以DSP和FPGA技术为基础的伺服控制系统设计详解.doc
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1、以DSP和FPGA技术为基础的伺服控制系统设计详解在大型光电跟踪设备中由于跟踪算法复杂,分系统众多,要求伺服控制模块不仅精度高、速度快、可靠性强,而且要有丰富的外围总线接口。考虑可靠性,选用PCI04PLUS总线及CAN总线作为系统外部总线。PC104PLUS总线以针孔堆叠方式组成。具有结构紧凑、抗震性能好等优点,可以在恶劣的环境下正常工作,应用于工控机领域。其与PCI总线标准兼容,可用于中高速数据传输。CAN总线符合可嵌入式结构的先进设计思想。最早应用于汽车电子中,由于其良好的工业抗干扰能力,近几年广泛应用在工业控制和军用装备方面。考虑精度和速度,主控制器选用TMS320F2812A芯片。其
2、作为专用于电机控制方面的高端DSP产品,具有高速度、高精度等优点,广泛应用于复杂伺服控制领域 。以PC104PLIUS和CAN为总线接口,DSP为核心处理芯片,FPGA设计前端预处理电路及接口。此结构的伺服控制系统具有处理速度快、精度高、可靠性强等特点,并有良好的扩展性和兼容性。1 系统构成对于传统工控机来说外设资源有限,必须扩展各种接口电路,控制程序复杂可移植性差。TMS320F2812A作为伺服控制的专用芯片运算能力强,外部资源有中断控制、AD转换、串口通讯等,非常适用于伺服控制。并且其集成了2个伺服运动控制事件管理器,把AB码数据回馈、计时器、PWM波形产生集成于一个事件管理内,只需DS
3、P的CUP简单控制就可以实现闭环伺服控制。TMS320F2812A内核时钟为150MHz,采用哈佛总线结构,处理速度较快。并且其总线资源丰富,除了传统的串口总线和HIP总线外,还有区域网CAN总线,可以方便的嵌人整个系统,有很强的扩展性。为了适应未来大型光电跟踪设备伺服控制要求,整个系统应该具有较高的处理速度和可靠的外围总线接口。在伺服控制模块上采取:PC104PLUS总线(低速ISA总线和高速PCI总线) +FPGA预处理+DSP核心处理器,这样的结构可以满足系统对处理速度和外围接口的要求。此结构首先基于PC104PLUS总线,符合PC104总线标准,通用性强可以集成于工控机箱中。主控芯片T
4、MS320F2812A保证伺服控制的速度和精度,并通过FPGA作为数据的预处理模块,同时为其他系统预留通讯接口,具有扩展性强、适应性强的特点。系统组成如图1所示。2 PC104PLUS总线PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。PC104PLUS是其增强版本,主要增加了可适应高速数据传送的PCI总线,并兼容原有总线。其主要特点为:小尺寸结构;堆栈式连接;模块化结构扩展性强;功耗低;适于制作高密度、小体积、便携式测试设备,在军用设备上有着广泛的应用。PC104作为系统总线,实际上是由ISA总线和PCI总线两部分组成的。对于低速ISA总线来说,可以在FPGA中运用逻辑运算编写总线时序
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