[实用新型]基于FPGA的伺服电机控制板及伺服系统

说明书

本实用新型提供了一种基于FPGA的伺服电机控制板及伺服系统，以FPGA为核心，能够利用FPGA的内部资源提高运算速度，且由于设有至少一路用于实现EtherCAT物理层通信的以太网物理层收发器电路和以太网接口，因此可以将FPGA与外部的以太网连接，从而利用EtherCAT协议的通信优点，提高数据传输速度、数据包容量和传输距离等。此外，本实用新型的伺服电机控制板及伺服系统，还能提供多路电机驱动接口、模数转换电路以及电机编码接口等，让用户根据自己的需求来选择外挂的伺服电机的数目，具有较高的灵活性。

技术领域

本实用新型涉及伺服系统技术领域，特别涉及一种基于FPGA的伺服电机控制板及伺服系统。

背景技术

伺服系统(servo mechanism)作为一种自动控制系统，是工业自动化的重要组成部分，其可以使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化，即伺服系统可以精确地完成物体的定位以及运动控制。随着实时以太网的发展，高端的伺服系统已经对实时以太网总线有了一定的支持，使之在工业自动化、数控机床、机器人等方面具有非常广泛的应用。其中，伺服系统通常包括伺服电机以及用于控制伺服电机的伺服电机控制板，该伺服电机控制板控制伺服电机的工作，使其将相应的电压信号转化为转矩和转速以驱动物体(即控制对象)运动，改变其速度、位置、方位或状态。

现有的伺服电机控制板设计，往往采用MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)或PLC(Programmable logic controller，可编程逻辑控制器)的控制结构形式，并基于常规的工业实时以太网来实现，其存在运算速度慢、功耗高、灵活性不高、以太网的传输速度低、传输距离和数据大小受限等缺点。

因此，需要一种新的伺服电机控制板及伺服系统，能够克服现有的伺服电机控制板所存在的至少部分缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)的伺服电机控制板及伺服系统，能够提高以太网传输速度、传输距离等。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于FPGA的伺服电机控制板，其包括：FPGA；第一存储器；至少一路用于实现EtherCAT物理层通信的以太网物理层收发器电路；与所述以太网物理层收发器电路一一对应连接的以太网接口；至少一路电机驱动接口；以及，与所述电机驱动接口一一对应设置的电机编码接口、电机驱动电路、模数转换电路。

可选地，各路所述以太网物理层收发器电路均连接所述FPGA；各路所述电机驱动接口一一对应地外挂一个伺服电机，并通过相应的所述电机驱动电路连接所述FPGA；各路所述电机编码接口均连接所述FPGA以及相应的所述伺服电机的编码器接口；各路所述模数转换电路均连接所述FPGA以及相应的所述伺服电机的动力线。

可选地，所述的伺服电机控制板还包括分别连接FPGA的以下部件中的至少一种：用于向包括所述FPGA在内的各部件提供电源的DC-DC电路，用于 FPGA的程序烧录和调试的USB转JTAG电路，用于存储FPGA的比特流文件的第二存储器，用于存储EtherCAT从站的配置信息文件的第三存储器，以及，用于将所述FPGA连接至一MCU的FSMC接口。

可选地，所述以太网物理层收发器电路、所述以太网接口、所述电机驱动接口、所述电机编码接口、所述模数转换电路、所述DC-DC电路、所述USB 转JTAG电路、所述第一存储器、所述第二存储器、所述第三存储器、所述 FSMC接口中的至少一个，为独立于所述FPGA的芯片。

可选地，所述第一存储器为DDR存储器，所述第二存储器为SPI Flash存储器，所述第三存储器为EEPROM存储器。

可选地，所述DC-DC电路能够提供3.3V、2.5V、1.8、1.2V、1.0V、0.75V 中的至少一种电源；和/或，所述FPGA内嵌有数字信号处理模块、静态随机存储模块和锁相环模块中的至少一个。