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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張孟晉
研究生(外文):Meng-Chin Chang
論文名稱:嵌入式DSP於光碟機伺服控制系統之設計與應用
論文名稱(外文):The Application of Embedded DSP on Optical Disk Drive Servo System
指導教授:陳建祥
指導教授(外文):Jian-Shiang Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:光碟機數位訊號處理器複雜型可程式化邏輯陣列閘硬體描述語言圖形使用者介面
外文關鍵詞:Optical Disk DriveDigital Signal ProcessorComplex Programmable Logic DeviceHardware Description LanguageGraphical User Interface
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本文主要目的是利用數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)與複雜型可程式化邏輯陣列閘(Complex Programmable Logic Device,CPLD) 設計伺服控制器,應用於整合光碟機之聚焦、定軌、尋軌及主軸伺服的控制晶片設計與實作。藉由DSP的高速運算能力來掌管需要大量演算處理的部分,而CPLD則專門負責邏輯判斷與訊號擷取的部分。
以嵌入式DSP為主要的發展環境,運用組合語言來撰寫系統的各個控制器以實現其演算法,並以嵌入式CPLD為輔撰寫硬體描述語言(Hardware Description Language,HDL)完成特定的數位電路及其它他重要模組之實現。設計控制器時所做的一些模擬,則是採用Matlab這套數學套裝軟體,最後再實機驗證所設計的控制器在實作後的系統動態性能。
在設計控制器方面,本文完成了聚焦伺服控制器之參數模擬與驗證。完成了定軌伺服之尋軌馬達控制器設計與驗證,使其達到完美跟軌(Track following)之目標。改變了長程尋軌控制器架構,包括實現I-P控制器架構以改善速度命令曲線追循、實現擬-中心伺服(Pseudo-Central Servo)控制器架構取代主動式阻尼架構以提升讀取頭之剛性,以及實現了往返碟片內外圈尋軌的功能。完成主軸轉速伺服整合後實驗上的功能驗證,並嘗試以不同的控制器架構來改善CAV之相位誤差。
在整合方面,還運用了Borland C++ Builder來設計圖形使用者介面(Graphical User Interface,GUI),以物件導向的方式呼叫Matlab數學引擎,提供即時調校參數與模擬的功能。可作為使用者在主機(Host)與硬體之間,達到快速而有效的實驗參數調校。
The main objective of this thesis is to design and implement servo controller, utilizing Digital Signal Processor(DSP) and Complex Programmable Logic Device (CPLD), to apply to the integration of focusing, tracking, seeking, and spindle servo of an optical disk drive. To administer a large number of parts dealt with extensive calculations, DSP is utilized for its high-speed computation capability, while CPLD is utilized for additional logic implementation and signals conditioning.
Regarding embedded DSP as the master development environment, the assembly language is adopted to realize controller programs of the system in order to perform algorithms more efficiently, while embedded CPLD is treated as a slave device utilizing the Hardware Description Language(HDL) to implement several digital circuits and realize other essential circuit models. While designing the controllers, simulations were carried out by adopting Matlab, the software of mathematics, finally, the dynamic performance of the system was verified through the controller designs and various experiments.
To demonstrate the integral design process and performance, Borland C ++ Builder(BCB) is adopted to design Graphical User Interface(GUI), which is using object-oriented programming to call for Matlab mathematical engines, to provide the functions of tuning and simulation on parameters on-line. Allow the users to experiment with transferring parameters between Host and real hardware quickly and effectively.
誌謝辭 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 背景與研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文架構 4
第二章 系統描述 5
2.1 光碟機伺服控制系統簡介 5
2.1.1 聚焦伺服(Focusing Servo) 5
2.1.2 定軌伺服(Tracking Servo) 6
2.1.3 尋軌伺服(Seeking Servo) 7
2.1.4 主軸伺服(Spindle Servo) 8
2.2 光碟機伺服控制之DSP/CPLD描述 9
2.3 光碟機伺服控制系統原理 10
2.3.1 聚焦/定軌伺服系統模型 10
2.3.2 聚焦/定軌伺服控制器 11
2.3.3 尋軌伺服系統模型 12
2.3.4 長程尋軌伺服控制器 13
2.3.5 短程尋軌伺服控制器 16
2.3.6 主軸馬達轉速伺服控制器 16
第三章 實驗系統的規劃 19
3.1 實驗設備介紹 19
3.1.1 光碟機本體 19
3.1.2 DSP/CPLD開發環境 21
3.1.3 實驗週邊電路介紹 22
3.2 DSP韌體程式設計 23
3.3 聚焦/定軌伺服系統 23
3.3.1 聚焦/定軌伺服實驗模組之CPLD電路規劃 23
3.3.2 聚焦/定軌伺服控制器之實現 25
3.4 長程尋軌伺服系統 27
3.4.1 長程尋軌伺服實驗模組之CPLD電路規劃 27
3.4.2 長程尋軌伺服實驗之DSP模組規劃 29
3.5 短程尋軌伺服系統 30
3.5.1 短程尋軌伺服實驗模組之CPLD電路規劃 30
3.5.2 短程尋軌伺服實驗之DSP模組規劃 31
3.6 主軸伺服系統 34
3.6.1 定角速度伺服實驗模組之電路規劃 34
3.6.2 定線速度伺服實驗模組之電路規劃 36
3.7 圖形使用者介面之控制器參數模擬與調校 39
第四章 實驗結果 41
4.1 聚焦伺服實驗 41
4.2 定軌伺服實驗 44
4.3 長程尋軌伺服實驗 48
4.3.1 改善速度命令曲線追循效能 48
4.3.2 擬-中心伺服 53
4.3.3 內跨方式之長程尋軌伺服 58
4.3.4 長程尋軌伺服之討論 58
4.4 短程尋軌伺服實驗 63
4.5 主軸馬達伺服實驗 65
4.5.1 CAV模式實驗結果 65
4.5.2 CLV模式實驗結果 70
第五章 本文貢獻與結論 72
5.1 本文貢獻 72
5.2 結論與未來發展之建議 73
參考文獻 74
附錄一(A) 擬-中心伺服電路圖 75
附錄一(B) 擬-中心伺服電路調校方法 76
附錄一(C) CAV相位誤差偵測電路圖 77
[ 1 ] 黃興生, 光碟機尋軌與主軸伺服控制晶片之設計與實作-國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,2002年
[ 2 ] 林建峰, 光碟機之伺服控制晶片設計與實作-國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,1999年
[ 3 ] 蔡福欽, 光碟機聚焦與定軌伺服控制晶片之設計與實作-國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,2002年
[ 4 ] 黃金壽,光碟機之尋軌伺服控制參數之最佳化研究-國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,2000年
[ 5 ] 黃建銘, 光碟機之短程尋軌伺服控制晶片設計與實作-國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,2001年
[ 6 ] 王信博, 光碟機之主軸伺服控制晶片之設計與實作-國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,2000年
[ 7 ] 劉世賢,嵌入式DSP系統於光碟機尋軌/主軸伺服系統之應用-國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,2003年
[ 8 ] 王崇任,嵌入式DSP系統於光碟機聚焦/定軌伺服系統之應用-國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,2003年
[ 9 ] CD-ROM Learning Kit Ver1.0,太和科技編著,1998年初版
[ 10 ] ADSP-218x DSP Hardware/Software Reference,2001年
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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