基于DSP_CPLD_FPGA的运动控制卡的设计.pdf

研究·开发

基于!"#$%#&!$’#()的运动控制卡的设计

"王涛7"王扶林!
7;华中科技大学电信系武汉/5""4/
!;湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙/7""2!

摘要$设计了一种%&’总线的运动控制卡，该卡是基于(&)*+),(*-).’的/轴运动控制卡，并对该运动控制卡
的硬件实现进行了详细描述。
关键词：!"#$#%!&#’(运动控制卡)"(总线
中图分类号：0123；0)!45文献标识码：6文章编号：7"""8/##29!""#:"#8""5#8"5

目前的数控系统一般是由工业)+机加运动控制(&)处理器通过对双口@’A的插补数据进行插补，得
卡构成，工业)+机完成数控系统非实时任务，运动控到当前伺服电机的理论位置，)%(控制算法通过对理
制卡完成数控系统实时任务（插补，位置控制，开关量论位置与实际位置的偏差，计算出速度数字量直接通
%<=控制）>785?，因此运动控制卡是运动控制系统的核过脉冲发生电路送给伺服驱动单元或通过(<’转换
心部分。本文利用(&)*+),(*-).’技术实现了一器转换为模拟量送给伺服驱动单元来实现伺服电机的
种/轴运动控制卡，利用该运动控制卡辅助以其他的机位置控制>/?。双端口@’A作为(&)与工业)+机的公
械电气部分，可以方便构成雕刻机、切割机、钻孔机等共存储区，用于实现两个+)B之间的信息传递和交
数控系统。下面描述其中的硬件部分设计。换。
7;7%&’总线
*硬件设计
目前)+%总线比较流行，但是在工业控制中%&’
图7中，运动控制卡对来自伺服电动机9或丝杠:的总线由于其独有的特点还在广泛使用，本运动控制卡
码盘反馈位置量进行滤波、放大等处理，送给鉴相倍频采用2位的%&’总线。%&’总线有个信号称为’CD，当
电路。鉴相倍频电路对码盘信号进行鉴相和/倍频处总线由(A’控制时，该信号为高电平；当由+)B控制
理。计数电路对来自鉴相倍频电路的脉冲信号进行计时，’CD为低电平。因此，%&’总线的地址译码要包含
数，得到电动机9或丝杠:在采样周期内的位置增量，作这个信号，只有’CD为低电平时，工业)+机才能对运
为位置反馈送给运动控制(&)进行处理。运动控制动控制卡进行读写。参加%<=地址读写的信号有：%=@、
%=E、’"F’7#、’CD。对双口@’A的存储器读写译码
信号有：ACAE、ACA@、’"F’7#、’CD、%=+1@(G。
("F(4为2位双向数据线，为+)B、存储器以及%<=设
备提供数据信息传输通道。@C&0为复位驱动信号，用
于系统初始加电时或系统复位，此信号高电平有效（此
信号取反后复位+),(、-).’、(&)）。=&+为高速时
钟。
7;!双口@’A
双口@’A采用+G)@C&&公司的+G4+7//，存储
器空间为2HI2，该卡的作用是实现工业)+机与(&)
之间的通信。双口@’A具有两个完全独立的端口，即
控制信号、地址、%<=引线都是彼此独立的。+C、@<E
分别为端口的片选、读<写控制信号。6B&G信号表示
本端口想要存取的地址正在被另一个端口操作。可以
分别对任何一个存储单元进行读写操作。工业)+机
将位置指令以及插补数据下传到双口@’A，(&)读出
收稿日期：!""#年!月这些数据进行插补运算；(&)将一些数据以及状态信

机械制造卷第期
*+,*-!""#$#!"
研究·开发

息上传到双口!"#，供上位工业$%机读出数据进行23M外部扩展数据存储器
监控管理。每个处理器都可以完全独立地把双口!"#外部扩展数据存储器选用%T+.(DD公司生产的
看作本地的!"#一样进行访问，实现了多处理器的数%UM%29&2/221，大小为<=>?2<的’!"#R静态随即存储
据通信，方便了软件设计，提高了系统的工作效率。当&器S。当该芯片未工作时，具有自动节电功能，存取时间
个处理器对双口!"#同一地址进行读写时，可以通过达20CD，所以5’$对该芯片读取数据时补不需要插入
双口!"#提供的’()*+,-.(信号来解决冲突/01。等待状态。外部扩展数据存储器主要作为5’$VW!H’
2345’$插补计算、加减速度控制、$75控制算法等计算用的存
采用67公司的5’$86#’4&9&::系列的6#’4&98储单元。
;&9<芯片。6#’4&9&::系列的体系结构是专为实时信23F%$@5
号处理设计的，具有灵活性和高速性。6#’4&9;&9<芯采用"PX(.*公司的#":M999系列的%$@5
片具有改进的哈佛结构（具有分离的程序跟数据总线（Y$#M2&F’@%F=），具有2&F个宏单元，<=个可用管脚。
程序的），高度专业化的指令集；片内存储器包括=30>采用HTX(HP*DX(.R#GS下载线进行程序下载。%$@5主
的!"#，4&>