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基于FPGA的逐点比较圆弧插补算法设计.pdf
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二 ○ 一 三 届 毕 业 设 计
基于 FPGA 逐点比较圆弧插补算法设计
学 院:电子与控制工程学院
专 业:电子科学与技术
姓 名:……..
学 号:………
指导教师:……..
完成时间:2013 年 5 月
二〇一三年五月
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摘
要
摘 要
本课题主要是研究基于 VHDL 实现数控系统中的逐点比较圆弧插补,要求圆弧
运动过程平滑,在各象限能顺利过渡,并有较小的设计误差,能与运动控制部分很好
的集成,实现较高的切割频率。
本课题采用 QuartusII 软件来调试程序,并进行波形仿真。主要的工作如下:
1)理解数控系统中逐点比较圆弧插补算法的原理及其实现方法;
2)通过硬件描述语言 VHDL 在 FPGA 上实现上述算法;
3)完成圆弧插补的仿真与测试。
关键词:VHDL,FPGA,逐点比较法,QuartusII
I
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ABSTRACT
ABSTRACT
This topic mainly studies based on VHDL realization of point by point
comparison circular arc interpolation in nc system, the movement for arc process
smooth, in each quadrant can smooth transition, and a relatively small design error,
can very good integration with motion control part, realize the high frequency of
cutting.
This subject adopts software QuartusII to debug program and waveform
simulation. The main work is as follows:
1. Understand CNC system the principle of point by point comparison in circular
arc interpolation algorithm and its realization method
2. Through the hardware description language VHDL FPGA to realize the above
algorithms.
3. Finish arc interpolation of simulation and test
KEY WORDS: VHDL, FPGA, point-by-point comparison, QUARTUS II
II
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目录
目录
摘 要 .................................................................. I
ABSTRACT .............................................................. II
第一章 绪论 ........................................................... 1
1.1 概述 ............................................................ 1
1.2 国内外发展状况 ................................. 错误!未定义书签。
1.3 FPGA 的优点 .................................... 错误!未定义书签。
1.4 FPGA 的设计流程 ................................ 错误!未定义书签。
第二章 设计方案选择 ................................................... 4
2.1 各种方案的特点 .................................................. 4
2.2 方案选择 ........................................................ 4
第三章 逐点比较法原理 ................................................. 5
3.1 逐点比较圆弧插补原理 ............................................ 5
3.2 圆弧插补的运算过程 .............................................. 6
3.3 节拍控制和运算程序的流程图 ...................................... 7
3.4 圆弧插补的象限处理与坐标交换 .................................... 7
3.4.1 圆弧插补的象限处理 ........................................ 7
3.4.2 圆弧自动过象限 ............................................ 8
第四章 圆弧插补算法 VHDL 实现 .......................................... 8
4.1 圆弧插补逻辑状态 ............................................ 9
4.2 圆弧插补方向进给 ........................................... 11
4.3 圆弧插补 VHDL 仿真 .......................................... 11
4.4 四象限圆弧插补 ............................1 错误!未定义书签。
第五章 总结与展望 .................................................... 14
致谢 .................................................................. 16
参考文献 .............................................................. 17
III
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第一章
绪论
2010 届毕业设计 6 月 7 日修改版
第一章 绪论
1.1 概述
逐点比较法的基本原理是被控对象在按要求的轨迹运动时,每走一步都要与规定
的轨迹进行比较,由此结果决定下一步移动的方向。逐点比较法既可以作直线插补又
可以作圆弧插补。这种算法的特点是,运算直观,插补误差小于一个脉冲当量,输出
脉冲均匀,而且输出买成速度变化小,调节方便,因此在两坐标数控机床中应用较为
普遍。
在零件加工中,理想加工轨迹是刀具中心轨迹应与零件轮廓形状一致,但实际应
用时往往用一小段直线或圆弧去逼近,从而使得控制算法简单,计算量减小。插补算
法是确定刀具中心运动轨迹的计算方法;插补计算就是对数控系统输入基本数据(如
直线的起点、终点的坐标,圆弧的起点、终点、圆心的坐标等)运用一定的插补算法
计算,计算结果可用来图形仿真或作为刀的进给数据。目前插补算法有很多种,与其
它插补方法相比,逐点比较法是一种控制算法简单、进给速度控制方便的插补算法。
逐点比较法插补既可以作直线插补,又可作圆弧插补。
本文将介绍逐点比较法圆弧插补的基本原理,并进行相应的仿真,使其能很好的
应用到FPGA上。
1.2 国内外发展现状
目前数控系统所使用的插补器多为软件插补器,软件插补器虽然有很多优点,但
软件插补受计算机软件运算速度限制,插补的速度、精度等性能指标难以满足高速实
时控制的要求,并已经逐渐成为制约数控加工速度的瓶颈。对于超高速加工场合,随
着数控设备中关键功能部件(直线进给伺服单元、大功率电主轴和陶瓷轴承等)的技术
突破,如果继续采用全软件方法来实现数控加工功能,其速度和加工效率将无法得到
进一步提高。
在数字 计算 机系 统、 数 控 机 床、数 字控制 系统、 数字测 量系统 等领 域 中 ,
FPGA(FieldProgrammable Gate Array 现场可编程门阵列)技术的应用同益广泛。FPGA
器件及其开发系统是开发大规模数字集成电路的新技术,它将现代 T24U 逻辑集成的
共 25 页 第 1 页
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资源评论
- 轰�2023-03-23资源太好了,解决了我当下遇到的难题,抱紧大佬的大腿~
xxpr_ybgg
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