基于DSP與FPGA的四軸運動(dòng)控制器設計與研究
加入技術(shù)交流群
3．1 與DSP接口設計
DSP芯片的事件管理器(EVA，EVB)用于和FPGA連接，當輸出脈沖量控制驅動(dòng)器時(shí)，DSP使用兩個(gè)事件管理器進(jìn)行PWM波的控制，當輸出模擬量時(shí)，DSP使用GPIOA／GPIOB向FPGA輸出規劃位置。
3．2 模擬信號輸出電路設計
采用D／A轉換器AD669進(jìn)行模擬信號的輸出，AD669具有兩級鎖存，在設計中，將其四路D／A芯片的第一級鎖存處于透明狀態(tài)，第二級鎖存控制信號LDAC連在一起，當四路D／A芯片的數據預裝好后，打開(kāi)第二級鎖存，四路D／A芯片即可同時(shí)轉換，實(shí)現了四軸驅動(dòng)的同時(shí)控制。
3．3 脈沖信號輸出電路設計
脈沖輸出電路由FPGA內部精插補器完成，精插補器根據DSP發(fā)送來(lái)的粗插補數據產(chǎn)生均勻的脈沖輸出，脈沖的輸出有兩種格式：“脈沖+方向”和“正負脈沖”。由于差分信號對外部電磁等信號有很好的抗干擾性，特別是對共模干擾有很好的抑制作用。所以脈沖經(jīng)過(guò)光耦隔離后，再將信號接入差分線(xiàn)驅動(dòng)器AM26LS31后輸出，差分線(xiàn)驅動(dòng)器AM26LS31的作用是將輸入的單極性方波信號轉化為一對極性相反的電機驅動(dòng)信號。
3．4 編碼反饋電路設計
電機編碼信號直接傳入電機驅動(dòng)器中，電機驅動(dòng)器將三對差分編碼信號A+，A-，B+，B-，N+，N-作為反饋傳給運動(dòng)控制器。在電機旋轉時(shí)，所發(fā)出的編碼信號會(huì )出現非常多的毛刺，并且經(jīng)過(guò)驅動(dòng)器大電源的干擾，如果直接接到FPGA中，可能會(huì )引起誤判斷，所以先將三對編碼信號經(jīng)過(guò)差分芯片AM26LS32轉化成單路信號A，B，N后再接入FPGA中。芯片AM26LS32功能是將輸入的一對極性相反的編碼器差分信號轉化成單極性的脈沖信號，與AM32LS31正好相反。
3．5 開(kāi)關(guān)量接口和通用I／O電路設計
輸出信號包括復位信號和使能信號，由FPGA產(chǎn)生，經(jīng)光耦隔離后直接輸出；輸入信號包括驅動(dòng)報警信號，正負限位信號和原點(diǎn)信號，這些信號經(jīng)光耦隔離、電平轉換后再由FPGA接收，當FPGA檢測到這些信號后，確定具體的觸發(fā)信號，做出相應的反應。另外運動(dòng)控制器還提供了八路數字量輸入通道和八路數字量輸出通道，輸入、輸出通道都經(jīng)光電隔離，以提高抗干擾性。
4 網(wǎng)口模塊設計
DSP通過(guò)以太網(wǎng)控制器RTL8019AS與上位機連接，RTL8019AS在一塊芯片上集成了RTL8019AS內核和一個(gè)16 KB的SDRAM存儲器，兼容RTL8019 AS控制軟件和NE2000 8 b或16 b傳輸，其接口符合Ethernet2和IEEE 802．3標準。RTL8019AS與主機的接口模式有三種模式：跳線(xiàn)模式，PnP模式，RT模式。此運動(dòng)控制器使用便于DSP應用的跳線(xiàn)模式。DSP與RTL8019AS的連接如圖4所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/190768.htm
(1)數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn)。RTL8019AS的數據總線(xiàn)和DSP的16位數據總線(xiàn)直接相連即可。RTL8019AS片內NE2000寄存器組都是通過(guò)其映射I／O端口進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，I／O端口共32個(gè)，地址偏移量為00H～1FH，把I／O基地址設為300H，則對應的I／O端口尋址范圍為：300H～31FH。只需要10根地址線(xiàn)就可以對I／O端口進(jìn)行尋址，把SA10～SA19接低電平，SA0～SA9按照表1接法即可。
由表1可以看出，只需要5根地址線(xiàn)就可以尋址32位I／O端口，所以可以直接把SA9，SA8接高電平，SA5～SA7接低電平，SA0～SA4與DSP的低5位地址線(xiàn)XA0～XA4相接。
(2)控制總線(xiàn)。RTL8019AS片選信號AEN使用DSP的擴展片選信號
，IORB、IOWB直接與DSP的讀寫(xiě)控制信號
相連，中斷輸出引腳INT0與DSP的XINT2相連，高電平有效的復位輸入引腳與監控電路芯片SP708的RST相連，當DSP復位時(shí)，RTL8019AS也復位。
(3)RTL8019AS與網(wǎng)絡(luò )介質(zhì)接口。RTL8019AS可以使用同軸電纜或雙絞線(xiàn)作為傳輸媒介，將其AUI接口接地或懸空，使用BNC接口。BNC接口方式支持8線(xiàn)雙絞線(xiàn)或同軸電纜。20F001N是雙絞線(xiàn)驅動(dòng)器，為耦合隔離變壓器模塊，通過(guò)它可以去除因電路數字特性導致的高次諧波。RTL80 19AS與20F001N的連接如圖4所示。其差分輸入信號TPIN+、TPIN-與差分輸出信號TPOUT+、TPOUT-分別與20F001的對應引腳相連。
5 結語(yǔ)
在PC平臺下，充分利用了DSP的數據處理能力和FPGA的硬件特性，使系統既能進(jìn)行復雜的軌跡規劃、高速插補，又能保證運動(dòng)控制器的穩定性和精確性，這種運動(dòng)控制器能應用于數控系統，機器人制造等控制領(lǐng)域。
評論