基于DSP+CPLD 可重構數控系統的設計與仿真

　　1、前言

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)的高速發(fā)展，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)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，制造系統能夠隨著(zhù)加工條件的變化動(dòng)態(tài)調整。目前，各類(lèi)MCU 快速發(fā)展，它們不僅運算速度快、價(jià)格便宜、種類(lèi)繁多，而目不同M CU 針對不同的應用在其片上集成了專(zhuān)用控制電路，滿(mǎn)足了不同的應用需求還提高了電路的安全性和穩定性。綜合上述的分析與論證，本文設計了一種基于DSP＋CPLD 現場(chǎng)可編程門(mén)陣列器件的可重構數控系統。

　　2、硬件設計

　　本運動(dòng)控制卡是以PC 機作為主機的運動(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，擴展存儲器電路和PC-DSP通訊電路。PC機把粗處理的數據通過(guò)DSP-PC 通訊接口傳遞給運動(dòng)控制系統，DSP通過(guò)對光電編碼器反饋信號處理電路的結果分析，計算出與給定位置的誤差值，再通過(guò)軟件位置調節器獲得位置控制量，計算出運動(dòng)速度控制量，產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)D/A 轉換將模擬電壓量送給伺服放大器，通過(guò)對伺服電機的控制實(shí)現對位置的閉環(huán)控制。系統的結構框圖如圖 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(lái)完成，用PCI 接口芯片實(shí)現雙口RAM與PC 機的通訊，雙口RAM用來(lái)存儲和緩沖DSP與PC 機間的通訊數據，SRAM用來(lái)存儲運動(dòng)控制器運行時(shí)的程序和數據。

　　(1).DSP外部中斷接口處理

　　對于數控機床來(lái)說(shuō)，由于受工作行程等各方面的限制，在其超過(guò)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(kāi)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，“-”表示負限位。這幾個(gè)信號通過(guò)CPLD 的相與之后接到DSP 的中斷管腳XINT1，同時(shí)這些信號通過(guò)光藕電路接入DSP的I/O 口。當運動(dòng)到限位開(kāi)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I/O 判定是哪個(gè)限位開(kāi)關(guān)超過(guò)工作范圍。8 個(gè)限位開(kāi)關(guān)分別接到DSP 的I/O 口,通過(guò)設置MCRA(地址:7090H),MCRB(地址:7092H)為零，使這些復用管腳處于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)對應的數據位讀取,對應的數據方向位設為零，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(lèi)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(guò)邏輯與門(mén)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。