基于1394總線(xiàn)通信的I/O模塊在數控系統中的應用

　　數控系統作為數控機床裝備的核心關(guān)鍵部件，是決定機床裝備的性能、功能、可靠性和成本的關(guān)鍵因素。我國的數控系統技術(shù)基礎薄弱，高檔數控系統基本依賴(lài)進(jìn)口，而相關(guān)高檔數控系統的開(kāi)發(fā)技術(shù)，國外對我國至今仍封鎖限制，成為制約我國高檔數控機床發(fā)展的瓶頸。自主開(kāi)發(fā)高檔數控系統迫在眉睫，而其中的關(guān)鍵技術(shù)就是數據通信速率的提高。

　　IEEE 1394最初由Apple公司提出，命名為FireWire(火線(xiàn))，是一種高速串行總線(xiàn)。IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會(huì ))在1995年認可FireWire為IEEE1394—1995規范，繼而又對該協(xié)議中一些模糊的定義加以修正，推出了IEEE 1394a．2000規范，解決了一些兼容性問(wèn)題。2001年，更新的1394規范——1394b也被推出，其帶寬、傳輸速度、距離和效率都有了大幅度提高。IEEE 1394支持100 Mb/s、200 Mh/s和400 Mb/s的傳輸速率；支持點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸，各個(gè)節點(diǎn)可以脫離主機自主執行事務(wù)；另外，它還支持即插即用、熱插拔、同步和異步傳輸方式，公平仲裁原則。鑒于IEEE 1394的高速傳輸等優(yōu)越性，將其應用于高檔數控系統成為一種必然的趨勢。

　　本研究設計出一塊基于1394總線(xiàn)傳輸的I/O模塊，該模塊應用在高檔數控系統中，負責實(shí)時(shí)采集機床開(kāi)關(guān)量數據，數據傳輸及控制機床進(jìn)給量。

1 1394總線(xiàn)通信I/O模塊硬件設計

　　1.1 I/O模塊整體結構介紹

　　該模塊主要包括1394芯片、DSP芯片和光耦芯片。該模塊共引出32個(gè)輸入口和24個(gè)輸出口，具有高速傳輸、抗干擾的特點(diǎn)。該模塊I/O端El通過(guò)排線(xiàn)與數控機床的開(kāi)關(guān)量相連接，負責數據采集及實(shí)時(shí)控制。1394端口通過(guò)1394總線(xiàn)與上位機進(jìn)行通信，負責I/O模塊與上位機的數據傳輸。該模塊與上位機及機床的整體架構如圖1所示。

圖1系統整體結構圖

　　I/O模塊中各芯片間的連接如圖2所示：DSP芯片選用TI公司的TMS320F2812，它是一款32位定點(diǎn)DSP芯片，運行速度高，處理功能強大，并且具有豐富的片內外圍設備，便于接口和模塊化設計。共有56位復用GPIO，可引出作為I/O端口。1394芯片選用TI公司的TSB43AA82，它是一款集成物理層和數據鏈路層的兩端口1394控制器，兼容1394—1995和IEEEl394a一2000規范，支持異步數據傳輸。光耦芯片選用TOSHIBA公司的TLP521-4，每個(gè)芯片內具有4個(gè)獨立隔離通道舊J。DSP芯片與1394芯片通過(guò)數據線(xiàn)、地址線(xiàn)和控制線(xiàn)連接。DSP芯片引出56位GPIO管腳，通過(guò)光耦芯片與外界設備連接。

圖2 I／O模塊中1394，DSP及光耦芯片的連接

　　1.2 DSP芯片外圍電路介紹

　　TMS320F28 12的XZCS6 AND7連接TSB43 AA82的xcs(片使能)，用于片選TSB43AA82，當訪(fǎng)問(wèn)區域6時(shí)有效；XWE為寫(xiě)有效，連接TSB43AA82的XWR(寫(xiě)使能)，用于向TSB43AA82寫(xiě)入數據；XRD為讀有效，連接TSB43AA82的XRD(讀使能)，用于讀取TSB43AA82數據；XRS為復位輸出，連接ARESETP(物理層模塊復位輸入)和ARESETL(鏈路層模塊復位輸入)，用于控制TSB43AA82復位；TSB43AA82的XINT為中斷信號輸出，連接TMS320F2812的XINTl一XBIO中斷輸入)，用于中斷程序；XWAIT為等待信號輸出，連接TMS320F2812的XREADY(數據準備輸入)，用于說(shuō)明外設已為訪(fǎng)問(wèn)做好準備；XA0～XA7，BD108～BDI015為8位地址總線(xiàn)，XD0～XDl5，DA0～DAl5為16位數據總線(xiàn)，用于TMS320F2812與TSIM3AA82之間數據傳輸。TLP521-4的P為內部發(fā)光二極管正極，N為內部發(fā)光二極管負極，Out為內部三極管輸出。

　　1.3 光耦芯片電路介紹

　　本設計的I/O模塊通過(guò)引入光耦芯片，實(shí)現DSP芯片與機床的電路隔離、電平匹配等功能。光耦芯片電路如圖3所示。輸入光耦電路指I/O模塊輸入端，“輸入1”連接機床開(kāi)關(guān)量；“輸出1”連接DSP的輸入GPIO。輸出光耦電路指IZO模塊輸出端，“輸入2”連接DSP的輸出GPIO；“輸出2”通過(guò)繼電器連接機床的控制量。