基于DSP與FPGA的四軸運動控制器設(shè)計與研究
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3．1 與DSP接口設(shè)計
DSP芯片的事件管理器(EVA，EVB)用于和FPGA連接，當(dāng)輸出脈沖量控制驅(qū)動器時，DSP使用兩個事件管理器進(jìn)行PWM波的控制，當(dāng)輸出模擬量時，DSP使用GPIOA／GPIOB向FPGA輸出規(guī)劃位置。
3．2 模擬信號輸出電路設(shè)計
采用D／A轉(zhuǎn)換器AD669進(jìn)行模擬信號的輸出，AD669具有兩級鎖存，在設(shè)計中，將其四路D／A芯片的第一級鎖存處于透明狀態(tài)，第二級鎖存控制信號LDAC連在一起，當(dāng)四路D／A芯片的數(shù)據(jù)預(yù)裝好后，打開第二級鎖存，四路D／A芯片即可同時轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了四軸驅(qū)動的同時控制。
3．3 脈沖信號輸出電路設(shè)計
脈沖輸出電路由FPGA內(nèi)部精插補器完成，精插補器根據(jù)DSP發(fā)送來的粗插補數(shù)據(jù)產(chǎn)生均勻的脈沖輸出，脈沖的輸出有兩種格式：“脈沖+方向”和“正負(fù)脈沖”。由于差分信號對外部電磁等信號有很好的抗干擾性，特別是對共模干擾有很好的抑制作用。所以脈沖經(jīng)過光耦隔離后，再將信號接入差分線驅(qū)動器AM26LS31后輸出，差分線驅(qū)動器AM26LS31的作用是將輸入的單極性方波信號轉(zhuǎn)化為一對極性相反的電機(jī)驅(qū)動信號。
3．4 編碼反饋電路設(shè)計
電機(jī)編碼信號直接傳入電機(jī)驅(qū)動器中，電機(jī)驅(qū)動器將三對差分編碼信號A+，A-，B+，B-，N+，N-作為反饋傳給運動控制器。在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，所發(fā)出的編碼信號會出現(xiàn)非常多的毛刺，并且經(jīng)過驅(qū)動器大電源的干擾，如果直接接到FPGA中，可能會引起誤判斷，所以先將三對編碼信號經(jīng)過差分芯片AM26LS32轉(zhuǎn)化成單路信號A，B，N后再接入FPGA中。芯片AM26LS32功能是將輸入的一對極性相反的編碼器差分信號轉(zhuǎn)化成單極性的脈沖信號，與AM32LS31正好相反。
3．5 開關(guān)量接口和通用I／O電路設(shè)計
輸出信號包括復(fù)位信號和使能信號，由FPGA產(chǎn)生，經(jīng)光耦隔離后直接輸出；輸入信號包括驅(qū)動報警信號，正負(fù)限位信號和原點信號，這些信號經(jīng)光耦隔離、電平轉(zhuǎn)換后再由FPGA接收，當(dāng)FPGA檢測到這些信號后，確定具體的觸發(fā)信號，做出相應(yīng)的反應(yīng)。另外運動控制器還提供了八路數(shù)字量輸入通道和八路數(shù)字量輸出通道，輸入、輸出通道都經(jīng)光電隔離，以提高抗干擾性。
4 網(wǎng)口模塊設(shè)計
DSP通過以太網(wǎng)控制器RTL8019AS與上位機(jī)連接，RTL8019AS在一塊芯片上集成了RTL8019AS內(nèi)核和一個16 KB的SDRAM存儲器，兼容RTL8019 AS控制軟件和NE2000 8 b或16 b傳輸，其接口符合Ethernet2和IEEE 802．3標(biāo)準(zhǔn)。RTL8019AS與主機(jī)的接口模式有三種模式：跳線模式，PnP模式，RT模式。此運動控制器使用便于DSP應(yīng)用的跳線模式。DSP與RTL8019AS的連接如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/190768.htm
(1)數(shù)據(jù)總線和地址總線。RTL8019AS的數(shù)據(jù)總線和DSP的16位數(shù)據(jù)總線直接相連即可。RTL8019AS片內(nèi)NE2000寄存器組都是通過其映射I／O端口進(jìn)行訪問，I／O端口共32個，地址偏移量為00H～1FH，把I／O基地址設(shè)為300H，則對應(yīng)的I／O端口尋址范圍為：300H～31FH。只需要10根地址線就可以對I／O端口進(jìn)行尋址，把SA10～SA19接低電平，SA0～SA9按照表1接法即可。
由表1可以看出，只需要5根地址線就可以尋址32位I／O端口，所以可以直接把SA9，SA8接高電平，SA5～SA7接低電平，SA0～SA4與DSP的低5位地址線XA0～XA4相接。
(2)控制總線。RTL8019AS片選信號AEN使用DSP的擴(kuò)展片選信號
，IORB、IOWB直接與DSP的讀寫控制信號
相連，中斷輸出引腳INT0與DSP的XINT2相連，高電平有效的復(fù)位輸入引腳與監(jiān)控電路芯片SP708的RST相連，當(dāng)DSP復(fù)位時，RTL8019AS也復(fù)位。
(3)RTL8019AS與網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)接口。RTL8019AS可以使用同軸電纜或雙絞線作為傳輸媒介，將其AUI接口接地或懸空，使用BNC接口。BNC接口方式支持8線雙絞線或同軸電纜。20F001N是雙絞線驅(qū)動器，為耦合隔離變壓器模塊，通過它可以去除因電路數(shù)字特性導(dǎo)致的高次諧波。RTL80 19AS與20F001N的連接如圖4所示。其差分輸入信號TPIN+、TPIN-與差分輸出信號TPOUT+、TPOUT-分別與20F001的對應(yīng)引腳相連。
5 結(jié)語
在PC平臺下，充分利用了DSP的數(shù)據(jù)處理能力和FPGA的硬件特性，使系統(tǒng)既能進(jìn)行復(fù)雜的軌跡規(guī)劃、高速插補，又能保證運動控制器的穩(wěn)定性和精確性，這種運動控制器能應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)器人制造等控制領(lǐng)域。
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