基于DSP+CPLD 可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

　　1、前言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式，其核心思想之一是柔性化制造，制造系統(tǒng)能夠隨著加工條件的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整。目前，各類MCU 快速發(fā)展，它們不僅運(yùn)算速度快、價(jià)格便宜、種類繁多，而目不同M CU 針對不同的應(yīng)用在其片上集成了專用控制電路，滿足了不同的應(yīng)用需求還提高了電路的安全性和穩(wěn)定性。綜合上述的分析與論證，本文設(shè)計(jì)了一種基于DSP＋CPLD 現(xiàn)場可編程門陣列器件的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)。

　　2、硬件設(shè)計(jì)

　　本運(yùn)動(dòng)控制卡是以PC 機(jī)作為主機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制卡，選用DSP 作為核心微處理器，卡上集成編碼器信號采集和處理電路，D/A輸出電路，擴(kuò)展存儲器電路和PC-DSP通訊電路。PC機(jī)把粗處理的數(shù)據(jù)通過DSP-PC 通訊接口傳遞給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，DSP通過對光電編碼器反饋信號處理電路的結(jié)果分析，計(jì)算出與給定位置的誤差值，再通過軟件位置調(diào)節(jié)器獲得位置控制量，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)速度控制量，產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換將模擬電壓量送給伺服放大器，通過對伺服電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)對位置的閉環(huán)控制。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。

　　選用美國TI公司的16位定點(diǎn)DSPTMS320LF2407A作為本運(yùn)動(dòng)控制器的核心處理器，地址譯碼、時(shí)序邏輯、編碼器信號處理電路用CPLD來完成，用PCI 接口芯片實(shí)現(xiàn)雙口RAM與PC 機(jī)的通訊，雙口RAM用來存儲和緩沖DSP與PC 機(jī)間的通訊數(shù)據(jù)，SRAM用來存儲運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)。

　　(1).DSP外部中斷接口處理

　　對于數(shù)控機(jī)床來說，由于受工作行程等各方面的限制，在其超過控制范圍時(shí)，引入包括限位中斷和編碼器INDEX 信號中斷。每個(gè)控制軸有正反方向的兩個(gè)限位開關(guān)，產(chǎn)生兩個(gè)限位信號，4 個(gè)軸共8 個(gè)限位信號:LIMA+, LIMA -、LIMB +, LIMB -、LIMC +, LIMC-，LIMD+, LIMD -其中“+”表示正限位，“-”表示負(fù)限位。這幾個(gè)信號通過CPLD 的相與之后接到DSP 的中斷管腳XINT1，同時(shí)這些信號通過光藕電路接入DSP的I/O 口。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到限位開關(guān)處時(shí)，就會(huì)觸發(fā)DSP的外部中斷信號XINT1，然后DSP就可以根據(jù)I/O 判定是哪個(gè)限位開關(guān)超過工作范圍。8 個(gè)限位開關(guān)分別接到DSP 的I/O 口,通過設(shè)置MCRA(地址:7090H),MCRB(地址:7092H)為零，使這些復(fù)用管腳處于I/O 功能。限位輸入信號的狀態(tài)可以從寄存器PADATDIR(地址:7098H )和PBDATDIR(地址:709AH)對應(yīng)的數(shù)據(jù)位讀取,對應(yīng)的數(shù)據(jù)方向位設(shè)為零，以使這些I/O 管腳工作在“輸入”狀態(tài)下。編碼器的INDEX信號處理同上面相類似。每個(gè)軸能產(chǎn)生一個(gè)INDEX 信號，4 個(gè)軸有4個(gè)INDEX 信號。這4 個(gè)信號通過邏輯與門產(chǎn)生一個(gè)中斷信號，接到XINT2,同時(shí)接到DSP 的I/O 口，供中斷產(chǎn)生時(shí)DSP讀入。