[实用新型]一种嵌入式运动控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及运动控制，具体是指一种嵌入式运动控制系统。

背景技术

运动控制器，就是控制电动机的运行方式：比如电动机在由行程开关控制交流接触器而实现电动机拖动物体向上运行达到指定位置后又向下运行，或者用时间继电器控制电动机正反转或转一会停一会再转一会再停。运动控制（MC）是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置和/或速度。运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以模块化和易于扩展，这样可以满足用户的各种需求，插补速度处理环节可优化，能使脉冲输出更加稳定的一种嵌入式运动控制系统。

本实用新型的实现方案如下：一种嵌入式运动控制系统，主要由DSP芯片、以及与DSP芯片连接的FPGA芯片构成，所述DSP芯片连接有CAN接口、JTAG接口、RS232/485接口、和8路数字量输入/输出电路，所述FPGA芯片连接有光电隔离电路B、光电隔离电路A、差分整形电路。

所述DSP芯片还连接有扩展RAM、复位电路。

所述光电隔离电路B连接有4路驱动器复位信号电路、4路驱动器使能信号电路、4路驱动器报警信号电路、8路限位信号电路、8路回零信号电路、8路数字量输入/输出电路A。

所述光电隔离电路A连接有4路脉冲输出电路。

所述差分整形电路连接有4路码盘信号电路。

所述DSP芯片的型号为：TMS320F2812芯片。

所述FPGA芯片的型号为：EP1C6TC44C8芯片。

嵌入式运动控制系统的总体性能指标为：作为一个单独的运动控制器使用，控制信号采用数字量方式输出，能控制四轴的伺服电机;最高脉冲输出频率为4MP/s，能处理的编码器反馈信号最高频率为4MP/s；能接收和处理4路编码器反馈信号；可以处理原点信号、正负方向信号、到位信号以及急停信号等数字量输入信号;提供16路数字量输出信号和16路数字量输入信号接口。嵌入式运动控制系统采用DSP芯片与FPGA芯片作为主控芯片，主要包括DSP模块、FPGA模块、FPGA外围电路模块和数字量输入输出接口模块。

嵌入式运动控制系统能够实时完成复杂的轨迹运算，而且利用DSP芯片的高速数字信号处理功能和FPGA芯片功耗低、主频高的优点，能充分显示该运动控制器的优点。采用DSP芯片与FPGA芯片相结合的嵌入式运动控制系统可以方便地对系统的控制策略进行修改，对控制参数进行修正，并可使设备具有良好的可靠性、可维修性，而且还降低了成本。系统还可以采用更多的智能控制策略，结构灵活，有较强的通用性，适合于模块化设计，能够提高算法效率，且易于维护和扩展。

DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812芯片为主控芯片，它是32位的控制专用DSP，内含FLASH，主频高达150MHz，具有数字信号处理、事件管理和嵌入式控制功能，适用于大批量数据处理的场合。

选用TI公司生产的TPS767D318芯片来实现TMS320-F2812的电源设计，将5V电源分别转换为3.3V和1.8V。

RAM是DSP芯片常用的外围存储器，它具有接口简单、读写速度快等优点，所以选择大小为64KB的随机存储器CY7C1021作为存储器扩展芯片。　　

复位电路设计采用TI公司的TPS382x系列电压监控电路，此系列电路不需要外围电路即可组成监控电路。SCI模块用于扩展RS-232和RS-485串行通信接口；CAN接口和外部CAN工业现场总线相连；外部接口用于与FPGA连接和扩展数字量输入输出。

FPGA芯片选用Altera公司的Cyclone系列EP1C6TC44C8，这是一款高性能、低功耗的FPGA。EP1C6TC44C8具有2个锁相环，包含5980个逻辑单元，相当于12万门的规模，同时还包含了最高频率200MHz、92160bit的内部RAM。该芯片所拥有的逻辑门数量、频率和引脚I/O等资源都能很好地满足运动控制器的设计要求。由于本系统的控制对象是伺服电机，所以设计中主要利用EP1C6TC44C8的I/O口设计电机控制信号的输入输出、编码器信号的输入与部分数字量输入输出。另外，该芯片在整个硬件系统设计完毕后还可以通过JTAG接口对硬件进行重配置，可以增加系统设计的灵活性。