有限状态机实现CNC系统串行DA接口.pdf

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1、2015正仪表技术与传感器2015第12期InstrumentTechniqueandSensorNo．12有限状态机实现CNC系统串行D／A接口董海涛，李欣，黄丽宇，梁京章(1．广西大学广西制造系统与先进制造技术重点实验室，广西南宁530004；2．广西大学信息网络中心，广西南宁530004)摘要：基于SPI通信协议，采用有限状态机和功能模块化的方法，实现串行DAC7734接口功能，给出了仿真时序图。仿真及D／A输出精度和稳定性，验证了有限状态机设计的正确性。该方法不仅易于实现SPI协议，其原理还适用于实现i2C、CAN等其他协议，具有很

2、好的移植性和通用性。关键词：数控系统；DAC7734；FPGA；有限状态机中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1002-1841(2015)12-0123-03RealizationOfSerialD／AInterfaceofCNCSystemBasedonFSMDONGHai—tao，LIXin，HUANGLi—yu，LIANGJing—zhang(1．GuangxiKeyLaboratoryofManufacturingSystem＆AdvancedManufacturingTechnology，GuangxiUniversi

3、ty，Nanning530004，China；2．InformationNetworkCenter，GuangxiUniversity，Nanning543004，China)Abstract：AccordingtoSPIcommunicationprotocol，usingthemethodoffinitestatemachine(FSM)andfunctionmodulariza—tion，theserialDAC7734interfacefunctionwasrealized，andthesimulationTimingdiagram

4、wasgiven．ThecorrectnessoffinitestatemachinedesignwasverifiedbysimulationandaccuracyandstabilityofD／Aoutput．Thismethod，withthegoodportabilityandver—satility，wasnotonlyeasytoimplementSPIprotocol，itcanalsoapplytootherprotocols，suchas12C，CAN，andSOon．Keywords：CNC；DAC7734；FPGA；f

5、initestatemachine0引言等接口扩展需要，系统采用DSP+FPGA的控制方案，其中DSP在传统的CNC系统(非现场总线和工业互联网控制方式)采用TI公司6000系列的浮点处理器DSP6713，FPGA芯片则选中，数模转换芯片D／A是CNC系统实现闭环运动控制必不可用CycloneII系列的FPGA。在DSP+FPGA的多轴控制系统少的功能部件之一，实际使用中D／A芯片一般有并行和串行二中，DSP主要用于处理运动控制算法，FPGA则用于外围接口的种类型。并行D／A一般转换速度较快，但是占用的硬件资源较扩展，多轴控制系统结构框图如

6、图1所示。多；串行D／A则通过多种串行通信协议进行数据传输并完成数DSP6000圆⋯圈++模转换，占用硬件资源较少，且一般情况下转换速度也能满足崮i应用的需要，目前串行D／A在CNC系统中应用较广泛，文中也采用串行D／A的形式。tn^雷士hl⋯⋯⋯⋯ln，A接口目前串行D／A接口功能实现方面，要么是基于特定硬件平。——t台的硬线连接软件实现，要么是基于FPGA的VerilogHDL匦勰H时序控制逻辑代码实现。以上2种实现方式，方法上均不具有通用性。文一中在嵌入式CNC系统平台上，采用VerilogHDL语言设计，主、从状态机，在FPGA中实

7、现了串行D／A接口功能。采用有I清零信号}_—]l!!⋯L兰!fTTTt限状态机的方法实现串行D／A接口功能，该方法不但易于实现IISPI通信协议，其原理也适用于实现12C、CAN等其他协议，具有很好的移植性和通用性。图1DSP+FPGA多轴控制系统结构框图1多轴控制系统设计方案每个PID控制周期，系统中DSP根据插补输出和各个轴编根据CNC控制器设计，需要实现4个运动轴的闭环控制，码器的反馈做PID运算，将得到的各轴数据通过EMIF接口依则应有4个轴的D／A输出，设计中采用16位高性能串行4通次送入FPGA中各轴D／A输出数据缓冲区，数据

8、存放完成后道D／A芯片DAC7734实现。考虑到需要做插补运算及编码器DSP将D／A转换输出信号conve~置1；FPGA中D／A接口模块得到convea信号为真后，将各个轴的数