基于DSP與FPGA的跟蹤伺服運動(dòng)控制器設計

　　將DSP片上集成的多通道緩沖串口配置成SPI模式,與FPGA內部的SPI模塊完成數據交換,從而完成DSP對FPGA的控制。此時(shí)DSP上的Mcbsp為SPI通信的主機，FPGA內部的SPI模塊為從機，從FPGA讀取數據時(shí)，只需向從機發(fā)送偽數據。這種通信方式避免了占用大量的DSP I/O口資源，速度快，出錯率小。

　　由于TMS320F2812內部集成的12位高速A/D轉換器只能輸入電壓范圍在0～3 V以?xún)鹊哪M信號，因此需要對輸入的雙極性電壓信號進(jìn)行處理，具體電路如圖2所示。為了提高A/D采樣精度，需要進(jìn)行軟件校準，基本思想是通過(guò)采樣已知電壓信號來(lái)確定偏差。

　　2.2 FPGA模塊

　　FPGA選型時(shí)綜合考慮片上邏輯單元、用戶(hù)I/O口數量以及功能擴展的需要，根據前期仿真結果選用Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2C8Q208C8，它具有8 256個(gè)邏輯單元，138個(gè)用戶(hù)I/O，36個(gè)M4KRAM和2個(gè)鎖相環(huán)，內核電壓只有1.2 V，具有低成本、低功耗的特點(diǎn)[8,9]。由于FPGA具有高速并行處理能力，所以保證了系統的同步性[10]。它的I/O口支持3.3 V LVTTL電平，與DSP管腳電平兼容，因此不用進(jìn)行電平轉換，可直接連接，使用方便。

　　FPGA模塊主要完成伺服控制器的邏輯接口功能，并可以擴展通用I/O口數量，方便功能擴展。在此主要實(shí)現4個(gè)模塊：串行通信接口模塊、SPI模塊、D/A接口模塊和中斷控制模塊。其中SPI模塊配置成從機工作模式，與DSP的Mcbsp配合完成DSP與FPGA的數據交換。各模塊獨立并行工作，并由頂層控制模塊統一協(xié)調控制，具有速度快、可移植性好的特點(diǎn)。

　　2.3 D/A轉換器模塊

　　根據轉換通道數、精度和轉換速度，D/A轉換芯片選擇BURR-BROWN公司的DAC7614。它是12位串行數模轉換器，4路模擬輸出，功耗只有20 mW，單次轉換建立時(shí)間10 μs[10]。

　　使用單極性輸出時(shí)，采用＋5 V供電；雙極性輸出時(shí)，采用±5 V供電。在此需要用到雙極性輸出，基準電壓源選用LM336-2.5,負電壓基準采用反相放大方式產(chǎn)生。為避免外電路對板內數字電路的干擾，需要對數字部分進(jìn)行光電隔離。具體電路如圖3所示。