一种基于DSP和CPLD的运动控制卡的设计
基于DSP与CPLD的协调控制系统设计
• 115•研制了一种针对储能装置的协调控制系统，该系统是基于DSP+CPLD构成，采用DSP芯片TMS320F28335为核心，在逻辑电路中采用CPLD 芯片EPM570F256C5N来实现对系统开入开出量的监测及通信控制，DSP芯片通过总线与CPLD 芯片通讯连接。
使用DSP内部自带的12位A/D来完成16路电压和电流信号的采样，完成进线侧电压电流信息的采集及处理，同时监测BMS和储能整流模块的运行状态，完成同上级监控和本地监控的以太网通讯，以实现对监控系统和BMS、储能整流模块的协调控制。
1.引言大规模储能技术在很大程度上可以解决光伏发电、风电和分布式能源所面临瓶颈问题，可以实现新能源发电的平滑输出，成为代替常规机组调峰、调频的稳定可靠运行的经济而有效的手段（叶季蕾，薛金花，王伟，等.储能技术在电力系统中的应用现状与前景：中国电力，2014）。
目前国内外大规模储能装置的成本过高限制了储能技术的发展与应用，各种储能系统的协调优化技术都需要有新的突破（艾欣，董春发，储能技术在新能源电力系统中的研究综述：现代电力，2015）。
储能装置是一个复杂的通讯网络系统，目前其控制器通常采用传统的变流器控制板来实现。
传统的变流器控制板运行效率低，可靠性差且运用不够灵活，不能满足储能装置的通讯网络需求（仇志凌，基于LCL 滤波器的三相三线并网变流器若干关键技术研究：浙江大学，2009）。
为进一步改善储能装置的控制系统，本文提出了一种基于DSP 与CPLD 的储能装置协调控制器，响应速度快、可靠性高、且具有动态调节的能力，解决了传统储能装置控制板运行效率低、可靠性差的问题。
采用具有快速响应和动态调节能力的储能技术能够有效提高新能源电力系统的稳定性。
2.系统功能及结构本系统主要完成BMS 信息的采集及处理、装置进线侧电压电流信息的采集及处理、系统级的功率分配及策略控制、底层模块的开出控制、电池开关位置和交流侧开关位置等开入信息的采集以及同基于DSP与CPLD的协调控制系统设计许继电源有限公司 赵瑞霞 刘建鹏 吴道阳河南卷烟工业烟草薄片有限公司 吕新亮许继电源有限公司 胡占磊 王聪慧 王 锐上级监控和本地监控的通讯功能，以实现对储能监控系统和BMS 、储能变流模块的协调控制。
基于DSP_CPLD_FPGA的运动控制卡的设计
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结束语
本运动控制卡综合了 5’$、 %$@5、 ;$L" 各自的优
点， 是一种开放式数控系统， 该卡具有高速、 高精度性 能， 并且集成性、 可靠性比普通运动控制卡大大提高。
参考文献
朱国力， 段正澄3 现代数控系统的特点和发展方向 / ^ 1 3 机 械与电子， &992 R 2 S ： 0& N 0=3 傅桂龙， 程筱胜3 基于 $% 的开放式数控系统实现方法 / ^ 1 3 机械设计与制造工程， &999 ， &J R 2 S ： =0 Z =< ， 0M3 胡俊， 王宇晗， 吴祖育， 等3 数控技术的现状和发展趋势 / ^ 1 3 机械工程师， &999 R 4 S ： 0 Z M3 刘全秀， 朱志红， 唐晓琦， 等3 数控系统中的 5’$ 运动控制 卡的设计与实现 / ^ 1 3 机械工程师， &992 R 29 S ： &J Z 423 张洪学， 柳晓忠3 基于双口 !"# 技术的 5’$ 与单片机之 间的数据通信 / ^ 1 3 现代电子技术， &990 R &2 S ： 2&M Z 2&F3 朱起悦3 数字信号处理单片机 6#’4&9;&9< 开发实践研究 / ^ 1 3 电讯技术， &992 R 2 S ： 2& Z 2=3 金锋， 卢杨， 王文松， 等3 光栅四倍频细分电路模块的分析 （2&） ： 与设计 / ^ 1 3 北京理工大学学报， &99<， &< 29M4 Z 29M<3 赵宝泉， 杨世兴， 赵永秀3 编码器倍频、 鉴相电路在 ;$L"
关键词： 机器人
中图分类号： +,"’"
基于DSP和CPCI总线的高可靠性运动控制卡设计
（1）采用 6U（233.35 mm×160 mm）CPCI 插卡设计， 板卡具有高可靠性；
（2）具有 32 路 I/O 端口扩展，所有端口均经过光电 隔 离 ，满 足 系 统 控 制 端 的 电 压 功 率 驱 动 输 出 、使 能 发 送
个主设备启动一个交易，并且在 6 个时钟周期内没有检 测到 D--E--V-S-E-L- 有效，它必须假定目标设备没有反应或地 址不存在，导致交易失败。 L--O---C--K- 为设备提供接口控制
信号。
错误报告信号是用来使系统自我监测用的信号，包 括 P--E---R--R- 和 S--E---R--R- 两 个 信 号 。 系 统 信 号 包 括 CLK 和 R---S--T- 两个信号，为 PCI 接口控制器提供系统时钟和系统 复位信号。 I---N--T--A- 是设备的中断信号，电平触发，低电 平有效，与时钟异步。除 R---S--T- 和中断信号外，其他信号
（5）能够捕捉光电编码器反馈的脉冲信号，为 DSP 提供电机的相关信息。
1 运动控制卡总体设计
本设计以 CPCI 总线为基础，采用 DSP 和 FPGA 联合 控制，一方面可以利用 DSP 运算速度快、支持复杂算法 的优势，另一方面可以通过 FPGA 实现地址译码和逻辑 控 制 ，具 有 高 集 成 性 、高 可 靠 性 、高 扩 展 性 等 特 点 ，总 体 设计方案如图 1 所示。
有 效 说 明 目 标 设 备 已 准 备 好 接 受 数 据 ，在 读 操 作 中 ，它 说明 AD[31：0]上已有有效数据；S---T--O--P- 说明当前目标设
备要求总线主设备停止当前传输；IDSEL 为初始化设备
基于DSP和运动控制芯片的转台伺服控制设计
基于DSP和运动控制芯片的转台伺服控制设计随着现代工业自动化程度的不断提高，越来越多的设备需要实现高速转动并保持精准定位。
传统的基于机械传动的控制方式已经难以满足这种需求，而基于数字信号处理（DSP）和运动控制芯片的转台伺服控制成为了当前较为流行的控制方式。
该控制系统主要由DSP和运动控制芯片、电机和传感器等组成。
其中，DSP作为中央控制单元，负责接收来自传感器的反馈信号，并根据预设的运动规划算法进行控制，控制芯片则通过控制电机实现高精度、高速的转动。
在该控制系统中，反馈信号的采集和处理十分重要，基于光学原理的光栅尺和脉冲码盘成为了常用的选择。
当光栅尺或脉冲码盘与电机轴线相连时，传感器会持续对电机转动的速度、位置和加速度进行监测，将数据发送到DSP进行分析处理。
而在控制算法方面，PID控制器是应用最广泛的控制算法之一。
在PID控制器中，通过对反馈信号与预设信号的比较，计算误差，反馈给系统，并计算控制信号来调整电机的位置和速度，从而使电机实现精准控制。
除了PID控制器，其他控制算法也可根据具体场景进行选择。
此外，在该控制系统中，电机的选择也非常重要。
常见的电机类型有步进电机和伺服电机，它们各有优缺点。
步进电机相对简单，成本低，但其控制精度以及速度上都相对较低；伺服电机性能相对较优，可实现高速、高精度的控制，但相应的成本也更高。
总之，在基于DSP和运动控制芯片的转台伺服控制设计中，精准的传感器、优秀的控制算法以及适合的电机，都是实现高效、精确定位控制的必要条件。
随着技术的不断进步，相信该控制方式将在工业自动化控制领域中得到广泛应用。
为了更好地进行数据分析，需要明确数据来源和采集方法。
在这里，我们假设数据来源为某公司运营数据，采集方式为鼠标点击和键盘输入记录。
首先，我们可以列出以下相关数据：1. 月度销售额：包括每个月的销售额、同比增长率以及环比增长率等指标。
2. 产品类别销售额比例：分析不同产品类别的销售额比例，以及各类别的销售额排名。
基于DSP和CPLD的运动控制器简化设计与应用
基 于ＤＳ 和 ＣＰ Ｄ的运 动 控 制 器 简化 设 计 与 应 用 Ｐ Ｌ
何 林 ， 宪翠 ， 孟 董 砚 ， 高 洁
（ 河北 工 业大 学 电气 与 自动化 学 院 ， 津 ３ ０ ３ ） 天 ０ １ ０
Ａｂｓｒ ｃ Ａ ｍｅｈ ｄ ｓ ｅ ｉ ｎ ｄ ｆ ｒ ｈ ｍｕｔ－ｕｎ ｔｏ ｄ ａ ｏ ｌ ｘ ｍｏ ｉｎ ｃ ｎｔｏｌｒ， ｂ ｓ ｄ ｎ ｔ ｅ ＤＳ ｔ ａ ｔ： ｔｏ ｉ ｄ ｓｇ ｅ ｏ ｔｅ ｌｉ ｆ ｃｉ ｎ ｍｏ ｕｌｒ ｃ ｍｐ ｅ ｔｏ ｏ ｒ ｌｅ ａ ｅ ｏ ｈ Ｐ Ｉ ／ Ｏ ｓ ａ ｅ ｐ ｃ ａ ｄ ＣＰＬ ｎ Ｄ．Ｕｓｎｇ ｔ ｅ ｒｃ ｄ ｉ ｈ ｉ ｈ ｌＯ ｓ ａ ｅ ｏ Ｐ ｎ ｈ ｏ ｒｕ ｏ ｉ ｃ ｐａ ｉｉｉｓ ｆ ｐ ｃ ｆ ＤＳ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｗｅｆ ｌｌ ｇｃ ａ ｂｌｔｅ ｏ ＣＰＬＤ ，ｔ ｅ ｒ ｕ ｅ ｆ ｔ ｅ ＤＳ ｂｕ ａ ｈ ｅ ｓ ｏ Ｐ ｓ ｅ ｎ ｈ ｂ ａ ｈｉｖ ｄ ｅ ｃ ｅ ｅ ．Ｃｏ ｍｐａ ｅ ｗｉｈ ｈｅ ｒ ｄ ｔｏ ａ ｍｏｉｎ ｏ ｔｏ ｌｒ ｔ ｅ ｉ ｌｆｅ ｍｏｉ ｎ ｏ ｒ ｌｅ ｓｇ ｉｉａ ｔｙ ｅ ｃ ｓ ｏｈ ｒｄ ｔ ｔ ｔａ ｉｉ ｎ ｌ ｔ ｃ ｎ ｒｌｅ ， ｈ ｓｍｐ ｉ ｄ ｏ ｉ ｔｏ ｃ ｎｔｏｌ ｒ ｉ ｎｆｃ ｎ ｌ ｒｄｕ ｅ ｂ ｔ ｔ ｒ ｗａ ｅ ｒ ｓ ｕ ｃ ｓ ａ ｄ ｔ ｏ ｈｅ ｈａｄ ｒ ｅ ｏ ｒ ｅ ｎ ｈｅ ｃ ｍｐｌｘｔ ｆｔ ｔｏ ｏ ｔｏｌ ｒ ｔｉ ｒａ ｅｓｔ ｅ ｆｅ ｉ ｉｉｙ，ｒ ｌａ ｉｉｙ ａ ｅ ｓ ｔｌｔ ｆ ｅ ｉ ｏ ｈｅ ｍｏ ｉｎ ｃ ｎｒ ｌｅ ．Ｉ ｎｃｅ ｓ ｈ ｌｘ ｂｌｔ ｙ ｅ ｉｂ ｌ ｎｄ ｖ ｒ ａｉｉ ｏ ｔ ｙ
基于DSP 的PCI 通用运动控制卡的硬件设计-中
基于DSP 的PCI 通用运动控制卡的硬件设计摘要：本文提出了一种基于TMS320F2812 的PCI 总线通用运动控制卡的设计方案。
详细介绍了运动控制卡的硬件结构，并对控制卡的配置进行了深入分析，给出了具体的配置参数。
最后，介绍了板卡驱动程序的设计方法。
采用DSP 和PCI 结合的方式，实现了上下位机的高速通讯，并充分发挥了DSP 强大的运算能力和极高的处理速度，以保证控制卡对实时性和精度的苛刻要求。
1 引言随着DSP 技术的飞速发展，以其为核心的多轴运动控制卡越来越广泛的应用在运动控制系统中。
上位机只需对被控对象实施总体的控制和管理，而位置反馈信号的采集、闭环控制的计算和控制量的输出均由运动控制卡完成，这极大地提高了运算速度和控制响应速度。
本文设计的运动控制卡以TI 公司的32 位定点DSP TMS320F2812 为核心处理器，辅以运动控制器LM628，通过PCI 总线专用接口芯片PCI9052 与上位机通信，实现3 轴(可扩成多轴)伺服电机的控制，完成位置、速度控制以及直线、圆弧插补功能。
本文将对运动控制卡的硬件设计进行详细的介绍。
2 运动控制卡的硬件结构TMS320F2812 是基于TI 公司最新的C28x 内核而设计的。
与其他的处理器相比，其具有如下一些特点：采用低功耗设计，核心电压仅1.8V~1.9V，显著降低了功耗，指令周期可达6.67ns；新增了扩展控制寄存器以实现各种增强功能；多达128K×16 位的Flash 存储器，足够用于存储程序和数据变量；56 个可编程或复用的通用I/O。
LM628 是NSC 公司专为使用增量式编码器作为位置反馈的伺服机构而设计的一种芯片，其集成度高，需要外围部件少，易于调试。
主要特点如下：具有32 位位置、速度和加速度寄存器；带有16 位参数的可编程数字PID 控制器；可编程微分采样间隔；运动过程中可改变速度、预期位置和PID 控制器参数；实时可编程的主机中断。
基于DSP和CPLD的多轴运动控制器的设计与研究的开题报告
基于DSP和CPLD的多轴运动控制器的设计与研究的开题报告一、选题的背景和意义随着现代科技的不断发展，运动控制技术已经成为现代工业生产和科研领域中最为重要的技术之一。
在现代工业中，工业机器人、自动化生产线、医疗设备等都需要进行精准的运动控制，而这些运动控制都需要使用到多轴运动控制器。
一般来说，传统的多轴运动控制器都是使用单片机或者FPGA完成的，但是由于单片机和FPGA的计算能力有限，所以无法满足一些复杂的控制要求。
因此，本文选题基于DSP和CPLD的多轴运动控制器的设计与研究，旨在解决传统多轴运动控制器的局限性。
二、选题的研究内容本文选题的研究内容主要包括以下几个方面：1.多轴运动控制器的系统结构设计：包括硬件和软件两个方面。
硬件方面主要包括完成多轴运动的驱动电路和信号采集电路，软件方面主要包括控制算法的设计和程序实现。
2.DSP的应用和控制算法的设计：本文使用TI 公司的TMS320F2812作为DSP芯片，通过开发DSP程序实现多轴运动控制器的控制算法，包括位置控制、速度控制、加速度控制等。
3.CPLD的应用和控制算法的设计：本文使用ALTERA公司的CPLD 芯片EP2C5Q208C8作为控制器的控制逻辑芯片，通过开发VHDL程序实现控制算法的设计。
4.系统测试和实现：利用所设计的多轴运动控制器进行实际的系统测试，测试多轴运动控制器的性能和控制精度，验证设计的可行性和有效性。
三、选题的研究意义本文选题基于DSP和CPLD的多轴运动控制器的设计和研究，可以有效地提升传统多轴运动控制器的控制能力和速度，从而更好地适应现代工业中多轴运动控制的需求。
同时，本文设计的多轴运动控制器也具有较高的控制精度和实时性，能够应用于医疗设备、自动化控制等领域。
四、研究计划1.前期准备（1个月）：对多轴运动控制系统进行研究和调研，了解现有的多轴运动控制器的设计和实现原理，查阅相关文献，熟悉所需的硬件和软件工具。
一种基于DSP和CPLD的通用型模糊控制器的设计和应用_图文(精)
船电技术 2005年第1期 47一种基于DSP 和CPLD 的通用型模糊控制器的设计和应用万华庆潘艳(中国船舶重工集团七一九研究所，武汉 430064摘要：介绍了以TI 公司的DSP 芯片TMS320C32为核心处理器，Actel 公司的CPLD 芯片A54SX32/08为协处理器的通用型模糊控制器。
介绍了控制器硬件原理电路，以及采用C 语言、汇编语言、VHDL 和FuzzyTECH 工具设计控制程序的方法。
关键词：模糊控制器，DSP ，CPLD ，VHDL ，FuzzyTECHDesign of a Universal Fuzzy Controller Based on DSP and CPLDWan Huaqing, Pan Yan(719 Institute of CSIC，Wuhan 430064, ChinaAbstract : This paper introduces an universal fuzzy controller with DSPTMS320C32 as its central processor and CPLD A54SX32/08 as its coprocessor. It presents the controller’s schematic diagram and the design method of control program utilizing C language, assemble language，VHDL and FuzzyTECH tools . Key words: DSP; CPLD; VHDL; FuzzyTECH; Fuzzy controller1 引言DSP （数字信号处理）芯片，是一种特别适合于数字信号运算的微处理器，以DSP 为基础实施模糊控制方案，具有较高的性能价格比，在性能上已达到复杂的专用模糊逻辑控制器的水平，利用DSP 的高速运算能力，可以同时完成数据采集和对模糊信息进行分析的功能。
基于DSP和FPGA的运动控制卡的设计与实现
控制工程C ontrol Engineering of China May 2007Vol.14,No.32007年5月第14卷第3期文章编号:167127848(2007)0320260203 收稿日期:2006203214; 收修定稿日期:2006204219 作者简介:李伦波(19772),男,江苏灌南人,博士,主要研究方向为惯性导航与非线性滤波等;马广富(19632),男,河北唐山人,教授,博士生导师。
基于DSP 和FPGA 的运动控制卡的设计与实现李伦波,马广富,赵建亚(哈尔滨工业大学控制科学与工程系,黑龙江哈尔滨 150001)摘 要:针对数控系统的工作特点和要求,通过对TI 公司新推出的DSP 芯片T MS320F2812和A LTERA 公司的FPG A 芯片EP1K 30功能和特点的深入分析,给出了一种基于DSP 和FPG A 的运动控制卡的设计与实现。
在充分考虑上述芯片特点和资源的基础上,该卡采用DSP 和FPG A 取代单片机,能够更好地满足数控系统对运动控制单元的实时性和控制精度的苛刻要求。
某型号三轴仿真转台已采用该运动控制卡作为主控制电路,并能很好地实现转台的定位精度,转速等性能指标要求。
关 键 词:数控系统;数字信号处理器;现场可编程门阵列;运动控制卡中图分类号:T M 517 文献标识码:ADesign and Realization of M otion C ontrol Board Based on DSP and FPG ALI Lun 2bo ,MA Guang 2f u ,ZH AO Jian 2ya(Department of C ontrol Science and Engineering ,Harbin Institute of T echnology ,Harbin 150001,China )Abstract :T o the characteristics and requirements of the C NC system ,and based on analyzing the functions and traits of DSP chipT MS320F2812,and FPG A chip EP1K 30,the design and realization of m ovement control board based on DSP and FPG A are presented.The design adopts DSP and FPG A to replace microcontroller under full considerations of their res ources and traits ,and can better fulfill the require 2ments of m otion control on precision and real 2time ability.A certain three 2axis simulation turntable has adopted the m ovement control board as the main control board ,and perfectly realized the requirements on the precision of position ,velocity ,etc.K ey w ords :C NC ;DSP ;FPG A ;m ovement control board1 引 言随着开放式数控技术的日益发展,开放式数控系统在工业控制领域得到广泛应用。
基于DSP+CPLD的伺服控制卡的设计
基于DSP+CPLD的伺服控制卡的设计
廖永忠
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2009(32)1
【摘要】设计一种基于DSP+CPLD的伺服控制卡,在控制算法上,采用单神经元PID及CMAC相结合的伺服运动控制算法.其中单神经元PID能在被控对象的参数改变或者外部环境变化时,在线实时自动地调整参数;CMAC网络用来完成复杂非线性被控对象的逆模型控制,具有运算量小,收敛速度快,且无局部极小点等优点.仿真结果证明该算法综合了CMAC和单神经元的优点,具有更好的鲁棒性和抗干扰能力.【总页数】3页(P142-144)
【作者】廖永忠
【作者单位】湖南第一师范学院,湖南,长沙,410002
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.23
【相关文献】
1.基于运动控制卡的双轴伺服太阳能跟踪系统的设计 [J], 董科;舒志兵;赵李霞;章杰
2.基于DSP+CPLD的高精度位置伺服控制系统设计 [J], 暨绵浩;
3.基于DSP+CPLD的四电动舵机伺服控制器设计 [J], 米月星;林辉;李志
4.基于DSP+CPLD的伺服控制器设计 [J], 吴旭辉;唐滔
5.基于PXI总线的通用伺服控制卡的设计方法 [J], 孟浩然;阴玉梅;杨晓霞
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基于DSP和CPLD的小型无人机飞控计算机设计
基于DSP和CPLD的小型无人机飞控计算机设计
0 引言
小型无人机在现代军事和民用领域的应用已越来越广泛。
在经历了早期的遥控飞行后，目前其导航控制方式已经发展为自主飞行和智能飞行。
导航方式的改变对飞行控制计算机的精度提出了更高的要求；随着小型无人机执行任务复杂程度的增加，对飞控计算机运算速度的要求也更高；而小型化的要求对飞控计算机的功耗和体积也提出了很高的要求。
高精度不仅要求计算机的控制精度高，而且要求能够运行复杂的控制算法，小型化则要求无人机的体积小，机动性好，进而要求控制计算机的体积越小越好。
1 概述
目前，随着微电子技术的飞速发展，市场上出现了众多功能强大，功耗、体积大大缩小的集成电路。
芯片制造工艺的进步，像ARM，DSP等集成众多外围电路的CPU芯片以及EPLD，FPGA等大规模逻辑器件也已经出现，其性能比以前的芯片增强，外部电路也大为精简。
其中，数字信号处理器（DSP）以强大的指令系统、接口功能以及友好的开发环境显示出功能完善，速度快，开发方便等优势，能够有效解决小型飞控计算机中高速与微型。
基于DSP和CPLD的运动控制卡插补器设计
基于DSP和CPLD的运动控制卡插补器设计摘要：本运动控制卡是以DSP和CPLD为核心的位置控制系统，插补器包含两级插补，粗插补部分采用时间分割法插补，是由DSP实现，针对时间分割法存在的问题，对其算法进行了改进。
精插补部分采用DDA插补法，是由CPLD实现。
关键字：DSP；CPLD；运动控制；时间分割法插补；DDA插补法The design of motion control card interpolator basedon DSP and CPLDAbstract: The motion control card based on DSP and CPLD as core position control system, the interpolator contains two interpolations, the coarse interpolation using time division interpolation method, is implemented by the DSP. In view of the time division method existing problems, the algorithm is improved. The fine interpolation adopts DDA interpolation method, which is realized by the CPLD.Key word: DSP; CPLD;motion control; time division interpolation method; DDA interpolation method1.引言随着科技的不断进步，运动控制系统不断向着高速，高精度，智能化，易操作，低成本的方向发展。
其中高精度和高速已经成为机电系统中必不可少的指标，这样就对运动控制系统提出了更高的要求。
基于PCI总线和DSP的步进电机运动控制卡的设计和实现
～ ～
■ 电子 科 技 大 学 电子 工 程学 院 夏 勇 韩 春 林 何 子 述
基于 Ｐ ＣＩ总 线 和 ＤＳ Ｐ的
步进 电机 运 动控 制卡 的设 计 和 实 现
摘 要 ：本 文针 对 数控 系 统 的工 作 特 点 和 要 求 ，通 过 对 ＴＩ 司 ＤＳ 公 Ｐ芯 片 Ｔ Ｓ ２ Ｌ ２ ０ Ａ 和 Ｃ ｐｅ ｓ 司 Ｐ Ｉ Ｍ ３０ Ｆ４７ ｙ ｒｓ 公 Ｃ
制卡 中 ，由于 ＤＳ Ｐ采 用 多 总 线哈 佛 将 反 馈 信 息 传 输 给 Ｐ Ｉ 部 总 线 ， 进 电机 变 速 过 程 动 力学 特性 ，以指 Ｃ 局 结 构 使 得 处 理 指 令 和 数据 可 以 同 时 并且 控 制 系 统 外 围 Ｉ ／ 块。 Ｐ Ｏ模 ＤＳ 芯 数 曲 线 前段 规 律 作 为 前 后 沿 的 近似 ＣＩ 进行 ， 因此 相 比传 统 控 制 中的单 片 片 与 计 算 机 的 通 信 通 过 Ｐ 桥 接 芯 梯 形 波 ，进 而 确 定 升 降频 特 性 ，这 机 具 有 更 多 的优 势 。 同时 ，运动 控 片 ＣＹ０ ４ ９实 现 。 ９４ 制卡与 Ｐ Ｃ机 通 过 Ｐ 局 部 总 线 通 ＣＩ 样 既 能保 证 步 进 电机 运 行 过 程 不 会 失 步 ，又 充分 发挥 了步 进 电机 的 固
Ｃ卡 ＣＹ ０ ４ ９ 码 器 就 输 出 两相 相 差 为 ９ 。 的脉 冲 驱 动 器 上 驱 动 器 将 检 测不 到 该 信 Ｐ Ｉ 的功 率 。 ９ ４ 在使 用 时 ， ０
迭 代 运 算 ，而 定 步法 同样 需 要 进 行 迭 代 。这 两种 方法 在 Ｄ Ｐ 都 不 易 Ｓ上
实 现 且 灵 活 性 较 差 。 为此 本 文研 究
基于DSP的运动控制器的研究与开发
基于DSP的运动控制器的研究与开发
1 运动控制器硬件结构
本运动控制器的硬件结构主要分为如下几个模块：DSP+CPLD 主控模块，包括DSP 核心模块和CPLD 驱动与扩展模块；通信接口模块，包括PCI 总线、USB 总线和串口；I/O 输入输出接口模块以及外围存储器模块，包括SRAM 和FLASH。
本运动控制器的硬件结构如图 1 所示。
图1 运动控制器硬件结构图
1.1 DSP+CPLD 主控模块
本系统采用了TI 公司的TMS320F2812 DSP 为控制核心，这是工业界首批32 位的控制专用、内含FLASH 以及高达150MHz 主频的数字信号处理器，专门为工业自动化、光学网络及自动化控制等应用而设计的。
TMS320F2812 采用哈佛总线结构，有独立的程序和数据空间；具有很强的运算能力，能够实时地处理许多复杂的控制算法；片上内存丰富，可支持45 个外设级中断和 3 个外部中断，提取中断向量和保存现场只需9 个时钟周期，响应迅速；片上集成了多种先进的外设，包括两个事件管理器（EV）、12 位A/D、两个串行通信接口（SCI）、一个串行外围接口（SPI）以及一个多通道缓冲串行接口（McBSP）等；其通用输入/输出多路复用器（GPIO）拥有多达56 个I/O 口，在系统的软件开发中正是利用了这些丰富的内外设资源，才实现了系统要求的各种功能。
本系统中选用的CPLD 是Altera 公司MAX3000A 系列的EPM3128，这是一款高性能、低功耗的基于EEPROM 的PLD。
由于本系统的控制对象是步进电机，所以设计中主要利用TMS320F2812 的GPIO 口进行电机控。
基于DSP和CPLD的伺服运动控制器
计 时鸣 ， 陈承 钢
（ 江Ｔ业大 学 特种装 备制造 与先 进加工 技术 教育部 重点 实验室 ， 浙 浙江 杭州 ３ ０ １ ） １０ ４
摘要 ： 针对机器人控 制问题 ， 以数字信号处理器 （ Ｓ ） Ｄ Ｐ 和复杂可编 程逻辑器件 （ Ｐ Ｄ） Ｃ Ｌ 为核心设 计 了交 流伺服控制 系统 ， 到优化 达
Ｊ ｈ — ｉ ｇ ＩＳ ｉｒ ｎ ，ＣＨＥＮ Ｃ ｅ ｇ ｇ ｎ ｕ ｈ ｎ —ａ ｇ
（ ｈ ＥＫ ｙＬ ｂｒｔ ｙｏ ｐ ｃ ｌ ｕｐ ｓ ｑ ｉｍ ｎ ａ ｄＡ ｖｎ ｅ ｒｃｓｉｇ Ｔ ｅＭＯ ｅ ａｏａ ｒ ｆ ｅｉ ｒｏｅＥ ｕ ｅｔ ｎ ｄ ａｃ ｄＰｏｅｓ ， ｏ Ｓ ａＰ ｐ ｎ Ｚ ｅｉ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｔ ｃ ｎｌｇ ，Ｈ ｎｚｏ １０ ４ ｈｎ ） ｈｊ ｎ ｎｖ ｓｙ ｆ ｅｈ ｏ ｙ ａｇｈｕ３ ０ １ ，Ｃ ｉａ ａ ｅ ｉ ｏ
基于DSP和CPLD的运动控制卡设计与实现概要
华中科技大学硕士学位论文基于DSP和CPLD的运动控制卡设计与实现姓名:胡吉柱申请学位级别:硕士专业:计算机应用技术指导教师:刘宏2011-01-17华中科技大学硕士学位论文摘要开放式体系结构的数控系统已成为当今数控技术发展的主要研究方向之一,其中,“计算机+运动控制卡”的模式已成为开放式数控技术发展的主流方向。
在该模式中,运动控制卡的性能优劣成为影响数控系统整体性能的关键因素。
在分析与总结了当前国内外相关研究成果的基础上,针对运动控制卡的设计问题,提出一种基于数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP和复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,CPLD联合控制技术的运动控制卡解决方案。
在该解决方案中,运动控制卡采用PCI总线协议与计算机通信,实现了复杂轨迹运动的实时控制功能。
在关键技术上,引入PCI总线控制器于CPLD片上集成技术,提高了频繁插拔型PCI总线设备的可靠性和安全性;研发了匀速输出状态可控FIFO(First Input First Output, 先入先出的“漏水算法”,为用户端提供了更高效实用的API(Application Programming Interface,应用程序编程接口,使终端用户开发应用产品更加便捷高效,同时,保证了下层硬件输出控制的实时性与稳定性;采用DSP与CPLD复用RAM技术实现数据交互,极大的提高了带宽利用率;在高性能DSP上引入插补算法,实现了复杂轨迹坐标点的插补运算功能,使运动控制卡具备复杂轨迹控制信号的实时输出能力。
实验表明,基于DSP和CPLD的运动控制卡方案实现了高速、精确、实时、稳定的复杂轨迹运动控制,且接口广泛支持市面上多种类型的主流数控机构,是一款低成本、高性能及多功能的运动控制解决方案。
关键词:数控系统,嵌入式系统,运动控制,数字信号处理器,复杂可编程逻辑器件华中科技大学硕士学位论文AbstractOpen architecture CNC (computer numerical control has become the popular trend of CNC technology, and the mode of "industrial computer with motion control card" is the mainstream of the development of open CNC technology. In this mode, the performance of motion control card acts as one key factor to decide system performance.After analyzing and summarizing the current status of related research both at home and abroad, a motion control card was designed, which is based on DSP (Digital Signal Processor and CPLD (Complex Programmable Logic Device joint control technology, using PCI bus to communicate with industry PC. It achieved real-time complex trajectory control. The integration technology of introducing PCI bus controller in the CPLD chip improved the reliability and security of frequently plugging PCI device. And we developed a "leakage algorithm" which controls FIFO in the condition of different read and write rates, it not only supplies more efficient and practical API interface , but also makes end users more convenient and efficient to develop applications, and ensured real-time and stability of the hardware output. The sharing of SRAM between DSP and CPLD for data interaction, greatly improved the bandwidth utilization. The introduction of the interpolation algorithm on high-performance DSP realized the complex coordinatescomputations of the interpolation trajectory. DSP make the motion control card gain the ability of real-time complex trajectory control.Experimental results show that this motion control card based on DSP and CPLD can achieve high-speed, accurate, real-time and stable control of complex trajectory and its interface can support many types of CNC institutions in the market. So, this card is a solution of low cost, high performance and multi-purpose.Keywords:C omputer Numerical Control, Embedded System, Motion Control,DSP, CPLD独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
一种基于DSP的运动控制卡的硬件开发
一种基于DSP的运动控制卡的硬件开发张玉洁;徐长杰;冯海美;刘畅【摘要】选用德州仪器的TMS320F2812款DSP芯片作为核心控制芯片,来控制步进电机,设计了整个控制卡的外围硬件电路,先把整个控制系统的与DSP芯片的联系做了阐述,以及交待了之间通信和信号交换.详细设计了电压电源模块的电路,用以发出内外部双电压的供电;选用SN74CBTD3384C芯片设计了电压转换模块,对芯片输入5v电压,输出各个模块所需的不同电压,满足各个模块的供电需求;另外设计了硬件电路复位模块,用于程序出现无限循环或者硬件电路不稳定工作的时候;为提供一个时钟信号,设计了一个晶振模块.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2016(013)004【总页数】5页(P65-69)【关键词】TMS320F2812;电压模块;复位模块;时钟【作者】张玉洁;徐长杰;冯海美;刘畅【作者单位】华北科技学院,北京东燕郊101601;华北科技学院,北京东燕郊101601;华北科技学院,北京东燕郊101601;北京送变电公司,北京102401【正文语种】中文【中图分类】TP273德州仪器这款DSP芯片，具有电机控制的特殊优势。
TMS320F2812这款芯片拥有强大的32位定点处理系统，对比于TMS320LF2407A芯片，其速度有显著提高，数据处理从原来的16位定点到现在的32位定点处理。
TMS320F2812芯片拥有EVA、EVB事件管理器用于电机控制，SCI和CAN的外设接口作为通信接口。
PC机与DSP控制卡的通信依靠RS232串口实现，甚至使用增强型串口达到在通信的过程中有一定的缓存，以便更好的实现通讯。
PC机对芯片的控制算法进行写进和读出，使用了配套的CCSSTUDIO软件，在其界面上完成电机的底层驱动参数设置，电机参数设置，控制电机的停转、加速，运动轨迹规划，和相关的API函数编写[1]。
控制框图如下图1具体所示，以TMS320F2812为整个控制卡的核心，综合调动与控制其他的各个模块。
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要 发送 的 脉冲 总数 存 入到 Ｃ Ｌ 的 寄存器 中，每 ＰＤ 周 期进 行 累加 ，采用 累 加器 的进 位 信号 作 为脉 冲 序 列 的来源 ， 行 处理 ，得 到 驱动器 的指令 脉冲 。 进
１ 运 动 控 制 卡 的硬 件 结 构
传统 的运动 控 制系统 一般 是基 于单 片机 的，
由于单片 机本 身执行 速度 的限制 ，其控 制轴 数 ，
４，
计算机技术应用
《 电技术》２ １ 机 ０ ０年第 ４期
以将 数 据 锁存 ￣ Ｃ Ｌ Ｊ Ｐ Ｄ中， 由主控 板 方便 读取 。 总线 收 发器 采用 ７ ＡＬ ＣＩ ４ ４ ，在 电路 中 ４ Ｖ ６２５
使 之达 到 同步 要求 ¨。 Ｊ 从 实现 同步 的方案 来看 ， 多轴 同步控制 已经 从传 统 的机械 共轴 传动 、机械 传动 链 实现转 向独 立传 动 、 电子传 动 链 的方式 。从控 制器 的实现 来 看， 模拟 电子控 制 已经基本 让位 于数字 电子控 制 ， 随着 计算机 技术 和微 电子 技术 的发展 ， 以微处 理 器为 核心 的数字 控制 系统 已经广 泛用 于运 动控 制 领域 。 目前 常用 的运 动控制 卡硬 件设 计方 法有 三
关 键 词 ：运 动控 制卡 ； 多轴 同步 控 制 ； 并 行 总 线 ； 实 时性
中图分类号：Ｔ ２ ３ 文献标识码：Ａ 文章编 号：１７ —４ ０ （０ ００ —０２ ４ Ｐ ７ ６２ ８ １２ １）４ ４ —０
多轴 系统 的控 制策 略关注 于 如何使 多轴 之 间 的运 动控 制有 机协 调起 来 ，达 到 系统整 体 的全局 性 能 的最优 化 是其最 终 目的。多轴 同步 控制 一般 有主 从式控 制 、多轴 联动 控制 等 。主从 控制 是指
位控 周期 和控 制精度 都会 受到 限制 。而基 于 Ｄ Ｐ Ｓ 的运 动控 制系 统则很 好 的解决 了这个 问题 。 本运 动控 制卡 的主 要功 能是 根据 并行 总线及
外部 的相 关命 令来 控制 运动控 制 卡 。主 要采 用 的
是 以ＤＳ 为 主 控 制器 ，Ｃ Ｌ Ｐ Ｐ Ｄ为协 控 制 器 的 结构
的实时性和控制精度越来越高。针对高速 多轴 同步 的应用 ，提 出了一种基于并行总线，以“ Ｐ Ｄ ＤＳ ” Ｃ Ｌ ＋ Ｐ 为核心的运动控 制卡设计方案，可 以获得较短 的控制周期 ，使 多轴 同步控制系 统具有 良好的实时性和高精度 。运动控制卡充分应用 了 ＤＳ Ｐ运算速度快、总线速度快 、采集传送速 度快等优 点，使得系统的实时性和精度 大大提高 。
有两 个功 能：一 个 功能 是实 现 总线 电压 的转 换 ，
从并 行 总线 的５ Ｖ转 换到 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ能接 收 的３３ ．Ｖ；另
一
个 功 能是提 高 总线 的驱 动 能力 。
２ 控 制 卡 的关 键 设 计
２１ 脉 冲 的发 送逻辑 ． 脉冲 发送 逻辑 是 控制 卡 的核 心 ，采用 的是 将
【Ｊ ｊ
，
在各 传动轴 中，用精 度相 对较 高 的轴作 为主基 准 轴 ，用精度 相对 较低 的轴 作为 从轴 ，从轴 跟踪 主
轴 做 同步运 动 。多轴 联动控 制 是指各 轴之 间精 度 要 求相 当 ，因此 ，互 相之 间地位 相 同 ，可 以根 据
如图 １ 示。 所
给 定位 置 （ 或速 度） 求 ，随 机控 制各 轴 的运 动 ， 要
图 １ 控 制 卡 的 硬件 结构 图
ＤＳ 通过 访 问外部 Ｉ 空 间 的方 式 ，来 读取 Ｐ Ｏ
当前 的工作 状态 ，进 而 实现某 些特 定功 能 。同时
种 【．一是 基 于单 片机 型 ，二 是基 于微 控制 器 设 ２ 】
计 的专用 集成 电路 ，三是 基于数 字信 号处理 器 。 本文采 用 的是基 于数字 信 号处理器 的硬件 设 计 ，主要使用 ＤＳ ￣ Ｃ Ｌ Ｐ Ｉ Ｐ Ｄ器件 。 Ｐ 数字信 号处 ＤＳ （ 理器） 具有 运箅速 度快 ， 支持 复杂 的控制 算法 的特
制。
１１ 运 动控制 卡在 多轴 同步 系统 中的应 用 ．
是一种 高精度 、高速度 、 多轴 联动 、体积 小 、集 成度高 的新 型运动 控制 卡 。它 可 以满 足 多轴联 动 的数控 机床 、机 器 人等 高性 能控 制 系统 的需求 。
在 多轴 同步 控制 系统 应用 中，本文采用 的是
点 ，可 以满足 多轴 高速 、 精度运 动控 制 的要 求 。 高 这种 设计方 法可 以实现 复杂 的控制 算法和 功 能 ，
ＤＳ Ｐ通 过 Ｃ Ｎ 接 口接 收外 部命令 信息 ，将其 与 Ａ ＣＬ Ｐ Ｄ读 取总线 上 的速度 给定（ 际上也 是脉冲 量） 实
进行 合 并 ，并接 收正 交编码 器 的反馈 ，将 脉冲 总 量 写入到 Ｃ Ｌ 的相 应 寄存器 中，通 过脉 冲发送 ＰＤ 逻辑 发送 至伺 服 电机驱 动器 ， 以实现对 电机 的控
《 机电技术 》２ ｌ ＯＯ年第 ４期
计算机技术应用
一
种 基 于 Ｄ Ｐ和 Ｃ Ｌ 的运 动控 制 卡 的设 计 Ｓ Ｐ Ｄ。
彭胜 刊、 刚 肖力 志
（ 中 科 技 大 学控 制 科 学 与 工 程 系 ，湖 北 武 汉 ４ ０ ０ ） 华 ３ ００
摘
要 ：随着制造工业发展对各类机械 、设备要求 的提 高，多轴 同步控制 的对象越来越复杂，范围越来越广 ，要求
主从控制 方 式 （ 图 ２所示 ） 主 控板控 制整个 系 如 。 统 的状 态 ， 通过 并行 总线 与运 动控制 卡进 行命 令 和 数据 交换 。运 动控 制卡 属于 从属位 置 ，根据 主 控板 的命 令来 控制 伺服 驱动 器 。并行 总线 的特 点
是控 制周 期短 ，可 以保证 多轴 （ ２轴 一６轴 ）数 １ １ 据通信 时 系统 的实 时性 。