对成熟与经典，相应的库函数丰富，开发周期短，开发难度低。该操作系统的占有率高，更加便于用户的二次开发。
（3）本项目使用dspic33e系列微处理器作为控制器，其具备dsp的强大数据运算能力的同时又具备了单片机的易用性和廉价性。有效的提高了系统性能，降低系统硬件成本及软件开发难度和缩短了开发周期。
