２０１１年２月吴红军，等：基于ＤＳＰ和ＦＰＧＡ的运动控制器的设计与实现?７７?
周期计数器之后连接一个Ｄ触发器（ｄｆｆｔ），实现脉冲周期计数器的溢出标志从０到ｌ跳变一次。脉冲输出电平相应变化一次。脉冲周期计数器每次置计数值时前复位计数器。插补周期计算器与脉冲周期计算器原理相同。只是置人的值为捕补周期对应的值。当计算器从计算值减至０时，该寄存器会输出一个从低到高的电平锁住脉冲周期计数器，使其停止计数。同样，插补周期计算器也在置计数值时复位。
②Ｆｐｇａ内编码器电路的实现
为了对伺服电机进行闭环控制。必须把伺服电机的运动信息反馈给ＤＳＰ。因此ＦＰＧＡ分别添加了主轴电机和各轴伺服电机编码计数模块。在本系统中，使用的伺服电机采用增量式光电编码器。光电编码器检测输出的Ａ、Ｂ两相脉冲，其在一个周期都有４种状态。即００、０ｌ、１０、ｌｌ，这样在每次状态变化时都对电动机的反馈脉冲进行计数。在一个周期内就有４次计数，从而实现了电动机计数的四倍频；在电动机正转时。Ａ、Ｂ两相脉冲变化有以下４种：００＿＋ｌＯ、１０＿ｌｌ、ｌｌ一０１、Ｏｌ一００；电动机反转时，Ａ、Ｂ两相脉冲也有４种变化：ｏｏ一０ｌ、０ｌ—ｌｌ、ｌｌ—１０、１０—００。根据Ａ、Ｂ两相脉冲状态变化的关系就可以得到电动机的转向。当电动机不动时。Ａ、Ｂ两相脉冲没有变化。这种情况下。不需要对光电编码器的反馈脉冲进行四倍频，方向也保持不变¨ｊ。编码器辨向模块仿真结果如图４所示。
圈４绸码器辨向模块Ｍｏｄｅｌｓｉｍ仿翼波形
由于电机转速的不确定性导致编码器的脉冲宽度的不可预知性，所以要实现占空比为ｌ：ｌ的计数脉冲是很困难的，因此最好是在Ａ相和Ｂ相的每个跳变沿产生一个上升沿信号，保证计数器能够计数，即在每个跳变沿，计数脉冲输出高电平，保持一定的时间然后变为低电平，在下一个跳变沿再变为高电平。这样，既解决了脉冲宽度的一致性问题。同时完成了四倍频。
３软件设计
运动控制器的软件设计任务就是对运动控制器上的ＤＳＰ芯片进行编程。软件设计的优劣直接关系到运动控制器运行时的速度、精度以及稳定性。
经过上位机翻译Ｇ代码得到的功能号代码，通过与ＤＳＰ连接的ＲＳ４２２总线发送到ＤＳＰ，存储在ＦＰ．ＧＡ（Ａ３Ｐ４００）的ＵＡＲＴ接收ＦＩＦＯ中。ＤＳＰ接收上位机的数据以后，运行粗捅补和细插补程序，得到每个０．５ｍｓ中的脉冲数，并由此计算出每个脉冲的时钟周期（ＦＰＧＡ晶振周期）个数，放入脉冲缓冲区。当发生插补中断时，ＤＳＰ把脉冲数和插补周期数发给ＦＰ．ＧＡ。同时ＤＳＰ根据发给ＦＰＧＡ的脉冲数，计算出当前加工刀具的坐标位置，反馈给上位机，以便其实时显示当前坐标位置。ＦＰＧＡ从ＤＳＰ接受到脉冲数等数据以后，产生脉冲，驱动伺服驱动器。另外，ＦＰＧＡ（Ａ３Ｐ０６０）同时反馈回主轴编码器信息，发生给上位机．以便对主轴电机的转速进行显示和设定。
ＤＳＰ中软件程序采用模块化结构设计，主要分主循环程序和各种中断程序。本设计通过设置ＤＳＰ／ＢＩＯＳ设置主循环时间为０．２ｍｓ，插补中断周期为０．５ｍｓ¨Ｊ。程序开始运行时。首先进入ＭＡＩＮ函数，完成ＤＳＰ的相关初始化，然后进入主循环程序。主循环程序大致分为插补预处理、通信处理等模块。其功能主要是完成插补预处理，位置数据反馈以及通信程序的处理等。插补中断设置为外部中断触发，通过ＦＰＧＡ内部的插补周期计数器每计数完一定周期产生的溢出信号从低到高的跳变来触发外部中断。ＤＳＰ主循环插补部分和插补中断服务程序流程图如图５和图６所示。
圈５ＤＳＰ主循环插补部分流程圈
发送脉冲散、擂
补周期数给ＦＰｃ＾
清中断
圈６ＤＳＰ插补中断处理子程序
（下转第８２页）
基于DSP和FPGA的运动控制器的设计与实现
作者：吴红军， 皮佑国， WU Hong-jun， PI You-guo
作者单位：华南理工大学,自动化学院,广州,510641
刊名：
组合机床与自动化加工技术
英文刊名：MODULAR MACHINE TOOL & AUTOMATIC MANUFACTURING TECHNIQUE
年，卷(期)：2011(2)
被引用次数：1次
参考文献(6条)
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1.何林.孟宪翠.董砚.高洁.HE Lin.MENG Xian-cui.DONG Yan.GAO Jie基于DSP和CPLD的运动控制器简化设计与应用[期刊论文]-自动化与仪表2011,26(1)
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引证文献(1条)
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/337451000.html,/Periodical_zhjc201102021.aspx