基于DSP的多轴运动控制卡

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TMS320C2000系列DSP

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TMS320LF2407A
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DSP的编程
CC(code composer)或CCS(code composer studio) 汇编或者C 汇编：.cmd，.h，.asm .out
C:
.cmd，.h，.c，rts2xx.lib
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多轴运动控制卡的功能分析
基于DSP的多轴运动控制卡的研究
李因鹏 2004.4.2 西安交通大学工程训练中心
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报告内容
多轴运动控制卡的研究背景 TMS320LF2407A DSP的介绍
多轴运动控制卡的功能分析
目前的进展及展望
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多轴运动控制卡的研究背景
开放式数控的产生 （1）目前CNC大都采用封闭式结构。 （2）控制器功能与机床功能不匹配。 （3）用的硬件结构也限制了系统的本身的持续 开发，更新换代慢，不利于数控产品的技术进 步。 （4）数控系统的这一现状已不能适应当今制造 业市场变化频繁，竞争加剧的形势。
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与上位机的通讯
电机的控制 数字量输入输出控制
编码器输入
机床参数的采集
插补运算
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与上位机的通讯 主要实现： 1. 数据下发： 加工数据 机床操作控制命令（手动） 2. 数据上传： 机床的状态参数等
接口形式：
DPRAM（双口RAM）、串口和 CAN（调试用）以及USB（备用）
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插补运算 数控系统根据输入的基本数据，通过计算，将 工 件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算 结果向各坐标轴发送进给指令。
粗插补： 在给定起始刀位点和终止刀位点的连线 之间插入若干个刀位点，即对于每一个运动坐 标来说，用若干微小的位移来逼近 。 精插补： 在粗插补算出的每一微小位移上再做 “数据点的密化“工作
（3）全软件CNC型
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百度文库作台
专用 总线
通用PC互 换器
将PC装入到CNC 内部，PC与CNC 之间用专用的总 线连接
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CNC卡
PCI/ISA
插补运算、刀具 补偿、位置控制 、速度处理等实 时控制
系统监控管理、系 统故障诊断、界面 显示和数控代码编 译等非实时处理
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接口卡
CNC的全部功能(如编译、解释、插 补和PLC等)均由软件模块来实现
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开放式数控的特点 （1）互操作性 ：提供一个统一标准的通讯系统 来实现各模块间的数据交换 （2）可移值性 ：应用程序可在不同的平台上运 行 （3）伸缩性 ：可根据需要裁剪各功能模块 （4）可交换性 ：可根据需要互换功能模块
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开放式数控系统的实现途径
（1） PC嵌入CNC型
（2） NC嵌入PC型
处理流程：对端口进行扫描并输入采样值， 程序根据不同的采样值执行相应 的用户程序，然后再把输出值刷 新到端口。三个步骤反复循环。
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编码器输入
由CPLD来实现码盘信号的四倍频及辨向， 然后发送给DSP，由DSP转发给DPRAM，由 ARM查询相应的DPRAM空间来读取数据 机床参数的采集 在线机床信息： 操作方式、主轴转速、进给速度、主轴转向等 加工程序信息： 当前工件号、当前工序号、当前加工程序号、 当前加工程序段号 刀具信息： 当前刀具名、当前刀具号、刀具进给量、刀具 切削速度等
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运动控制卡在开放式数控系统中的位置
伺服电机
伺服电机
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研究多轴运动控制卡的必要性
基于常规ＭＣＵ的伺服运动控制器数据计算能力 有限,很难实现多电机系统的高性能复杂控制 目前商品化的DSP运动控制卡不够开放 价格过高

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国内高校研究运动控制卡的情况 1.华中科技大学 F206 DSP PC－ISA－DSP （2001） 2. 北 航 机 器 人 研 究 所 F240 DSP PC － ISA/RS232－DSP （2002） 3.西安交大 王小椿 、梅雪松 4.山东大学LF2407 DSP PC－USB－DSP运动 控制卡 （2003） 5.洛阳工学院 基于专用运动控制芯片LM628 的板卡 （2002） 6.上海交通大学 8254，8255等芯片
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系统硬件结构框图
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目前的进展及展望
熟悉DSP的硬件资源和编程
完成DSP的功能分析 初步实现DIO，SCI，CAN，AD，脉冲
输出等功能
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下一步工作安排：



对数控车床进行详细的功能分析 完成DSP多轴运动控制卡的硬件设计 实现插补和速度控制等功能
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谢 谢 大 家！
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电机的控制
根据插补所得的数据驱动电机，使工作台以一 定的速度运动到要求的位置。 控制方式： 脉冲方式： 脉冲+方向(Pulse/Dir)或正负脉冲(CW/CCW)
电压方式：
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数字量输入输出控制 输入量：机床零点输入、限位输入、减速输 入和刀位输入等 输出量：换刀电机控制、功放、润滑、冷却、 主轴正转、主轴反转、主轴停止和 主轴刹车等
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TMS320LF2407A DSP的介绍
DSP（Digital Signal Processor)及DSP的特点 DSP实际上就是一种单片机，是集成高速乘法 器，具有多组内部总线，能够快速进行乘法和 加法运算，适于高速数字信号处理的高速、高 位单片计算机。
DSP具有体积小，功耗小，实时处理迅速， 处理数据量大，处理精度高，性能价格比高 等优点。
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DSP采用的技术 1.采用Harvard结构或改进Harvard结构 数据总线和程序总线相互独立 2.采用流水线技术 使每条指令基本上 都是单周期指令
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3.硬件乘法器 4.多处理单元: 硬件乘法器（MUL）、累加 器（ACC）、辅助算术单元（ARAU） 5.特殊的DSP指令: e.g. MACD在一个周期内完成乘法、累 加、数据移动(相当于LT、DMOV、MPY、 APAC四条指令）