基于DSP與FPGA的跟蹤伺服運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)

　　將DSP片上集成的多通道緩沖串口配置成SPI模式,與FPGA內(nèi)部的SPI模塊完成數(shù)據(jù)交換,從而完成DSP對(duì)FPGA的控制。此時(shí)DSP上的Mcbsp為SPI通信的主機(jī)，FPGA內(nèi)部的SPI模塊為從機(jī)，從FPGA讀取數(shù)據(jù)時(shí)，只需向從機(jī)發(fā)送偽數(shù)據(jù)。這種通信方式避免了占用大量的DSP I/O口資源，速度快，出錯(cuò)率小。

　　由于TMS320F2812內(nèi)部集成的12位高速A/D轉(zhuǎn)換器只能輸入電壓范圍在0～3 V以內(nèi)的模擬信號(hào)，因此需要對(duì)輸入的雙極性電壓信號(hào)進(jìn)行處理，具體電路如圖2所示。為了提高A/D采樣精度，需要進(jìn)行軟件校準(zhǔn)，基本思想是通過(guò)采樣已知電壓信號(hào)來(lái)確定偏差。

　　2.2 FPGA模塊

　　FPGA選型時(shí)綜合考慮片上邏輯單元、用戶I/O口數(shù)量以及功能擴(kuò)展的需要，根據(jù)前期仿真結(jié)果選用Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2C8Q208C8，它具有8 256個(gè)邏輯單元，138個(gè)用戶I/O，36個(gè)M4KRAM和2個(gè)鎖相環(huán)，內(nèi)核電壓只有1.2 V，具有低成本、低功耗的特點(diǎn)[8,9]。由于FPGA具有高速并行處理能力，所以保證了系統(tǒng)的同步性[10]。它的I/O口支持3.3 V LVTTL電平，與DSP管腳電平兼容，因此不用進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，可直接連接，使用方便。

　　FPGA模塊主要完成伺服控制器的邏輯接口功能，并可以擴(kuò)展通用I/O口數(shù)量，方便功能擴(kuò)展。在此主要實(shí)現(xiàn)4個(gè)模塊：串行通信接口模塊、SPI模塊、D/A接口模塊和中斷控制模塊。其中SPI模塊配置成從機(jī)工作模式，與DSP的Mcbsp配合完成DSP與FPGA的數(shù)據(jù)交換。各模塊獨(dú)立并行工作，并由頂層控制模塊統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，具有速度快、可移植性好的特點(diǎn)。

　　2.3 D/A轉(zhuǎn)換器模塊

　　根據(jù)轉(zhuǎn)換通道數(shù)、精度和轉(zhuǎn)換速度，D/A轉(zhuǎn)換芯片選擇BURR-BROWN公司的DAC7614。它是12位串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器，4路模擬輸出，功耗只有20 mW，單次轉(zhuǎn)換建立時(shí)間10 μs[10]。

　　使用單極性輸出時(shí)，采用＋5 V供電；雙極性輸出時(shí)，采用±5 V供電。在此需要用到雙極性輸出，基準(zhǔn)電壓源選用LM336-2.5,負(fù)電壓基準(zhǔn)采用反相放大方式產(chǎn)生。為避免外電路對(duì)板內(nèi)數(shù)字電路的干擾，需要對(duì)數(shù)字部分進(jìn)行光電隔離。具體電路如圖3所示。