基于FPGA的运动控制系统串口扩展设计.pdf

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1、·信息技术·赵兵，等·基于FPGA的运动控制系统串口扩展设计基于FPGA的运动控制系统串口扩展设计赵兵，黄晓华(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：采用基于FPGA的Verilog硬件描述语言编程，提出了一种在运动控制系统中的串口扩展方案。分析了系统的结构与组成，通过对串1St扩展的微控制模块、时钟发生模块、发送和接收模块的设计，完成了在FPGA中扩展串口的功能，应用于运动控制系统中，实现了对伺服驱动器的实时控制，简化了系统结构并且提升了系统性能。关键词：FPGA；多串口扩展；运动控制中图分类号：TH12；TP2

2、73文献标志码：B文章编号：1671．5276(2013)05．0127．03Multi．SerialsExtensionofMotionControlSystemBasedonFPGAZHA0Bing．HUANGXiao．hua(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：BasedonFPGAVeriloghardwaredescriptionlanguageprogramm

3、ing，thispaperpaysaplanforthedesignofthemulti—serialsextensionofthemotioncontrolsystemandanalyzesthestructureandcompositionofthissystem．Thefunctionofmulti-serialsextensionisrealizedbasedonthedesignofmini-controlmodule，clockgenerationmoduleandsendingandreceivingmodule．T

4、hisdesignisappliedtothemotioncontrolsystemtoachievetheservodrivereal—timecontrol，simplifythesystemstructureandenhancethesystemperformance．Keywords：FPGA；multi-Serialsextension；motioncontrol产的DSP2812作为主控制器，DSP2812拥有两个串行通0引言信口SCIA和SCIB，但是，在该全向定位控制系统中，不仅需要控制三个伺服电动机的运动，而且还

5、需要与其他传感串口通讯因为其协议简单，操作方便，如今已在工业器和一些监测设备(例如监测状态的电脑终端等)进行通控制系统、仪器测量系统等各个领域被越来越广泛地应讯，因此，为了实现这些扩展的功能，利用FPGA设计了中用⋯。而现代计算机、各种处理芯片等其他控制终端仅间扩展模块。全向机器人运动控制系统结构如图1所示。仅配备了少量的通用串口，在很多需要多串口的系统中并通不能满足需求。为了解决在所研究的全向移动机器人运讯DSP2812接MMU'暖性动控制系统中出现的串口个数不能满足的问题，现使用导航模块FPGA(field-programma

6、blegatearray)芯片进行逻辑编程，并行通信口l控制选择端口实现了扩展多个串口进行通信的功能。并行通信13l控制选择端131运动控制系统结构伺服驱动器1在全向移动机器人的运动控制中，使用伺服电动机控FPGAl串口扩展端伺服驱动器2制底盘驱动机器人可以进行精密的运动控制，本文使用MAXON电动机搭载以色列公司生产的Elmo伺服控制器伺服驱动器3进行伺服控制。Elmo伺服驱动器提供了串口与控制芯片通信进行命令地接收和反馈。在运动控制系统中，微处理其他传感器输入接口器采集各种传感器的信息进行分析综合，判定机器人当前所处的状态，根

7、据目前自身所处的状态(包括姿态，方向激接触角，位置点，加速度，速度等其他方面)，对安装于机器人光近碰测开开底盘的三个电动机发出不同的运动命令，使各个电动机带距关关动机器人的三个全向轮协同工作，达到所需要的运动轨模模模块块块迹，速度，姿态等。本文的运动控制系统采用了美国公司德州仪器所生图1控制系统结构图作者简介：赵兵(1988-)，男，江苏淮安人，硕士研究生，研究方向为机电工程。MachineBuildingAutomation，Jun2013，42(5)：127-129·127··信息技术·赵兵，等·基于FPGA的运动控制系统串口

8、扩展设计⋯⋯⋯一VCC：elk-9600~16ErrorIrr⋯：ⅦC⋯．：CSE203rstDataRdy．_LJrdtxdEn[2O3datainO3、INP【rrr·rRD-state[2．0]dataRegTdxataE7E70303⋯()