基于DSP/FPGA的以太網(wǎng)控制器的設(shè)計(jì)方案

運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是制造自動(dòng)化的關(guān)鍵基礎(chǔ)，其水平高低是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，研究和開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器是當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著集成電路技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，運(yùn)動(dòng)控制器已從以單片機(jī)和微處理器作為核心的運(yùn)動(dòng)控制器和以專用芯片（ASIC）作為核心處理器的運(yùn)動(dòng)控制器，發(fā)展到了基于PC機(jī)平臺(tái)的以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）作為核心處理器的協(xié)處理架構(gòu)的開放式運(yùn)動(dòng)控制器。該控制器將PC機(jī)和DSP的信息處理能力與FPGA的外圍擴(kuò)展功能很好的結(jié)合在一起，具有信息處理能力強(qiáng)、模塊化、開放程度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制精確等優(yōu)點(diǎn)。
　　1系統(tǒng)概述
　　該四軸運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)以TI公司C2000系列DSP芯片TMS320F2812和alterA公司CycloneⅡ系列FPGA芯片EP2C8F256C6為核心，DSP通過網(wǎng)口接收上位機(jī)的控制參數(shù)，完成系統(tǒng)位置、速度控制及運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃;FPGA完成運(yùn)動(dòng)控制器的精確插補(bǔ)功能和外圍電路的擴(kuò)展，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
　　
　　運(yùn)動(dòng)控制器的主要功能包括：4路模擬電壓輸出，電壓范圍為-10～+10V，分辨率為16b;4路脈沖量信號(hào)輸出;4路脈沖方向信號(hào)輸出;4路驅(qū)動(dòng)復(fù)位信號(hào)輸出;4路驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)輸出;4路差分編碼信號(hào)輸入;4路驅(qū)動(dòng)報(bào)警信號(hào)輸入;8路正負(fù)限位信號(hào)輸入;4路原點(diǎn)信號(hào)輸入;16路通用數(shù)字量。I/O。
　　2DSP模塊設(shè)計(jì)
　　DSP根據(jù)從上位機(jī)接收的運(yùn)動(dòng)模式和運(yùn)動(dòng)參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算規(guī)劃位置和規(guī)劃速度，生成所需的速度曲線，實(shí)時(shí)的輸出規(guī)劃位置。TMS320F2812是TI推出的一款專門用于電機(jī)控制的32位定點(diǎn)DSP芯片，采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，主頻高達(dá)150MHz（指令周期6.67ns），低功耗，核心電壓為1.8V，I/O電壓3.3V，支持JTAG邊界掃描，128K×16b的片內(nèi)FLASH。有兩個(gè)事件管理器（EVA和EVB），它們都是特定的外圍設(shè)備，為多軸運(yùn)動(dòng)控制器而設(shè)計(jì)的?？赏ㄟ^外部存儲(chǔ)器接口XINTF擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。DSP外圍模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。
　　
　　為增強(qiáng)抗干擾性，DSP通過以太網(wǎng)控制器RTL8019AS與上位機(jī)連接，RTL8019AS內(nèi)部含有一個(gè)16KB的SDRAM，DSP通過外部存儲(chǔ)器接口對(duì)其進(jìn)行讀寫來接收上位機(jī)的命令或向上位機(jī)傳送反饋信號(hào)。在數(shù)據(jù)處理過程中要占用大量的存儲(chǔ)空間，DSP內(nèi)部?jī)H含有18K×16b的SARAM和128K×16b的FLASH，存儲(chǔ)空間顯得過小，所以通過外部接口擴(kuò)展了256K×16bRAM和512K×16bFLASH，RAM和FLASH芯片分別選擇IS61LV25616AL、SST39VF800，它們都具有接口簡(jiǎn)單、讀寫速度快等優(yōu)點(diǎn)。SCI模塊用于擴(kuò)展RS232串行通信接口，串口芯片使用MAX3232。
　　運(yùn)動(dòng)控制器所需電壓為5V，3.3V，1.8V，1.2V。輸入電壓5V，分別采用穩(wěn)壓芯片LM1085IS3.3，LM1117-1.8將其轉(zhuǎn)換成3.3V和1.8V，由于TMS320F2812的I/O電壓3.3V要先于內(nèi)核電源上電，所以1.8V要由3.3V降壓得到，以確保上電次序。1.2V是FPGA內(nèi)核所需電壓，由穩(wěn)壓芯片LM317S穩(wěn)壓得到，LM317S的輸出電壓范圍為1.2～25V，復(fù)位電路采用SP708低功耗微處理器監(jiān)控器件，此器件有眾多的組件，有效的增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性及工作效率。