[發明專利]基于IEEE-1394串行總線的多軸運動控制卡

有效

• 申請號: 200910050444.5
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101546185A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 谷國迎;丁漢;熊振華;朱利民;盛鑫軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種數控技術領域的運動控制卡，具體是一種基于IEEE-1394串行總線的多軸運動控制卡。

背景技術

在數控技術領域中，運動控制卡是數字化制造的核心部件。如今，基于現場總線的“PC+運動控制卡”的模式被廣泛采用于中高檔數控系統中，這種模式充分將現場總線的高速傳輸能力，PC機的開放式和運動控制卡的運動軌跡控制能力有機的結合在一起，具有信息處理能力強，開放程度高，軌跡控制精確，通用性好的特點。因而具有多軸同步協調運動控制與復雜軌跡規劃，實時插補，伺服濾波算法的總線型運動控制器在被廣泛應用與數字化制造領域。

經過對現有技術文獻的檢索發現，中國申請號為200410017112.4，公開號為CN?1564095A，名稱為“基于RS-232串行總線的多軸運動控制卡”的專利，給出了一種由單片機和RS-232總線的運動控制卡。但該發明中，單片機運算和數據處理能力和片上資源有限，不能很好的滿足高性能伺服控制算法、實施插補對速度和資源使用的要求；RS-232為低速的串行總線，不能很好的滿足高檔數控領域對速度、可靠性和實時性的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于IEEE-1394串行總線的多軸運動控制卡，使其結合IEEE-1394總線的特性保證實時和同步通信，充分發揮DSP(Digital?Signal?Processing，數字信號處理)高速運算能力完成實時插補，速度規劃和開、閉環控制，利用FPGA(Field-Programmable?GateArray，現場可編程門陣列)并行處理的機制解決復雜邏輯電路的集成和重配置。

本發明是通過如下技術方案實現的，本發明包括：IEEE-1394串行通信接口模塊，DSP模塊，FPGA模塊，差動接收模塊，DA和運算放大模塊，光電隔離模塊，電源和時鐘模塊以及輔助模塊，其中：

IEEE-1394串行通信接口模塊通過IEEE-1394總線接收PC機的運動控制信息，完成數據的解包、校驗、存儲等功能，再將控制信息傳輸到DSP模塊作進一步處理；

DSP模塊接收IEEE-1394串行通信接口模塊傳送過來的上層運動控制信息，完成數據解析和伺服控制，將處理過的反饋信息回發到IEEE-1394串行通信接口模塊；并將產生的多軸電機脈沖指令和自定義輸出信號傳輸到FPGA模塊。

FPGA模塊一方面接收差動接收模塊處理過的光電編碼器反饋信號，進行倍頻、鑒相等處理，采集光電隔離模塊輸出的Home(原點)信號、限位開關等自定義輸入信號，并將處理過的反饋信號和自定義輸入信號傳輸到DSP模塊；另一方面接收DSP模塊的多軸電機脈沖指令，存儲、分頻處理后輸出到DA和運算放大模塊，并將DSP模塊輸出的自定義輸出信號處理后傳輸到光電隔離模塊；

差動接收模塊接收外部伺服驅動器模塊反饋的光電編碼器差動信號，并將差動接收的光電編碼器反饋信號傳輸到FPGA模塊；差動接收模塊是由專用差動線性接收器芯片組成的。

DA和運算放大模塊接收FPGA模塊傳送來的多軸電機脈沖指令，經數模轉換和運算放大后驅動外部伺服驅動器模塊控制電機運行；

光電隔離模塊從外部輸入接口接收自定義輸入信號，經光電隔離后傳輸到FPGA模塊，并將FPGA模塊輸出的自定義輸出信號隔離后輸出到外部輸出接口；

輔助模塊接收電源和時鐘模塊的電源信號進行電源檢測，接收來自DSP模塊和FPGA模塊的控制信號線和地址線，并將復位信號傳輸給DSP模塊和FPGA模塊；

電源和時鐘模塊為本發明的IEEE-1394串行通信接口模塊、DSP模塊、FPGA模塊、差動接收模塊、DA和運算放大模塊、光電隔離模塊、輔助模塊提供穩定的電壓和功率，以及統一的系統時鐘。其中，電源包括+12V，-12V，+5V，+3.3V，+1.8V和+1.2V；系統時鐘為DSP模塊和FPGA模塊正常工作提供時鐘基準，采用一塊30MHz的石英晶振器，最大提供150MHz的時鐘頻率。