基于A(yíng)RM和FPGA的多路電機控制方案

介紹了一種基于fpga的多軸控制器，控制器主要由arm7(LPC2214)和fpga(EP2C5T144C8)及其外圍電路組成，用于同時(shí)控制多路電機的運動(dòng)。利用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言在fpga中實(shí)現了電機控制邏輯，主要包括脈沖控制信號產(chǎn)生、加減速控制、編碼器反饋信號的辨向和細分、絕對位移記錄、限位信號保護邏輯等。論文中給出了fpga內部一些核心邏輯單元的實(shí)現，并利用QuartusⅡ、Modelsim SE軟件對關(guān)鍵邏輯及時(shí)序進(jìn)行了仿真。實(shí)際使用表明該控制器可以很好控制多軸電機的運動(dòng)，并且能夠實(shí)現高精度地位置控制。

隨著(zhù)電機廣泛地應用于數字控制系統中，對電機控制的實(shí)時(shí)性和精度上的要求越來(lái)越高。如何靈活、有效地控制電機的運行成為研究的主要方向。文中采用現場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array，fpga)，通過(guò)Verilog語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現電機的控制。利用fpga設計具有硬件設計軟件化、高度集成化、高工作頻率等優(yōu)點(diǎn)。fpga最大的特點(diǎn)就是靈活，實(shí)現你想實(shí)現的任何數字電路，可以定制各種電路，減少受制于專(zhuān)用芯片的束縛，真正為自己的產(chǎn)品量身定做。在設計的過(guò)程中可以靈活的更改設計，而且它強大的邏輯資源和寄存器資源可以讓你輕松的去發(fā)揮設計理念。其并行執行，硬件實(shí)現的方式可以應對設計中大量的高速電子線(xiàn)路設計需求。

1 多軸控制器主要功能

多軸控制器與上位機、電機驅動(dòng)器等配合使用，圖1為采用多軸控制器組成的控制系統總體示意圖?？刂破鹘邮丈衔粰C發(fā)送的控制指令，分析處理并產(chǎn)生相應的方向信號、脈沖信號給驅動(dòng)器，從而達到控制電機運行的目的。為了提高系統的控制精度，將電機的編碼器信號作為反饋信號輸入給控制器(內部實(shí)現自動(dòng)辨向及四細分)。在各軸運動(dòng)過(guò)程中，專(zhuān)用控制器對電機運行的絕對位移進(jìn)行記錄，并且可以實(shí)時(shí)地將各軸的絕對位置信息上傳給上位機。另外在電機運行的過(guò)程中，為了保證電機運行的安全性，控制器還采用了限位信號反饋實(shí)現全硬件保護措施。