基于DSP与FPGA的四轴运动控制器设计与研究

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随着大规模集成电路技术、微电子技术、计算机网络和电力电子技术的发展,运动控制系统已经从以单片机、微处理器为核心和以专用集成芯片(ASIC)为核心的运动控制系统,发展到了以PC机为平台以DSP和FPGA为核心的开放式运动控制系统。这种开放式运动控制器将PC机和DSP的强大的高速数据处理能力和FPGA的外围扩展功能很好的结合在一起,不但具有很强的数据处理能力、而且还具有模块化、开放性和通用性等特点,是未来运动控制技术发展的必然趋势。因此,通过对运动控制系统的深入研究,本文设计开发了一款基于以太网,以DSP为核心主器件,以FPGA为协处理器件的四轴运动控制器。在运动控制器硬件电路设计中,对运动控制器中DSP和FPGA的外围电路、以太网接口电路、脉冲量和模拟量输出电路、开关量和通用I/O输入输出电路以及编码反馈电路进行了详细的设计,并给出了完整的硬件电路解决方案。同时制做了运动控制器实验样板,并对全部硬件电路进行了调试。在对运动控制器软件设计中,设计了PC机界面程序及底层驱动、DSP与PC机的以太网通信程序、控制算法程序以及FPGA程序。其中FPGA程序包括脉冲输出,模拟量输出,编码反馈等程序。最后对所有程序进行了调试仿真,并将DSP程序和FPGA程序下载到芯片内部进行了调试和运行。实验结果表明,该运动控制器具有集成度高,通用性好等特点,可以方便的实现四轴联动功能,能够很好的满足运动控制系统的实时性和精确性。验证了硬件电路设计和软件设计的可行性和稳定性。
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