基于DSP+CPLD 可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計與仿真

　　1、前言

　　隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式，其核心思想之一是柔性化制造，制造系統(tǒng)能夠隨著加工條件的變化動態(tài)調(diào)整。目前，各類MCU 快速發(fā)展，它們不僅運算速度快、價格便宜、種類繁多，而目不同M CU 針對不同的應(yīng)用在其片上集成了專用控制電路，滿足了不同的應(yīng)用需求還提高了電路的安全性和穩(wěn)定性。綜合上述的分析與論證，本文設(shè)計了一種基于DSP＋CPLD 現(xiàn)場可編程門陣列器件的可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)。

　　2、硬件設(shè)計

　　本運動控制卡是以PC 機作為主機的運動控制卡，選用DSP 作為核心微處理器，卡上集成編碼器信號采集和處理電路，D/A輸出電路，擴展存儲器電路和PC-DSP通訊電路。PC機把粗處理的數(shù)據(jù)通過DSP-PC 通訊接口傳遞給運動控制系統(tǒng)，DSP通過對光電編碼器反饋信號處理電路的結(jié)果分析，計算出與給定位置的誤差值，再通過軟件位置調(diào)節(jié)器獲得位置控制量，計算出運動速度控制量，產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換將模擬電壓量送給伺服放大器，通過對伺服電機的控制實現(xiàn)對位置的閉環(huán)控制。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。

　　選用美國TI公司的16位定點DSPTMS320LF2407A作為本運動控制器的核心處理器，地址譯碼、時序邏輯、編碼器信號處理電路用CPLD來完成，用PCI 接口芯片實現(xiàn)雙口RAM與PC 機的通訊，雙口RAM用來存儲和緩沖DSP與PC 機間的通訊數(shù)據(jù)，SRAM用來存儲運動控制器運行時的程序和數(shù)據(jù)。

　　(1).DSP外部中斷接口處理

　　對于數(shù)控機床來說，由于受工作行程等各方面的限制，在其超過控制范圍時，引入包括限位中斷和編碼器INDEX 信號中斷。每個控制軸有正反方向的兩個限位開關(guān)，產(chǎn)生兩個限位信號，4 個軸共8 個限位信號:LIMA+, LIMA -、LIMB +, LIMB -、LIMC +, LIMC-，LIMD+, LIMD -其中“+”表示正限位，“-”表示負限位。這幾個信號通過CPLD 的相與之后接到DSP 的中斷管腳XINT1，同時這些信號通過光藕電路接入DSP的I/O 口。當運動到限位開關(guān)處時，就會觸發(fā)DSP的外部中斷信號XINT1，然后DSP就可以根據(jù)I/O 判定是哪個限位開關(guān)超過工作范圍。8 個限位開關(guān)分別接到DSP 的I/O 口,通過設(shè)置MCRA(地址:7090H),MCRB(地址:7092H)為零，使這些復(fù)用管腳處于I/O 功能。限位輸入信號的狀態(tài)可以從寄存器PADATDIR(地址:7098H )和PBDATDIR(地址:709AH)對應(yīng)的數(shù)據(jù)位讀取,對應(yīng)的數(shù)據(jù)方向位設(shè)為零，以使這些I/O 管腳工作在“輸入”狀態(tài)下。編碼器的INDEX信號處理同上面相類似。每個軸能產(chǎn)生一個INDEX 信號，4 個軸有4個INDEX 信號。這4 個信號通過邏輯與門產(chǎn)生一個中斷信號，接到XINT2,同時接到DSP 的I/O 口，供中斷產(chǎn)生時DSP讀入。