基于DSP与FPGA的四轴运动控制器设计与研究
3．1 与DSP接口设计
DSP芯片的事件管理器(EVA，EVB)用于和FPGA连接，当输出脉冲量控制驱动器时，DSP使用两个事件管理器进行PWM波的控制，当输出模拟量时，DSP使用GPIOA／GPIOB向FPGA输出规划位置。
3．2 模拟信号输出电路设计
采用D／A转换器AD669进行模拟信号的输出，AD669具有两级锁存，在设计中，将其四路D／A芯片的第一级锁存处于透明状态，第二级锁存控制信号LDAC连在一起，当四路D／A芯片的数据预装好后，打开第二级锁存，四路D／A芯片即可同时转换，实现了四轴驱动的同时控制。
3．3 脉冲信号输出电路设计
脉冲输出电路由FPGA内部精插补器完成，精插补器根据DSP发送来的粗插补数据产生均匀的脉冲输出，脉冲的输出有两种格式：“脉冲+方向”和“正负脉冲”。由于差分信号对外部电磁等信号有很好的抗干扰性，特别是对共模干扰有很好的抑制作用。所以脉冲经过光耦隔离后，再将信号接入差分线驱动器AM26LS31后输出，差分线驱动器AM26LS31的作用是将输入的单极性方波信号转化为一对极性相反的电机驱动信号。
3．4 编码反馈电路设计
电机编码信号直接传入电机驱动器中，电机驱动器将三对差分编码信号A+，A-，B+，B-，N+，N-作为反馈传给运动控制器。在电机旋转时，所发出的编码信号会出现非常多的毛刺，并且经过驱动器大电源的干扰，如果直接接到FPGA中，可能会引起误判断，所以先将三对编码信号经过差分芯片AM26LS32转化成单路信号A，B，N后再接入FPGA中。芯片AM26LS32功能是将输入的一对极性相反的编码器差分信号转化成单极性的脉冲信号，与AM32LS31正好相反。
3．5 开关量接口和通用I／O电路设计
输出信号包括复位信号和使能信号，由FPGA产生，经光耦隔离后直接输出；输入信号包括驱动报警信号，正负限位信号和原点信号，这些信号经光耦隔离、电平转换后再由FPGA接收，当FPGA检测到这些信号后，确定具体的触发信号，做出相应的反应。另外运动控制器还提供了八路数字量输入通道和八路数字量输出通道，输入、输出通道都经光电隔离，以提高抗干扰性。
4 网口模块设计
DSP通过以太网控制器RTL8019AS与上位机连接，RTL8019AS在一块芯片上集成了RTL8019AS内核和一个16 KB的SDRAM存储器，兼容RTL8019 AS控制软件和NE2000 8 b或16 b传输，其接口符合Ethernet2和IEEE 802．3标准。RTL8019AS与主机的接口模式有三种模式：跳线模式，PnP模式，RT模式。此运动控制器使用便于DSP应用的跳线模式。DSP与RTL8019AS的连接如图4所示。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/190768.htm
(1)数据总线和地址总线。RTL8019AS的数据总线和DSP的16位数据总线直接相连即可。RTL8019AS片内NE2000寄存器组都是通过其映射I／O端口进行访问，I／O端口共32个，地址偏移量为00H～1FH，把I／O基地址设为300H，则对应的I／O端口寻址范围为：300H～31FH。只需要10根地址线就可以对I／O端口进行寻址，把SA10～SA19接低电平，SA0～SA9按照表1接法即可。
由表1可以看出，只需要5根地址线就可以寻址32位I／O端口，所以可以直接把SA9，SA8接高电平，SA5～SA7接低电平，SA0～SA4与DSP的低5位地址线XA0～XA4相接。
(2)控制总线。RTL8019AS片选信号AEN使用DSP的扩展片选信号
，IORB、IOWB直接与DSP的读写控制信号
相连，中断输出引脚INT0与DSP的XINT2相连，高电平有效的复位输入引脚与监控电路芯片SP708的RST相连，当DSP复位时，RTL8019AS也复位。
(3)RTL8019AS与网络介质接口。RTL8019AS可以使用同轴电缆或双绞线作为传输媒介，将其AUI接口接地或悬空，使用BNC接口。BNC接口方式支持8线双绞线或同轴电缆。20F001N是双绞线驱动器，为耦合隔离变压器模块，通过它可以去除因电路数字特性导致的高次谐波。RTL80 19AS与20F001N的连接如图4所示。其差分输入信号TPIN+、TPIN-与差分输出信号TPOUT+、TPOUT-分别与20F001的对应引脚相连。
5 结语
在PC平台下，充分利用了DSP的数据处理能力和FPGA的硬件特性，使系统既能进行复杂的轨迹规划、高速插补，又能保证运动控制器的稳定性和精确性，这种运动控制器能应用于数控系统，机器人制造等控制领域。
评论