针对数控系统的工作特点和要求，通过对DSP TMS320F2812，FPGA EP2C8F256C6和以太网控制器RTL8019AS的深入研究，设计了基于DSP和FPGA的运动控制器。控制器将DSP和FPGA作为基本设备，并针对实时控制，高精度和其他特定的运动控制问题。计划扩展DSP的功能，并在FPGA上将运动控制电路扩展到具有独立功能的四个轴。电路执行四个控制信号的输出，四个编码信号的接收和处理，以及数字信号（例如原始信号以及正负极限信号）的接收和处理。
具有结构简单，开放，模块化等特点，可以更好地实时响应运动控制器的精度。动控制技术是制造自动化的重要基础。的水平是一个国家工业现代化的重要指标。放结构运动控制器的研究与开发是当前运动控制领域的重要发展方向[1-2]。着集成电路技术，微电子技术，计算机技术和网络技术的不断发展，运动控制器已经从以单片机和微处理器为核心的运动控制器中脱颖而出。用专用芯片（ASIC）作为基本处理器的运动控制。已成为基于PC平台和以数字信号处理器（DSP）和现场可编程门网络（FPGA）为基本处理器的协同处理架构的开放式运动控制器[3]。控制器将PC和DSP的信息处理能力与FPGA的外围扩展功能结合在一起，具有强大的信息处理能力，模块化，高度集成的优势。开并精确控制运动路径。轴运动控制器系统基于TI的C2000系列TMS320F2812 DMS芯片和ALTERA的CycloneⅡ系列FP2 EP2C8F256C6芯片，DSP通过上位机从上位机接收控制参数。络端口，用于完成系统位置，速度控制和运动路径规划； FPGA完成运动控制器的精确内插功能和外围电路的扩展，系统的整体框图如图1所示。动控制器的主要功能包括：4个模拟电压输出，具有一定范围电压为-10〜 10 V，分辨率为16 b； 4个脉冲信号输出； 4个脉冲方向信号输出； 4个驱动器复位信号输出； 4个驱动器激活信号输出； 4路差分编码信号输入； 4个驱动报警信号输入； 8个正负极限信号输入； 4个原始信号输入； 16个通用数字I / O。DSP根据从主机接收到的运动模式和运动参数实时计算计划位置和计划速度，生成所需速度曲线并实时输出计划位置。TMS320F2812是专为TI的电机控制而设计的32位定点DSP芯片，它采用高性能静态CMOS技术，其主频率高达150 MHz（指令周期6.67ns） ，低功耗，基本电压1.8 V，I / O电压3.3 V，支持扫描JTAG限制，128K×16 b芯片上的FLASH。
两个事件处理程序（EVA和EVB），都是特定的外设，专门为多轴运动控制器设计[4]。以通过XINTF外部存储器接口扩展外部存储器。DSP外围模块的设计如图2所示。
了提高抗干扰能力，DSP通过以太网控制器RTL8019AS连接到高级计算机。RTL8019AS包含一个16K SDRAM，DSP通过外部存储器接口对其进行读写，以接收来自上位机的命令或向上位机发送注释。号。F800，它们具有界面简单，读写速度快的所有优点[5-6]。SCI模块用于扩展RS 232串行通信接口，串行芯片使用MAX3232。动控制器所需的电压为5 V，3.3 V，1.8 V，1.2 V输入电压为5V。压器芯片LM1085IS-3.3和LM1117-1.8用于将其转换为3.3 V和1.8V。于I / O电压TMS320F2812的最大电压为3.3 V，必须在主电源之前将其打开，因此1.8 V必须为3.3V。得降低的V以确保上电顺序。FPGA内核所需的电压为1.2 V，该电压由LM317S稳压芯片获得。LM317S的输出电压范围为1.2至25V。位电路使用SP708低功耗微处理器监视设备。设备具有许多组件并且有效。高系统可靠性和效率。FPGA用于扩展轴资源，当接收到DSP中的计划位置时，将其转换为轴资源并输出到伺服控制器，伺服控制器将计划位置与计数位置进行比较。码的回报。得以下误差，并且通过控制算法获得实时控制量。令量被传输到D / A转换器，然后由D / A转换器转换为控制电压输出EP2C8F256C6是ALTERA公司的Cyclone系列芯片，具有高性能和低功耗的特点电源，基本电源电压为1.2 V，8256逻辑单元（LE），恒温阀芯182个用户I / O端口（项目中使用的157 I / O端口），165 888 b内部RAM在集成乘法器18b中，每个乘法器可以分解成2个乘法器9b，芯片包含2个锁相环（PLL），8个全局时钟[7-8]。片上逻辑驱动器的数量，频率和用户I / O端口可以满足设计要求。FPGA外围模块的扩展如图3所示。SP芯片的事件处理程序（EVA，EVB）用于连接至FPGA。
输出脉冲的数量控制导频时，DSP使用两个事件处理器来控制PWM波。出模拟值时，DSP使用GPIOA / GPIOB。FPGA上预测的位置退出。AD669用于输出模拟信号。AD669具有两级锁。
设计中，其四个D / A芯片的第一级锁定处于透明状态，第二级锁定LDAC控制信号。接在一起时，当预安装来自四向D / A芯片的数据时，第二级锁打开，并且可以同时转换四向D / A芯片，从而可以同时控制四轴驱动。冲输出电路由FPGA的内部精细内插器完成。细插值器基于DSP发送的粗略插值数据生成均匀的脉冲输出。冲输出具有两种格式：“脉冲 方向”和“正负脉冲”。于差分信号与外部电磁信号具有良好的抗干扰性，因此特别是共模干扰具有良好的抑制效果。此，一旦脉冲被光耦合器隔离，信号就连接到差分线驱动器AM26LS31并连接到输出。AM26LS31差分线路先导的作用是将方形输入单极信号转换为一对极性相反的电动机控制信号。机编码信号直接传输到电机先导，后者先将三对差分编码信号A ，A-，B ，B-，N ，N-发送回运动控制器。擎运行时，编码信号会出现很多问题，在受到驱动器强大功能的干扰后，如果直接连接到FPGA，会导致判断错误，因此三对信号编码的代码首先由AM26LS32差分芯片转换。
单个信号A，B，N连接到FPGA之后。AM26LS32芯片具有将来自一对极性相反的编码器的输入差分信号转换成单极性脉冲信号的功能，这与AM32LS31恰好相反。出信号包括复位信号和激活信号，复位信号和激活信号由FPGA生成，并在被光耦合器隔离后立即发出；输入信号包括飞行员警报信号，正负极限信号和原始信号，这些信号被光耦合器隔离并转换为电平。FPGA接收当FPGA检测到这些信号时，它将确定特定的触发信号并做出相应的响应。外，运动控制器还提供了八个数字输入通道和八个数字输出通道，它们经过光学隔离以提高抗干扰性[9]。DSP通过RTL8019AS以太网控制器连接到高级计算机，RTL8019AS在芯片上集成了RTL8019AS内核和一个16 KB SDRAM存储器，并与RTL8019AS控制软件和NE2000传输8b或16b兼容。接口符合Ethernet2和IEEE 802.3标准。RTL8019AS与主机之间存在三种接口模式：跳线模式，PnP模式，RT模式[10]。运动控制器使用跳线模式，这对于DSP应用很方便。DSP与RTL8019AS之间的连接如图4所示。1）数据总线和地址总线。RTL8019AS数据总线和16位DSP数据总线可以直接连接。RT28019AS NE2000片上寄存器组可通过其映射的I / O端口进行访问。32个I / O端口，地址偏移量为00H〜1FH。果基本I / O地址设置为300H，则对应的I / O端口O的地址范围为：300H〜31FH。需10条地址线即可对I / O端口进行寻址，按照表1的低电平连接SA10〜SA19并连接SA0〜SA9。能使用5条地址线对端口进行寻址。
32位I / O，因此可以直接将SA9和SA8置于高电平，将SA5至SA7置于低电平，将SA0至SA4连接，并连接DSP XA0〜XA4的低5位地址线。（2）控制总线。RTL8019AS AEN芯片选择信号使用DSP ZXZCS0AND1的扩展芯片选择信号，IORB和IOWB直接连接到读写控制信号DSPXRD，XWE，中断输出引脚INT0连接到DSP的XINT2，高电平有效位被复位。入引脚连接到SP708监视电路芯片的RST。置DSP后，RTL8019AS也重置。（3）RTL8019AS与网络媒体接口。RTL8019AS可以使用同轴电缆或双绞线作为传输介质，将其AUI接口接地或挂起，并使用BNC接口。BNC接口模式支持8线双绞线或同轴电缆。20F001N是双绞线驱动器，是一个耦合隔离变压器模块，可以消除由电路的数字特性引起的高次谐波。RTL8019AS和20F001N之间的连接如图4所示。分输入信号TPIN ，TPIN-和差分输出信号TPOUT ，TPOUT-分别连接到20F001的相应引脚。PC平台下，充分利用了DSP的数据处理能力和FPGA的硬件功能，因此该系统不仅可以执行复杂的轨迹规划和高速插补，而且还可以提供运动控制器的稳定性和准确性。
可用于控制系统，例如数字控制系统和制造机器人。
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