基于cpld的步进伺服控制系统中插补运算的设计

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1、基于CPLD的步进伺服控制系统中插补运算的设计

2、第1内容显示中图1ByteBlasterMV编程下载电缆500)this.style.ouseg(this)">图2步进伺服控制系统的硬件结构图步进伺服控制系统的设计ByteblasterMV的制作本系统在开发过程中需要通过计算机对目标CPLD芯片进行算法程序和数据的在系统下载和调试，为此制作了JTAG方式的ByteBlasterMV编程下载电缆。该下载方式是通过计算机的打印机并行端口进行程序和数据的下载编程和调试。图1给出了JTAG方式编程下载电缆ByteBlas

3、terMV用于进行数据转换的原理图，其中J1为与系统电路板上CPLD器件编程下载接口相连的10针插座，J2为与计算机的打印机并行端口相连的25针插座，采用74ALS244器件对从计算机并行端口接受的编程数据进行转换，转换后的数据连接到CPLD芯片的编程下载接口，从而完成对CPLD芯片的编程和调试。硬件电路结构图2给出了步进伺服控制系统的硬件结构图。本系统由51系列单片机87C51、键盘输入模块、串口通信模块、液晶显示模块、插补运算模块和步进电机驱动构成。由4×　　基于CPLD的步进伺服控制系统中插补运算的设计

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5、1内容显示中图1ByteBlasterMV编程下载电缆500)this.style.ouseg(this)">图2步进伺服控制系统的硬件结构图步进伺服控制系统的设计ByteblasterMV的制作本系统在开发过程中需要通过计算机对目标CPLD芯片进行算法程序和数据的在系统下载和调试，为此制作了JTAG方式的ByteBlasterMV编程下载电缆。该下载方式是通过计算机的打印机并行端口进行程序和数据的下载编程和调试。图1给出了JTAG方式编程下载电缆ByteBlasterMV用于进行数据转换的原理图，其中J1为与系

6、统电路板上CPLD器件编程下载接口相连的10针插座，J2为与计算机的打印机并行端口相连的25针插座，采用74ALS244器件对从计算机并行端口接受的编程数据进行转换，转换后的数据连接到CPLD芯片的编程下载接口，从而完成对CPLD芯片的编程和调试。硬件电路结构图2给出了步进伺服控制系统的硬件结构图。本系统由51系列单片机87C51、键盘输入模块、串口通信模块、液晶显示模块、插补运算模块和步进电机驱动构成。由4×4键盘阵列构成系统的输入模块。对键盘阵列中各个按键设定必要的功能定义，通过不断地扫描单片机的键盘接口就可

7、以完成对运算所需原始数据的输入以及对系统的运行进行控制。采用87C51单片机自带的异步通信串口外接高速三态差分总线收发器DS75176构成RS-485半双工串口通信接口模块，实现系统和外部设备之间的串行通信功能。显示模块部分由内含两片SED1520控制器的图形液晶显示模块MGLS10032A-LED03构成，该液晶显示模块采用LED边背光方式，实现对插补运算过程中运动轨迹和刀具位置等信息的实时显示。87C51单片机作为主要的控制单元接收操作命令，发出对外围接口模块的控制信号，读写数据并与外部设备进行通信。系统中为

8、该单片机进行了外围RAM的扩展，通过74LS373地址/数据锁存器对地址线中的低8位进行锁存，并采用62256作为外部扩展RAM存储运算中产生的中间变量和数据。插补运算采用Altera公司的MAX7000S系列CPLD芯片EPM7128SVLC84来完成。这主要是由于所设计出来的产品需要以独立板卡的形式插到工控机的扩展插槽中，这就要求设计出的电路板体积小，如果采用FPGA来实现，则必须外加专门的EEPROM配置芯片，从而增加了电路板的尺寸，因此基于尺寸方面的因素，我们选择了CPLD芯片来实现。同时考虑到本设计所需

9、逻辑资源数不是很大，Altera公司的EPM7128SVLC84芯片含有84个逻辑宏单元，恰好满足设计需求。本设计用VHDL语言编写插补运算算法，在MAX+pulsII10.2开发环境中进行逻辑综合、功能仿真和时序仿真，得到正确的仿真结果，然后将编程目标文件(扩展名为.pof)的数据通过编程下载电缆接口下载到芯片中进行固化，芯片接受单片机和外部RAM送来的控制指令和数据执行插补运算，插补的结果是产生控制步进电机运转的脉冲序列，并将脉冲序列送到步进电机驱动器的接口处。步进电机驱动器采用了北京凯恩帝公司的BD-3H三

10、相混合式步进电机驱动器。设计中的关键问题在设计通信模块时，为了实现RS-485总线与单片机系统的隔离，在87C51单片机的异步通信串口与DS75176之间增加光电耦合器进行隔离，同时在进行电路设计时，必须根据光电耦合器的输入端和输出端与电路其他模块间的信号连接关系保证其电源与地的网络标号不同。同时，在PCB布线时必须保证不能使同一根信号连接线贯通光电耦合器的输入端和输出端