以DSP和FPGA技術(shù)為基礎(chǔ)的伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳解

在大型光電跟蹤設(shè)備中由于跟蹤算法復(fù)雜，分系統(tǒng)眾多，要求伺服控制模塊不僅精度高、速度快、可靠性強(qiáng)，而且要有豐富的外圍總線接口?？紤]可靠性，選用PCI04PLUS總線及CAN總線作為系統(tǒng)外部總線。PC104PLUS總線以針孔堆疊方式組成。具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，可以在惡劣的環(huán)境下正常工作，應(yīng)用于工控機(jī)領(lǐng)域。其與PCI總線標(biāo)準(zhǔn)兼容，可用于中高速數(shù)據(jù)傳輸。CAN總線符合可嵌入式結(jié)構(gòu)的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想。最早應(yīng)用于汽車電子中，由于其良好的工業(yè)抗干擾能力，近幾年廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制和軍用裝備方面?？紤]精度和速度，主控制器選用TMS320F2812A芯片。其作為專用于電機(jī)控制方面的高端DSP 產(chǎn)品，具有高速度、高精度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于復(fù)雜伺服控制領(lǐng)域。以PC104PLIUS和CAN為總線接口，DSP為核心處理芯片，FPGA設(shè)計(jì)前端預(yù)處理電路及接口。此結(jié)構(gòu)的伺服控制系統(tǒng)具有處理速度快、精度高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，并有良好的擴(kuò)展性和兼容性。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

對于傳統(tǒng)工控機(jī)來說外設(shè)資源有限，必須擴(kuò)展各種接口電路，控制程序復(fù)雜可移植性差。TMS320F2812A作為伺服控制的專用芯片運(yùn)算能力強(qiáng)，外部資源有中斷控制、AD轉(zhuǎn)換、串口通訊等，非常適用于伺服控制。并且其集成了2個伺服運(yùn)動控制事件管理器，把AB碼數(shù)據(jù)回饋、計(jì)時器、PWM波形產(chǎn)生集成于一個事件管理內(nèi)，只需DSP的CUP簡單控制就可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)伺服控制。TMS320F2812A內(nèi)核時鐘為150MHz，采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，處理速度較快。并且其總線資源豐富，除了傳統(tǒng)的串口總線和HIP總線外，還有區(qū)域網(wǎng)CAN總線，可以方便的嵌人整個系統(tǒng)，有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。

為了適應(yīng)未來大型光電跟蹤設(shè)備伺服控制要求，整個系統(tǒng)應(yīng)該具有較高的處理速度和可靠的外圍總線接口。在伺服控制模塊上采?。篜C104PLUS總線（低速ISA總線和高速PCI總線） +FPGA預(yù)處理+DSP核心處理器，這樣的結(jié)構(gòu)可以滿足系統(tǒng)對處理速度和外圍接口的要求。此結(jié)構(gòu)首先基于PC104PLUS總線，符合PC104總線標(biāo)準(zhǔn)，通用性強(qiáng)可以集成于工控機(jī)箱中。主控芯片TMS320F2812A保證伺服控制的速度和精度，并通過FPGA作為數(shù)據(jù)的預(yù)處理模塊，同時為其他系統(tǒng)預(yù)留通訊接口，具有擴(kuò)展性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)組成如圖1所示。