[發明專利]一種嵌入式運動控制系統

無效

• 申請號: 201210145686.4
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN103389685A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 林鋒
• 申請（專利權）人: 四川優的科技有限公司
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術領域

本發明涉及運動控制，具體是指一種嵌入式運動控制系統。

背景技術

運動控制器，就是控制電動機的運行方式：比如電動機在由行程開關控制交流接觸器而實現電動機拖動物體向上運行達到指定位置后又向下運行，或者用時間繼電器控制電動機正反轉或轉一會停一會再轉一會再停。運動控制（MC）是自動化的一個分支，它使用通稱為伺服機構的一些設備如液壓泵，線性執行機或者是電機來控制機器的位置和/或速度。運動控制在機器人和數控機床的領域內的應用要比在專用機器中的應用更復雜，因為后者運動形式更簡單，通常被稱為通用運動控制（GMC）。運動控制被廣泛應用在包裝、印刷、紡織和裝配工業中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以模塊化和易于擴展，這樣可以滿足用戶的各種需求，插補速度處理環節可優化，能使脈沖輸出更加穩定的一種嵌入式運動控制系統。

本發明的實現方案如下：一種嵌入式運動控制系統，主要由DSP芯片、以及與DSP芯片連接的FPGA芯片構成，所述DSP芯片連接有CAN接口、JTAG接口、RS232/485接口、和8路數字量輸入/輸出電路，所述FPGA芯片連接有光電隔離電路B、光電隔離電路A、差分整形電路。

所述DSP芯片還連接有擴展RAM、復位電路。

所述光電隔離電路B連接有4路驅動器復位信號電路、4路驅動器使能信號電路、4路驅動器報警信號電路、8路限位信號電路、8路回零信號電路、8路數字量輸入/輸出電路A。

所述光電隔離電路A連接有4路脈沖輸出電路。

所述差分整形電路連接有4路碼盤信號電路。

所述DSP芯片的型號為：TMS320F2812芯片。

所述FPGA芯片的型號為：EP1C6TC44C8芯片。

嵌入式運動控制系統的總體性能指標為：作為一個單獨的運動控制器使用，控制信號采用數字量方式輸出，能控制四軸的伺服電機;最高脈沖輸出頻率為4MP/s，能處理的編碼器反饋信號最高頻率為4MP/s；能接收和處理4路編碼器反饋信號；可以處理原點信號、正負方向信號、到位信號以及急停信號等數字量輸入信號;提供16路數字量輸出信號和16路數字量輸入信號接口。嵌入式運動控制系統采用DSP芯片與FPGA芯片作為主控芯片，主要包括DSP模塊、FPGA模塊、FPGA外圍電路模塊和數字量輸入輸出接口模塊。

嵌入式運動控制系統能夠實時完成復雜的軌跡運算，而且利用DSP芯片的高速數字信號處理功能和FPGA芯片功耗低、主頻高的優點，能充分顯示該運動控制器的優點。采用DSP芯片與FPGA芯片相結合的嵌入式運動控制系統可以方便地對系統的控制策略進行修改，對控制參數進行修正，并可使設備具有良好的可靠性、可維修性，而且還降低了成本。系統還可以采用更多的智能控制策略，結構靈活，有較強的通用性，適合于模塊化設計，能夠提高算法效率，且易于維護和擴展。

DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812芯片為主控芯片，它是32位的控制專用DSP，內含FLASH，主頻高達150MHz，具有數字信號處理、事件管理和嵌入式控制功能，適用于大批量數據處理的場合。

選用TI公司生產的TPS767D318芯片來實現TMS320-F2812的電源設計，將5V電源分別轉換為3.3V和1.8V。

RAM是DSP芯片常用的外圍存儲器，它具有接口簡單、讀寫速度快等優點，所以選擇大小為64KB的隨機存儲器CY7C1021作為存儲器擴展芯片。　　

復位電路設計采用TI公司的TPS382x系列電壓監控電路，此系列電路不需要外圍電路即可組成監控電路。SCI模塊用于擴展RS-232和RS-485串行通信接口；CAN接口和外部CAN工業現場總線相連；外部接口用于與FPGA連接和擴展數字量輸入輸出。

FPGA芯片選用Altera公司的Cyclone系列EP1C6TC44C8，這是一款高性能、低功耗的FPGA。EP1C6TC44C8具有2個鎖相環，包含5980個邏輯單元，相當于12萬門的規模，同時還包含了最高頻率200MHz、92160bit的內部RAM。該芯片所擁有的邏輯門數量、頻率和引腳I/O等資源都能很好地滿足運動控制器的設計要求。由于本系統的控制對象是伺服電機，所以設計中主要利用EP1C6TC44C8的I/O口設計電機控制信號的輸入輸出、編碼器信號的輸入與部分數字量輸入輸出。另外，該芯片在整個硬件系統設計完畢后還可以通過JTAG接口對硬件進行重配置，可以增加系統設計的靈活性。