基于FPGA和NiosⅡ的运动控制器研究.pdf

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1、第l1期组合机床与自动化加工技术NO．112014年11月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueNov．2014文章编号：10Ol一2265(2014)11—0103—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．11．027基于FPGA和NiosII的运动控制器研究冰张大磊，汪木兰，朱昊，苏微。(1．常州大学机械工程学院，江苏常州213016；2．南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室，南京211167

2、；3．江苏大学，机械工程学院，江苏镇江212013)摘要：采用现场可编程门阵列(FPGA)+NiosⅡ的硬件设计方案，设计一款三轴运动控制器。在FP—GA内部嵌入NiosII软核CPU，并ft．0用这个CPU实现速度控制和粗插补算法，同时利用FPGA硬件逻辑实现串口控制、I／0处理及精插补算法，软硬件协同完成高速、高精度运动控制。测试结果表明：该运动控制卡具有电路紧凑、性价比高、实时性强等优点。关键词：FPGA；Nios11；运动控制器中图分类号：TH165；TG659文献标识码：ADevelop

3、mentofMotionControlSystemBasedonNiosⅡandFPGAZHANGDa．1ei，WANGMu．1an，ZHUHao，SUWei(1．SchoolofMechanicalEngineering，ChangzhouUniversity，ChangzhouJiangsu213016，China；2．JiangsuKeyLaboratoryofAdvancedNumericalControlTechnology，NanjingInstituteofTechnology，Na

4、njing211167，China；)Abstract：AkindofdesignschemebasedonFieldprogrammablegatearray(FPGA)+NiosHwaspro—posed，andakindofmotioncontrollerforcontrolling3-axisservomotorwasimplementedbyFPGA．TheNiosIIsoftcoreisadoptedinFPGA，thespeedcontrolandimpreciseinterpola

5、tionalgorithmwereachievedthoughthissoftCPU．UART，I／Oprocessingandaccurateinterpolationalgorithmwereexecutedthroughhardware．High-precision，high—speedmotioncontrolwascompletedbasedonhardware—softwaresynergy．Testingresultshowsthatthecontrollerhasadvantage

6、sofcircuitcompact，highratioofprice／performance，excellentreal·timeperformance．Keywords：FPGA；Nios11；motioncontroller一片FPGA芯片内实现，降低电路设计难度，增加可靠O引言性。但国内基于此方案的运动控制器大多采用FPGA现代数控系统正朝着高速高精、智能化、网络化、硬件逻辑实现速度控制和粗插补算法，NiosI1只实现高开放性、功能复合和高可靠性等方向发展，其中数控简单的控制逻辑，这样就没有

7、充分发挥NiosII软核在系统的开放性和高速高精度加工都是目前的研究热点编程方便和计算速度快等方面的优势。因此，本文用问题⋯。为了充分发挥现代刀具材料的性能，大幅提NiosII软核实现实时性要求不高但运算复杂的速度控降低加工成本，提高加工效率，运动控制器的研制成了制和粗插补算法，充分发挥NioslI软核处理器的性能，开放式数控系统研制的核心问题。国内较先进的运动使资源利用达到最大化。同时此种设计方案对MCU控制器多采用MCU十FPGA的结构，运算复杂的速度+FPGA有更好的继承性，可以直接使用以往

8、成熟的控制模块和粗插补法采用编程方便、运算速度快的算法模块，即减少了工作量又能够保证运动控制器性MCU实现，实时性要求较高的精插补算法、编码器反能。运动控制器其它模块仍然采用FPGA硬件逻辑实馈、I／0逻辑控制等模块由实时性较强的FPGA完成，现，并加入Avalon总线接口封装成通用IP模块，供此结构的优点是减轻了上位机的计算负担，并且随着NiosII软核调用。这样运动控制器充分发挥软硬协同MCU技术的发展，运动控制器的在计算精度和运算速处理的优势，实现的高速高精控制j。度方面有了