基于CPLD的開放式四軸運動控制器的設計
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1、系統(tǒng)硬件結構
開放式四軸運動控制器的硬件結構如圖1所示。其中，虛線框內(nèi)的部分由ALTERA公司的復雜可編程門陣列EPF6016實現(xiàn)。FLEX6000系列器件EPF6016是ALTERA公司為大容量設計提供的一種低成本可編程交織式門陣列，共有16000個可用門，1320個邏輯單元，117個I/O引腳，每個I/O引腳都有獨立的三態(tài)輸出使能控制。該器件采用OPEFLEX結構，能在最小的芯片尺寸上保持高性能和高布線率。器件的基本組成是邏輯單元（LE）。每個邏輯單元由一個4輸入查找表、一個寄存器以及作為進位鏈和級連鏈功能的專用通道。每十個邏輯單元組成一個邏輯陣列塊（LAB）。器件采用SRAM構造，可以通過外部EEPROM或控制器實現(xiàn)在線配置，能使設計者在設計初期以及設計測試過程中對設計作靈活的修改，同時也能夠通過在線重新配置來改變其內(nèi)部功能。運動控制器的硬件功能編程由ALTERA公司提供的MAX+PLUSII開發(fā)系統(tǒng)支持，設計采用了原理圖輸入方式，設計和調試比較直觀、簡便。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191937.htm
該運動控制器的硬件結構分為以下幾部分：
（1）主機接口電路：運動控制器采用了ISA-AT總線接口，同時設計了PC-104接口。數(shù)據(jù)總線寬度為16位，接口功能在EPF6016內(nèi)部實現(xiàn)，其中包括總線地址譯碼、數(shù)據(jù)和命令鎖存、中斷及復位等功能。
（2）光電編碼器接口電路：運動控制器接收四路光電編碼器差分輸入信號作為位置反饋，最高輸入頻率為1MHz，輸入的A、B相信號經(jīng)過差動接收后，在EPF6016內(nèi)部經(jīng)過數(shù)字濾處理后進行倍頻和辨向，產(chǎn)生的方向信號和脈沖信號進入16位加減計數(shù)器。系統(tǒng)軟件可以計數(shù)而獲得實際的位置變化。
（3）模擬量輸出電路：高性能的運動控制器應采用高分辨率的D/A轉換器。為了保證模擬量控制信號的精度，并考慮到模擬量信號在線上傳輸引起的漂移和電壓降落，運動控制器和伺服驅動器之間的模擬控制接口信號至少應有12位以上的精度。本文中的運動控制器采用了低成本、小封裝體積的雙16位串行輸入D/A轉換器AD1866，構成雙極性電壓輸出方式。在EPF6016內(nèi)部設計了控制4路并發(fā)式并行/串行數(shù)據(jù)轉換以及4路D/A地址選擇電路，運動控制器的模擬量電壓輸出范圍為±10V。
（4）數(shù)字量輸入輸出電路：運動控制的所有I/O信號均采用光電隔離處理，考慮到I/O并關信號可能產(chǎn)生的信號抖動現(xiàn)象，對每一路I/O信號都進行了相應的數(shù)字濾波處理以消除噪聲信號?？刂破髟O計了40路I/O信號，其中包括16路專用輸入信號、2中特殊開關輸入信號（用于坐標測量或定位的接觸式測頭信號和急停開關信號），另外還設計了16路可編程通用I/O信號（8路輸入/8路輸出）。實際上，所有的I/O信號除個別信號具有獨特的功能外，都是開放的，可以根據(jù)I/O信號除個別信號具有獨特功能外，都是開放的，可以根據(jù)應用的特點設計具體的功能。
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