基于USB3.0与FPGA的多轴运动控制器开发.pdf

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1、第7期组合机床与自动化加工技术No．72015年7月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueJu1．2015文章编号：1001—2265(2015)07—0064-05DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．07．018基于USB3．0与FPGA的多轴运动控制器开发冰顾定富，罗福源(南京航空航天大学机电学院，南京210016)摘要：USB3．0技术的出现使得USB串行接口不仅具有即插即用、支持热插拔等特点，而且提高了数据传输的速率，在此背景下，这里提出了基于US

2、B3．0通信接口的运动控制器设计。文中对运动控制器的总体结构进行了设计并对主要芯片进行选型，利用USB3．0接口高达5Gbps以及全双工工作模式的特点，自定义了数据差错控制与数据双向传输的新通信协议。控制器采用FPGA作为主控芯片，采用SOPC的设计方法，运用VerilogHDL语言设计出运动控制器的精插补、编码器信号细分辨向等模块。最后的仿真验证了该运动控制器有效性与可行性，为USB3．0产品的开发提供了参考。关键词：USB3．0；精插补器；运动控制器；FPGA中图分类号：TH165：TG659文献标识码：ADevelopmentofMult

3、i-axisMotionControllerBasedonUSB3．0andFPGAGUDing—fu，LUOFu—yuan(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nan—jing210016，China)Abstract：TheemergenceofUSB3．0technologymakestheUSBserialinterfacenotonlyhasthecharacter—isticssuchasp

4、lugandplay，hotswapandSOon，butalsoimprovestherateofdatatransmission．Inthissit—uation，thedesignofmotioncontrollerbasedonUSB3．0communicationinterfaceisputforward．Theoverallstructureofthemotioncontrollerisdesignedandthemainchipisselectedinthispaper，newcommunicationprotocolofdata

5、errorcontrolandbidirectionaldatatransmissionisdesignedusingUSB3．0interfacefeaturesof5Gbpsrateandfullduplexmode．ThecontrollerusesFPGAasthemaincontrolchip，adoptthedesignmethodofSOPC，usingVerilogHDLlanguagetodesignthemoduleoffineinterpolation，motioncontrollerencodersignalsubdiv

6、ision．Finally，thesimulationvalidatestheeffectivenessandfeasibilityofthemotioncontroller，whichprovidesareferenceforthedevelopmentofUSB3．0products．Keywords：USB3．0；fineinterpolator；motioncontroller；FPGA的USB3．0技术很好的解决了之前通信总线使用便利0引言性与传输速度的矛盾，USB3．0继承了USB2．0的特运动控制器是现代数控系统的核心。运动控制器

7、性，比如即插即用，功耗低，连接简便，价格便宜等优经历了一个漫长的发展。早先，运动控制器基于模拟点，此外由于USB3．0采用了新的传输技术，不仅使器件实现，随着电力电子技术的发展，目前，基于PC得传输速度是USB2．0的10倍，达到5Gbps(640MB／的开放式运动控制器已经成为数控技术发展的主要方S)，而且采用了双通道的输模式，可以实现全双工传向¨j。早期，PC与运动控制器之间的连接主要通过输，使得它非常适合用于Pc与控制器之间的数据传PC机的串口、并口或者ISA／PCI总线等通信接口。但输。另一方面，随着计算机技术与半导体制造工艺的是，串口

8、、并口虽然连接简单、方便，开发成本低，但是发展，FPGA芯片的性能突飞猛进，单片FPGA已经能其传输速度慢，不能满足运动控制器的高实时性要求；够独立承