基于DSP与FPGA的跟踪伺服运动控制
来源： 作者： 发布时间：2016-02-26 11:23:53 浏览量：
2.2 FPGA模块
FPGA选型时综合考虑片上逻辑单元、用户I/O口数量以及功能扩展的需要，根据前期仿真结果选用Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2差模电感C8Q208C8，它具有8 256个逻辑单元，138个用户I/O，36个M4KRAM和2个锁相环，内核电压只有1.2 V，具有低成本、低功耗的特点[8,9]。由于FPGA具有高速并行处理能力，所以保证了系统的同步性[10自制电感]。它的I/O口支持3.3 V LVTTL电平，与DSP管脚电平兼容，因此不用进行电平转换，可直接连接，使用方便。
FPGA模块主要完成伺服控制器的逻辑接口功能，并可以扩展通用I/O口数量，方便功能扩展。在此主要实现4个模块：串行通信接口模块、SPI模块、D/A接口模块和中断控制模块。其中SPI模块配置成从机工作模式，与DSP的Mcbsp配合完成DS绕行电感器P与FPGA的数据交换。各模块独立并行工作，并由顶层控制模块统一协调控电感器生产制，具有速度快、可移植性好的特点。
2.3 D/A转换器模块
根据转换通道数、精度和转换速度，D/A转换芯片选择BURR-BROWN公司的DAC7614。它是12位串行数模转换器，4路模拟输出，功耗只有20 mW，单次转换建立时间10 μs[10]。
使用单极性输出时，采用＋5 V供电；双极性输出时，采用±5 V供电。在此需要用到双极性输出，基准电压源选用LM336-2.5,负电压基准采用反相放大方式产生。为避免外电路对板内数字电路的干扰，需要对数字部分进行光电隔离。具体电路如图3所示。
2.4 其他模块
其他模块主要包括电源模块和通信接口模块。由于该控制器采用单＋5 V供电，因此在内部需要进行电压转换，主要包括3.3 V、1.9 V和1.2 V以及-5 V和±12 V。其中3.3 V、1.9 V和1.2 V采用的是一般的LDO电压转换芯片，而-5 V和±12 V则采用开关电源MC34063。由于DSP要求3.3 V上电在1.9 V之前，在这里选用通过3.3 V转1.9 V的方法，既保证了上电顺序，又能提高电源的转换效率。
通信接口模块包括1路CAN总线，1路RS232和2路RS422。设计时主要保证与系统的其他部分匹配，一般都采用通常的工业标准。
3 软件流程
为了提高控制的精度和响应速度，在硬件电路基础上增加位置环和速度环。其中位置和位置电感生产增量数据通过RS422从外部编码器传入，速度值数据通过由QEP电路产生。此外丰富的模拟信号输入通道还可以增加电流环和其他反馈量，进一步提高系统的响应速度和稳定性。基本软件流程图如图4所示。
系统上电后自动初始化各端口和相关变量，并等待接收上位机开始指令，接收到开始指令后进入准备状态。因为整个跟踪系统需要同步工作才能产生有效的数据，所以需要等待外部同步脉冲信号，在这里以外部中断的形式接收。然后逐步完成控制算法。当收到结束指令时完成所有工作。
本文给出了一种基于DSP和FPGA的光电跟踪系统伺服控制器的硬件结构和软件流程。实验证明，这种结构紧凑灵活，控制算法完全由控制器完成，使用CAN总线方式传输上位机指令，安全可靠，使计算机完全从工作现场解脱出来。
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