1 運動控制器硬件結(jié)構(gòu)
　　本運動控制器的硬件結(jié)構(gòu)主要分為如下幾個模塊：DSP+CPLD 主控模塊，包括 DSP 核心 模塊和 CPLD 驅(qū)動與擴展模塊;通信接口模塊，包括 PCI 總線、USB 總線和串口;I/O 輸入輸 出接口模塊以及外圍存儲器模塊，包括 SRAM 和 FLASH。本運動控制器的硬件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。
　　
　　圖 1 運動控制器硬件結(jié)構(gòu)圖
　　1.1 DSP+CPLD 主控模塊
　　本系統(tǒng)采用了 TI 公司的 TMS320F2812 DSP 為控制核心，這是工業(yè)界首批 32 位的控制 專用、內(nèi)含 FLASH 以及高達 150MHz 主頻的數(shù)字信號處理器，專門為工業(yè)自動化、光學網(wǎng)絡及自動化控制等應用而設計的。TMS320F2812 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間;具有很強的運算能力，能夠?qū)崟r地處理許多復雜的控制算法;片上內(nèi)存豐富，可支持45 個外設級中斷和 3 個外部中斷，提取中斷向量和保存現(xiàn)場只需 9 個時鐘周期，響應迅速; 片上集成了多種先進的外設，包括兩個事件管理器（EV）、12 位 A/D、兩個串行通信接口（SCI）、一個串行外圍接口（SPI）以及一個多通道緩沖串行接口（McBSP）等;其通用輸 入/輸出多路復用器（GPIO）擁有多達 56 個 I/O 口，在系統(tǒng)的軟件開發(fā)中正是利用了這些豐富的內(nèi)外設資源，才實現(xiàn)了系統(tǒng)要求的各種功能。
　　本系統(tǒng)中選用的 CPLD 是 Altera 公司 MAX3000A 系列的 EPM3128，這是一款高性能、 低功耗的基于 EEPROM 的 PLD。由于本系統(tǒng)的控制對象是步進電機，所以設計中主要利用TMS320F2812 的 GPIO 口進行電機控制接口與 I/O 接口的輸入輸出，但是由于 TMS320F2812是低功耗處理器，其 GPIO 引腳的輸出驅(qū)動能力有限，而且由于 DSP 是主控核心，負載比 較多，所以將所有輸出信號都經(jīng)過 CPLD 驅(qū)動后輸出，提高信號的驅(qū)動能力。此外，CPLD還用于系統(tǒng)電路的譯碼，增加系統(tǒng)設計的靈活性和可擴展性。
　　1.2 通信接口模塊
　　本系統(tǒng)在用作插卡式運動控制時利用 PCI 總線實現(xiàn) DSP 與 PC 的通信。PCI（PeripheralComponent Interconnect 外圍部件互聯(lián)）總線是 Intel 公司聯(lián)合其他 100 多家公司于 1992 年推 出的基于新一代處理器的一種局部總線，是一種高性能 32/64 位數(shù)據(jù)/地址復用總線，能為 CPU 及外設提供高性能數(shù)據(jù)。PCI 總線具有嚴格的規(guī)范，目前已經(jīng)發(fā)布了 PCI V1.0 和 V2.1規(guī)范，保證了其良好的兼容性;PCI 總線與 CPU 無關，與時鐘頻率也無關，可適用于各種平臺，支持多處理器和并發(fā)工作;PCI 總線可以提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，還具有良好的擴 展性。因此，PCI 總線在基于計算機總線的運動控制系統(tǒng)，即“PC+運動控制器”的結(jié)構(gòu)中應用十分廣泛。
　　本系統(tǒng)選用 CYPRESS 公司的 CY7C68001 芯片實現(xiàn) PC 機和 DSP 之間的 USB 通信。CY7C68001 是通用 USB2.0 接口控制器，它是基于應用層編程的接口器件，相對于其它基于 鏈路層編程的接口器件，使用和開發(fā)都很方便。本系統(tǒng)采用 DSP 片上的 SCI 串行通信模塊以及 MAX232 芯片轉(zhuǎn)換成標準 RS-232 的通 信信號，實現(xiàn)正常的串口通信。
　　1.3 I/O 輸入輸出接口模塊
　　本系統(tǒng)的輸入/輸出是通過 CPLD 的邏輯控制來實現(xiàn)的，以提高系統(tǒng)的工作可靠性和設 計柔性。考慮到運動控制器的可擴展性以及 DSP 的 GPIO 引腳的數(shù)量，共設計了 16 路數(shù)字量輸出通道和 16 路數(shù)字量輸入通道。數(shù)字量輸出通道主要用于各軸方向、脈沖信號的輸出以及一些外部設備的啟停控制，如主軸及冷卻液的開關控制等;數(shù)字量輸入通道可根據(jù)用戶 具體要求來定義其用途，如作為傳感器接口，用于零點、限位信號的輸入等。為提高系統(tǒng)應用的靈活性，系統(tǒng)輸出采用了普通輸出和差分輸出兩種方式，具體使用可由用戶自行設定。