基于fpga的运动控制卡的设计与实现

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1、基于Flea的运动控制卡的设计与实现基于FPGA的运动控制卡的设计与实现陈小勤1，曹军军2(1．西南交通大学峨眉校区电气系，614202；2．深圳市艾默生网络能源有限公司，51s057)摘要：提出了一种基于FPGA和PCI总线的运动控制卡的设计方案。介绍了系统的硬件构成，并对通过使用FPGA实现单轴高速脉冲输出、直线插补、圆弧插补的运动方式进行了详细的说明；介绍了直线插和圆弧插补的实现的流程，给出了部分代码。通过实验证明本系统精度高，运行可靠。关键词：FPGA；PCI；运动控制卡；直线插补；圆弧插补ImplementationoftheMotionControlCardBasedonFP

2、GADesignCHENXiao．qinl．CA0Jun-jun2(1．SouthwestJiaoTonguniversityem。614202，China；2．Emerson，Shenzhen，518057，China)Abstract：BasedonH，GAandPCIbus，designormotioncontrollerwasproposed．Inthispaper，system'shardwarestructurewasintroduced，andtherewaBadetaileddescriptionabouthowtoachievesingle—axishigh-speed

3、pulseoutput，linearinterpolation，circularinterpolationbyFPGA．Theimple·mentationprocessoflinearinterpolationandcircularinterpolationweredescribed，andsomeofthecodeweregiven．Finallytheexperimentsprovedthatthissystemhadthecharacteristicsofhishprecisionandreliableoperation．KeyWords：FPGA；PCI；Motioncontr

4、oller；Linearinterpolation；CircularinterpolationO引言运动控制卡在基于Pc的数控系统中完成电机的位置和速度的实时控制，从而将主机从繁重的运动控制中解放出来。然而基于单片机的控制卡由于受到单片机自身的限制，其控制精度、控制轴数和位控周期等都受到限制，因此这类控制卡不适用于高精度、高速度的运动控制¨正J。使用现场大规模门阵列(FPGA)设计的运动控制卡，不受指令周期的影响，由于容量很大，速度和位置的可以实现很宽的范围提高了精度；无论在低速还是高速情况下．FleA都可以实现很高的脉冲精度控制，满足了位置精度的要求。因此本文采用Flea实现运动控制卡

5、。1系统硬件构成1．1系统硬件构成本文所述的运动控制卡是PCI接口卡．可以实现对4轴伺服电机的控制，任意两轴之间可以进行直线插补、圆弧插补以及连续插补。脉冲的输出形式采用脉冲与方向的方式。同时运动控制卡还需要接收编码器输出的反馈脉冲，实时检测电机的位置。整个运动控制卡硬件结构框图如图l所示。图1运动控制卡硬件结构框图整个运动控制卡硬件分为运动控制芯片部分、脉冲驱动部分、上位机接口部分。上位机通过PCI总线访问PCI9054，PCI9054对上位机的总线进行处理产生读写控制总线，Pc机通过PCI9054控制n)GA内部的寄存器，从而实现对运动控制芯片的配置、高速脉冲输入控制、高速脉冲输出控

6、制，当前电机位置的读取等。基金项目：西南交通大学峨眉校区项目：电机运动控制实验系统的开发。作者蕾介：陈小勤(1981一)。硕士，讲师，主要研究方向为电机与控嗣。一106—微特电机技术创新与发展论坛论文集盘@叼@·■r安选择EP3C5F256C8N芯片实现运动控制，此FPGA拥有5136个LE，414kbit的内部RAM。而且还含有23个硬件乘法器和2个锁相环。每个锁相环可以输出5个时钟。布线资源中包含10个全局时钟网络。器件选用的内核电压是1．2V，外部IO电压为3．3V。由于运动控制卡连接信号均为工业场合信号。可能带有强烈的电磁干扰。为了保护PCB板级芯片，所有输出和输入信号均采用光电

7、隔离的形式。其中运动控制器脉冲输出和编码器输入均为高速信号，因此光耦均采用IC方式输出的高速光藕。频率可达10Mbps。与上位机接口部分采用PCI接口的形式，采用通用PCI9054芯片实现。1．2n'GA内部组成FleA是整个运动控制卡的核心。被分为三大部分：接口部分、运动控制部分、高速脉冲计数。其结构框图如图2。谆图2Flea结构框图接口部分用来连接运动控制芯片和PC机；寄存器堆用来存储Pc机对于运动控制芯片的配置信息，同时还要存