基于CPLD的開(kāi)放式四軸運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)
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1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
開(kāi)放式四軸運(yùn)動(dòng)控制器的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，虛線框內(nèi)的部分由ALTERA公司的復(fù)雜可編程門陣列EPF6016實(shí)現(xiàn)。FLEX6000系列器件EPF6016是ALTERA公司為大容量設(shè)計(jì)提供的一種低成本可編程交織式門陣列，共有16000個(gè)可用門，1320個(gè)邏輯單元，117個(gè)I/O引腳，每個(gè)I/O引腳都有獨(dú)立的三態(tài)輸出使能控制。該器件采用OPEFLEX結(jié)構(gòu)，能在最小的芯片尺寸上保持高性能和高布線率。器件的基本組成是邏輯單元（LE）。每個(gè)邏輯單元由一個(gè)4輸入查找表、一個(gè)寄存器以及作為進(jìn)位鏈和級(jí)連鏈功能的專用通道。每十個(gè)邏輯單元組成一個(gè)邏輯陣列塊（LAB）。器件采用SRAM構(gòu)造，可以通過(guò)外部EEPROM或控制器實(shí)現(xiàn)在線配置，能使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)初期以及設(shè)計(jì)測(cè)試過(guò)程中對(duì)設(shè)計(jì)作靈活的修改，同時(shí)也能夠通過(guò)在線重新配置來(lái)改變其內(nèi)部功能。運(yùn)動(dòng)控制器的硬件功能編程由ALTERA公司提供的MAX+PLUSII開(kāi)發(fā)系統(tǒng)支持，設(shè)計(jì)采用了原理圖輸入方式，設(shè)計(jì)和調(diào)試比較直觀、簡(jiǎn)便。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/191937.htm
該運(yùn)動(dòng)控制器的硬件結(jié)構(gòu)分為以下幾部分：
（1）主機(jī)接口電路：運(yùn)動(dòng)控制器采用了ISA-AT總線接口，同時(shí)設(shè)計(jì)了PC-104接口。數(shù)據(jù)總線寬度為16位，接口功能在EPF6016內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，其中包括總線地址譯碼、數(shù)據(jù)和命令鎖存、中斷及復(fù)位等功能。
（2）光電編碼器接口電路：運(yùn)動(dòng)控制器接收四路光電編碼器差分輸入信號(hào)作為位置反饋，最高輸入頻率為1MHz，輸入的A、B相信號(hào)經(jīng)過(guò)差動(dòng)接收后，在EPF6016內(nèi)部經(jīng)過(guò)數(shù)字濾處理后進(jìn)行倍頻和辨向，產(chǎn)生的方向信號(hào)和脈沖信號(hào)進(jìn)入16位加減計(jì)數(shù)器。系統(tǒng)軟件可以計(jì)數(shù)而獲得實(shí)際的位置變化。
（3）模擬量輸出電路：高性能的運(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)采用高分辨率的D/A轉(zhuǎn)換器。為了保證模擬量控制信號(hào)的精度，并考慮到模擬量信號(hào)在線上傳輸引起的漂移和電壓降落，運(yùn)動(dòng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器之間的模擬控制接口信號(hào)至少應(yīng)有12位以上的精度。本文中的運(yùn)動(dòng)控制器采用了低成本、小封裝體積的雙16位串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD1866，構(gòu)成雙極性電壓輸出方式。在EPF6016內(nèi)部設(shè)計(jì)了控制4路并發(fā)式并行/串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及4路D/A地址選擇電路，運(yùn)動(dòng)控制器的模擬量電壓輸出范圍為±10V。
（4）數(shù)字量輸入輸出電路：運(yùn)動(dòng)控制的所有I/O信號(hào)均采用光電隔離處理，考慮到I/O并關(guān)信號(hào)可能產(chǎn)生的信號(hào)抖動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)每一路I/O信號(hào)都進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)字濾波處理以消除噪聲信號(hào)?？刂破髟O(shè)計(jì)了40路I/O信號(hào)，其中包括16路專用輸入信號(hào)、2中特殊開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)（用于坐標(biāo)測(cè)量或定位的接觸式測(cè)頭信號(hào)和急停開(kāi)關(guān)信號(hào)），另外還設(shè)計(jì)了16路可編程通用I/O信號(hào)（8路輸入/8路輸出）。實(shí)際上，所有的I/O信號(hào)除個(gè)別信號(hào)具有獨(dú)特的功能外，都是開(kāi)放的，可以根據(jù)I/O信號(hào)除個(gè)別信號(hào)具有獨(dú)特功能外，都是開(kāi)放的，可以根據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)設(shè)計(jì)具體的功能。
評(píng)論