基于ARM和FPGA的多路電機(jī)控制方案

介紹了一種基于fpga的多軸控制器，控制器主要由arm7(LPC2214)和fpga(EP2C5T144C8)及其外圍電路組成，用于同時控制多路電機(jī)的運動。利用Verilog HDL硬件描述語言在fpga中實現(xiàn)了電機(jī)控制邏輯，主要包括脈沖控制信號產(chǎn)生、加減速控制、編碼器反饋信號的辨向和細(xì)分、絕對位移記錄、限位信號保護(hù)邏輯等。論文中給出了fpga內(nèi)部一些核心邏輯單元的實現(xiàn)，并利用QuartusⅡ、Modelsim SE軟件對關(guān)鍵邏輯及時序進(jìn)行了仿真。實際使用表明該控制器可以很好控制多軸電機(jī)的運動，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度地位置控制。

隨著電機(jī)廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，對電機(jī)控制的實時性和精度上的要求越來越高。如何靈活、有效地控制電機(jī)的運行成為研究的主要方向。文中采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array，fpga)，通過Verilog語言編程來實現(xiàn)電機(jī)的控制。利用fpga設(shè)計具有硬件設(shè)計軟件化、高度集成化、高工作頻率等優(yōu)點。fpga最大的特點就是靈活，實現(xiàn)你想實現(xiàn)的任何數(shù)字電路，可以定制各種電路，減少受制于專用芯片的束縛，真正為自己的產(chǎn)品量身定做。在設(shè)計的過程中可以靈活的更改設(shè)計，而且它強(qiáng)大的邏輯資源和寄存器資源可以讓你輕松的去發(fā)揮設(shè)計理念。其并行執(zhí)行，硬件實現(xiàn)的方式可以應(yīng)對設(shè)計中大量的高速電子線路設(shè)計需求。

1 多軸控制器主要功能

多軸控制器與上位機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器等配合使用，圖1為采用多軸控制器組成的控制系統(tǒng)總體示意圖。控制器接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令，分析處理并產(chǎn)生相應(yīng)的方向信號、脈沖信號給驅(qū)動器，從而達(dá)到控制電機(jī)運行的目的。為了提高系統(tǒng)的控制精度，將電機(jī)的編碼器信號作為反饋信號輸入給控制器(內(nèi)部實現(xiàn)自動辨向及四細(xì)分)。在各軸運動過程中，專用控制器對電機(jī)運行的絕對位移進(jìn)行記錄，并且可以實時地將各軸的絕對位置信息上傳給上位機(jī)。另外在電機(jī)運行的過程中，為了保證電機(jī)運行的安全性，控制器還采用了限位信號反饋實現(xiàn)全硬件保護(hù)措施。