基于DSP和FPGA的运动控制器的设计与实现.pdf

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1、第2期组合机床与自动化加工技术N0．22011年2月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueFeb．2011文章编号：1001—2265(2011)02—0075—03基于DSP和FPGA的运动控制器的设计与实现吴红军，皮佑国(华南理工大学自动化学院，广州510641)摘要：针对数控系统的工作特点和要求，通过对TI公司推出的DSP芯片TMS320C6713和ACTEL公司的FPGA芯片A3P400功能和特点的深入分析，给出了一种基于DSP和FPGA的运

2、动控制器的设计与实现。在充分考虑上述芯片特点和资源的基础上，该控制器采用浮点型DSP与FPGA，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。同时介绍了运动控制器的硬件整体结构及主要模块的详细设计，并给出了DSP软件实现的程序结构框架。关键词：数控系统；DSP；FPGA；运动控制器中图分类号：TH16；TG65文献标识码：ATheDesignandRealization0fMotionControllerBasedonDSPandFPGAwUHong—inn．PIYou—guo(SouthC

3、hinaUniversityofTechnology，AutomationCollege，Guangzhou510641，China)Abstract：ForthecharacteristicsandrequirementsofCNCsystem，havingin。depthanalyzedfunctionsandfeaturesofTM$320C6713DSPchipofTIandA3P400FPGAchipofACTEL，presentsadesignandrealizationofmotioncontro

4、llerbasedonDSPandFPGA．Basedontakingfullaccountoflhechip’Scharacteristicsandresources，thecontrollerusesfloating-pointDSPandFPGA，tobettermeettherequire-mentsofreal·timemotioncontrolunitandthecontroldemandingprecisionforCNCsystem．Themotioncontrollerhardwarestru

5、ctureandthedetaileddesignofthemainmodulesareintroduced，andalsogivestheprogramstructureofDSPsoftwareframework．Keywords：CNC；DSP；FPGA；motioncontroller性能数字信号处理器TMS320C6713和FPGA的运动O引言控制器，所设计的运动控制器已用于某型号的三轴机床是装备制造业的母机，是衡量一个国家装转台。调试结果表明，该运动控制器能够很好地实备水平的重要标志。高性能数控机床

6、的高精度、高现转台的精度、速度等性能指标。速度的加工，除了机械设计和制造要保证能实现目1系统概述标外，一定程度上也依赖于运动控制器的高速数据处理能力和控制能力。运动控制器系统功能框图如图1所示，其功能基于单片机的运动控制卡由于受到单片机自身为：接收CNC主控制器译码、编译程序等信息处理后的限制，其控制精度、控制轴数和控制周期等都受到的插补和控制信号，进行速度处理和直线、圆弧插补限制，因此这类控制卡不适用于高精度、实时性要求运算，并通过与各类伺服系统的位置、速度反馈信号苛刻的运动控制场合。数字信号处理器DSP采用

7、多比较，从而生成插补脉冲给伺服系统。组总线的哈佛结构、多级流水线结构等，特别适合数该系统的核心芯片是TI公司的C6000系列的据量大、计算复杂、实时性要求高的场合。32位浮点DSPTMS320C6713和ACTEL公司的两片本文设计了一种基于TI浮点型C6000系列的高FPGA芯片A3P400和A3P060。A3P400中设计了插收稿日期：2010～07—06作者简介：吴红军(1985一)，男，浙江衢州人，华南理工大学自动化学院硕士研究生，主要从事数控系统和嵌入式方面的研究xiaowu5016@163．corn

8、·76·组合机床与自动化加工技术第2期补脉冲输出所需要的各个程序模块以及与上位机生上升沿电平跳变，触发DSP的外部中断，然后DSPARM通信所需的UART等模块。A3P060中设计了通过总线接口从FPGA读取数据信息。与主轴电机相连接所需的接口等模块。DSP则完成(2)FPGA模块电路设计系统位置、速度控制和插补算法等。为了增强系统的可扩展性以及各个功能的模块化，采用两片FPGA分别设