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开放式数控系统PCI接口电路的应用研究

刘勇  
【摘要】:以PC技术为基础的CNC正在发展成为世界的潮流,是数控技术最有深远意义的一次飞跃。通常是指运动控制器(开放式数控)或CNC功能模块插入到PC机总线插槽中,使用标准的硬件平台和操作系统。而PC与CNC模块之间的接口技术是系统稳定和发挥高速性能的重要保障环节。 本课题对先进的PCI总线接口技术的应用进行了研究,针对接口设计中三个主要环节——PCI总线协议、硬件接口电路实现、驱动程序开发进行了研究和讨论。阐述了PCI总线操作的理论,提出了PCI总线开发的具体方案,包括ASIC方案和使用专用接口芯片的方案,讨论了方案各自的优势和不足,做出了分析和论证。在此基础上,找到一种性价比较高的途径——以PCI9052芯片为关键部件,作为开放式数控系统PCI硬件接口电路实现的核心,以达到研究目的。 课题依据PCI总线协议,把握其具有数据突发传送的功能特点,进行了实验电路开发工作。课题研究了多路高低速的D/A和A/D转换技术,选用了TI-BB公司的DAC7724和AD公司的ADC7865,研究了其组成结构、原理和控制方法。为满足开放式数控系统的功能模块对数据通信的实时、多变(延迟和等待)要求,课题不仅充分利用了PCI9052的多功能特点,而且还针对硬件设备开发了总线驱动程序,这使得系统对硬件的控制更加灵活和有效。 课题开发了基于Windows2000 WDM的驱动程序。Windows2000操作系统具有成熟的架构体系,适用于对安全性和可靠性要求较高的工业控制系统。课题研究了WDM驱动程序的原理和结构,讨论了用微软Device Driver Kit(DDK)工具开发PCI驱动程序的一般过程。Compuware公司的DriverStudio软件包实现了对DDK的封装,其开发过程是基于C++即面向对象的,课题利用DdverStudio驱动程序开发套件,围绕PCI设备初始化、配置空间访问、I/O操作、内存读写等功能模块进行PCI驱动程序的编写和调试。调试结果表明DriverStudio是一种高效、实用的开发工具,缩短了PCI总线软件的开发周期。 PCI总线满足开放式数控系统接口的发展要求,课题为开放式数控系统——多轴运动控制器中关键技术的研究和解决积累了一定的实践经验。


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