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一种嵌入式运动控制器的实现

作者:时间:2011-09-07来源:网络收藏

本文选用DSP与FPGA作为的核心部件,设计了通用型。其中DSP用于轨迹规划、速度控制及位置控制等功能;FPGA完成运动的精插补功能,用于精确计算步进电机或伺服驱动元件的控制脉冲,同时接收并处理脉冲型位置反馈信号。本文对该运动控制器的总体结构、硬件设计和软件设计进行了描述。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/150256.htm

  1 系统总体设计

  运动控制器的总体性能指标为:作为一个单独的运动控制器使用,控制信号采用数字量方式输出,能控制四轴的伺服电机;最高脉冲输出频率为4MP/s,能处理的编码器反馈信号最高频率为4MP/s;能接收和处理4路编码器反馈信号;可以处理原点信号、正负方向信号、到位信号以及急停信号等数字量输入信号;提供16路数字量输出信号和16路数字量输入信号接口。运动控制器采用DSP与FPGA芯片作为主控芯片,主要包括DSP模块、FPGA模块、FPGA外围电路模块和数字量输入输出接口模块。

  采用基于DSP与FPGA的运动控制器,能够实时完成复杂的轨迹运算,而且利用DSP的高速数字信号处理功能和FPGA功耗低、主频高的优点,能充分显示该运动控制器的优点。采用DSP与FPGA相结合的运动控制器可以方便地对系统的控制策略进行修改,对控制参数进行修正,并可使设备具有良好的可靠性、可维修性,而且还降低了成本。系统还可以采用更多的智能控制策略,结构灵活,有较强的通用性,适合于模块化设计,能够提高算法效率,且易于维护和扩展。总体设计方案原理框图如图1所示。

  

嵌入式运动控制器硬件框图

  2 系统硬件设计

  2.1 DSP模块

  本控制器采用TI公司的TMS320F2812为主控芯片,它是32位的控制专用DSP,内含FLASH,主频高达150MHz,具有数字信号处理、事件管理和控制功能,适用于大批量数据处理的场合。

  选用TI公司生产的TPS767D318芯片来TMS320-F2812的电源设计,将5V电源分别转换为3.3V和1.8V。

  SRAM是DSP常用的外围存储器,它具有接口简单、读写速度快等优点,所以选择大小为64KB的随机存储器CY7C1021作为存储器扩展芯片。DSPF2812与CY7C1021接口电路如图2所示。

  

DSPF2812与CY7C1021接口电路

  复位电路设计采用TI公司的TPS382x系列电压监控电路,此系列电路不需要外围电路即可组成监控电路。SCI模块用于扩展RS-232和RS-485串行通信接口;CAN模块和外部CAN工业现场总线相连;外部接口用于与FPGA连接和扩展数字量输入输出。

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