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磁懸浮軸承控制器MAX115與DSP的接口設計

作者: 時(shí)間:2013-05-13 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
引言

在五自由度主動(dòng)控制系統中,采用由工控PC+DSP控制器的架構是一種較好的方法,而DSP核心控制器則是控制系統中非常重要的一部分,對主軸位置信號的精確采集是DSP控制器的首要任務(wù)。在本控制器中采用對主軸位置的模擬信號進(jìn)行采集。

磁懸浮控制器中的ADC選擇

在磁懸浮主軸控制器的設計中,對主軸位置的測量是至關(guān)重要的。位置傳感器的信號經(jīng)過(guò)適當的信號調理電路處理后被傳送到A/D采樣通道,ADC把得到的模擬信號轉換成相應的數字信號,芯片采樣的精度和分辨率以及采樣轉換時(shí)間是非常重要的技術(shù)參數,它們直接決定著(zhù)控制速度和控制精度。本控制器中采用的傳感器是一種電渦流位移傳感器。它是一種高精度無(wú)接觸式傳感器。

本系統要求能分辨1mm位置信號,根據傳感器的傳感特性,必須要求有至少為12位的分辨率。同時(shí)本系統中要求絕對精度不低于±1LSB。 由于磁力軸承系統要求的控制周期很短(一般小于200ms),故要求ADC的采樣時(shí)間也必須很快(一般在20ms內)。

綜上考慮選用Maxim公司的作為ADC來(lái)完成主軸位置信號的采集。是12位2×4通道同步采樣逐次比較型ADC,其具有兩組ADC,每組4通道連續采集保持;單通道轉換時(shí)間為2ms;轉換精度±1/2LSB;4通道傳輸率為16ksps;并且內部具有2.5V參考電壓和10MHz時(shí)鐘,極大地精簡(jiǎn)了外部附加電路;其高速的并行接口可以方便地與DSP相連。

MAX115與TMS320F240的接口電路

圖1是DSP控制器的結構簡(jiǎn)圖。圖中4路主軸位置信號經(jīng)由MAX115進(jìn)行A/D轉換后,采集結果通過(guò)中斷方式輸入到DSP內。DSP經(jīng)過(guò)濾波算法處理后,將采集數據寫(xiě)到雙口RAM內,計算機通過(guò)ISA總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)雙口RAM并將其中的數據取走,進(jìn)行上位機的圖形顯示、數據分析等功能。同時(shí)DSP進(jìn)行控制算法計算,計算之后將控制數據通過(guò)控制器板卡上的4路DAC輸出給功率放大器,從而實(shí)現對主軸的控制。這樣,利用DSP處理速度快的特點(diǎn)來(lái)完成算法的計算,利用PC機強大的多媒體處理特點(diǎn)來(lái)實(shí)現主軸位置監視和數據分析,DSP和PC同時(shí)相對獨立工作,互不影響,從而加快了系統的處理速度。


圖1 磁懸浮軸承DSP控制器的結構簡(jiǎn)圖

MAX115和DSP硬件的接口設計如圖2所示,MAX115引腳A0-A3和引腳D0-D11是具有三態(tài)的雙向接口,可以直接和DSP相關(guān)引腳進(jìn)行連接。為簡(jiǎn)化電路設計和增加可靠性,系統中使用的是內部基準電源,此時(shí)要將REFIN引腳接上一個(gè)0.1mF的旁路電容;同時(shí)使用內部時(shí)鐘10MHz,并將CLK引腳接上VCC。


圖2 MAX115與TMS320F240 DSP之間的接口電路圖

MAX115與TMS320F240進(jìn)行接口設計時(shí)主要考慮兩個(gè)問(wèn)題:一是MAX115數據線(xiàn)和控制模式線(xiàn)共用問(wèn)題。由于MAX115的D1/A3,D0/A2為數據和地址共用引腳,但實(shí)際設計時(shí)不能將此引腳同時(shí)連接到DSP的地址線(xiàn)和數據線(xiàn),此處即為DSP和MAX115接口連接的難點(diǎn)。本系統設計時(shí)用一種全新的方法來(lái)實(shí)現,因為DSP有16位的數據線(xiàn),而MAX115只需要12位數據線(xiàn)和2根工作模式控制引腳,所以通過(guò)將DSP的14根數據線(xiàn)直接接到MAX115上的地址和數據線(xiàn),即D0接AD_A0,D1接AD_A1,D2接AD_D0,D3接AD_D1,D4接AD_D2......D13接AD_D11,當對MAX115進(jìn)行編程時(shí),通過(guò)可編程邏輯器件MAX7128進(jìn)行地址選通,MAX7128編程采用Altera公司的Max+plusⅡ集成環(huán)境,使用AHDL語(yǔ)言編寫(xiě)。

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關(guān)鍵詞: 磁懸浮軸承 MAX115 數據采集

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