專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于浮點(diǎn)dsp的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于浮點(diǎn)DSP的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置，主要用于慣性器件測(cè)試使用 的轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)角運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)角位置、角速率、角振動(dòng)等各種運(yùn)動(dòng)形式的控制。
背景技術(shù)：
伺服電機(jī)的輸入輸出包括對(duì)電機(jī)的位置反饋信息的獲取和控制量的輸出。目前電 機(jī)的反饋類(lèi)型主要集中為正交脈沖量反饋的編碼器方式，而對(duì)電機(jī)的伺服控制中一般采用 針對(duì)電機(jī)控制專(zhuān)用的定點(diǎn)DSP芯片作為控制器的CPU，這類(lèi)DSP的外設(shè)相當(dāng)豐富，包括了數(shù) 字編碼器的接口和PWM接口，也有一些A/D、D/A接口，對(duì)于一般的場(chǎng)合的電機(jī)控制應(yīng)用較 為方便。但是對(duì)于高精度和要求進(jìn)行負(fù)載運(yùn)算的電機(jī)控制系統(tǒng)，若使用基于定點(diǎn)DSP作為 CPU單元，在進(jìn)行浮點(diǎn)規(guī)律的運(yùn)算時(shí)很不方便，且容易造成運(yùn)算數(shù)據(jù)的定長(zhǎng)截止，從而產(chǎn)生 誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于浮點(diǎn)DSP的 伺服電機(jī)控制裝置，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的高精度運(yùn)動(dòng)控制。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于浮點(diǎn)DSP的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置，包括DSP單元 電路、DSP電源電路、程序存儲(chǔ)器電路、雙口 RAM電路、PC104總線接口電路、板選控制電路、 正交計(jì)數(shù)器電路、I/O 口擴(kuò)展電路、伺服接口電路和串口控制電路；DSP電源電路為DSP單元電路提供3. 3V和1. 8V兩路電源，為PC104總線接口電路 提供5V電源；DSP單元電路，通過(guò)地址總線和數(shù)據(jù)總線與程序存儲(chǔ)器電路、雙口 RAM電路、正交 計(jì)數(shù)器電路、I/O 口擴(kuò)展電路、串口控制電路相連接，DSP單元電路讀取雙口 RAM電路中的 運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制指令將運(yùn)動(dòng)控制指令的執(zhí)行結(jié)果通過(guò)PC104總線接口電路 或串口控制電路發(fā)送回上位機(jī)，DSP單元電路接收正交計(jì)數(shù)器電路生成的步進(jìn)脈沖控制量， DSP單元電路根據(jù)步進(jìn)脈沖控制量產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)，脈沖控制信號(hào)由DSP單元電路的計(jì) 數(shù)器端口發(fā)送至伺服接口電路；程序存儲(chǔ)器電路，用于存儲(chǔ)DSP單元電路的控制程序，工作時(shí)DSP單元電路按照固 定的時(shí)序從程序存儲(chǔ)器電路中讀取控制程序指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作；雙口 RAM電路，與PC104總線相連用于接收上位機(jī)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)控制指令，DSP單元 電路讀取寫(xiě)入雙口 RAM電路的運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制指令執(zhí)行相應(yīng)的操作，DSP單 元電路將運(yùn)動(dòng)控制指令的執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)入雙口 RAM電路，上位機(jī)通過(guò)PC104總線接口電路將 運(yùn)動(dòng)控制指令的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行讀取，雙口 RAM電路的讀寫(xiě)使能由板選控制電路進(jìn)行控制；PC104總線接口電路，分別與雙口 RAM電路和上位機(jī)相連，用于將上位機(jī)發(fā)出的運(yùn) 動(dòng)控制指令寫(xiě)入雙口 RAM電路，并由上位機(jī)通過(guò)PC104總線接口電路讀取雙口 RAM中存儲(chǔ) 的運(yùn)動(dòng)控制指令執(zhí)行結(jié)果；
板選控制電路，通過(guò)產(chǎn)生不同的地址編碼控制雙口 RAM電路的讀寫(xiě)使能使；正交計(jì)數(shù)器電路，用于對(duì)編碼器反饋的兩路正交信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)產(chǎn)生對(duì)伺服電機(jī)的 步進(jìn)脈沖控制量，通過(guò)數(shù)據(jù)總線將步進(jìn)脈沖控制量送至DSP單元電路；I/O 口擴(kuò)展電路，與DSP單元電路相連用于擴(kuò)展DSP單元電路的I/O接口；伺服接口電路，與DSP單元電路的計(jì)數(shù)器端相連用于將DSP單元電路產(chǎn)生的脈沖 控制信號(hào)傳送至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，與I/O 口擴(kuò)展電路相連用于擴(kuò)展DSP單元電路的I/O接 口，與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連用于對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，與編碼器用于接收編碼器產(chǎn)生的反 饋脈沖信號(hào)，與正交計(jì)數(shù)器電路相連用于正交計(jì)數(shù)器電路對(duì)編碼器產(chǎn)生的反饋脈沖信號(hào)進(jìn) 行計(jì)數(shù)；串口控制電路，用于將串口設(shè)置為RS-485或RS-422方式。所述DSP芯片采用TI公司TMS320VC33浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。所述程序存儲(chǔ)器電路采用AM29F040芯片。所述正交計(jì)數(shù)器電路采用LS7266芯片。所述雙口 RAM電路采用IDT7130芯片。所述板選控制電路由54LS688芯片和跳線器組成，將54LS688芯片的P組8位輸 入口連接至PC104總線電路地址總線的A12 A19端，Q組8位輸入口連接至8位跳線器， 將其輸出信號(hào)P = Q連接至雙口 RAM電路。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是采用本發(fā)明運(yùn)動(dòng)控制程序存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器 中，上電后CPU按照固定的時(shí)序自動(dòng)從程序存儲(chǔ)器中調(diào)用程序并執(zhí)行，并按程序?qū)ζ渌?分電路進(jìn)行操作，利用建立在浮點(diǎn)DSP上的軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)光電編碼器為反饋的交流伺服電 機(jī)的高精度運(yùn)動(dòng)控制，包括角位置、角速率以及角振動(dòng)等運(yùn)動(dòng)方式?？勺鳛镻C104總線下的 擴(kuò)展板使用，也可作為獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制器使用。通過(guò)將浮點(diǎn)DSP作為運(yùn)動(dòng)控制器的CPU單 元，可執(zhí)行硬件浮點(diǎn)乘法和除法運(yùn)算，運(yùn)算速率比定點(diǎn)的DSP大為提高。該裝置控制實(shí)時(shí)性 強(qiáng)，擴(kuò)展靈活，控制系統(tǒng)的控制精度高，可應(yīng)用于慣導(dǎo)測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域的轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)、伺服平臺(tái) 以及機(jī)器人等要求精確角運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的電路原理框圖。圖2是本發(fā)明的軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明由DSP單元電路、DSP電源電路、程序存儲(chǔ)電路、雙口 RAM電路、 PC104總線接口電路、板選控制電路、正交計(jì)數(shù)器電路、I/O 口擴(kuò)展電路、伺服接口電路、串 口控制電路組成。DSP電源電路為DSP單元電路提供3. 3V和1. 8V兩路電源，為PC104總線接口電路 提供5V電源；DSP單元電路，通過(guò)地址總線和數(shù)據(jù)總線與程序存儲(chǔ)器電路、雙口 RAM電路、正交 計(jì)數(shù)器電路、I/O 口擴(kuò)展電路、串口控制電路相連接進(jìn)行信息交換，DSP單元電路產(chǎn)生的脈 沖信號(hào)通過(guò)計(jì)數(shù)器端經(jīng)伺服接口電路傳送至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；DSP單元是整個(gè)裝置的核心，所有對(duì)硬件的選通、讀寫(xiě)、控制，都要通過(guò)DSP單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。DSP單元電路對(duì)其它電路的 操作，都是通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、和控制總線完成的。TCLK0即為DSP芯片中的“計(jì)數(shù)器 0”，用于產(chǎn)生伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需要的脈沖信號(hào)，伺服接口電路作為DSP單元電路中TCLK0端 與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直接的接口。程序存儲(chǔ)器電路，用于存儲(chǔ)DSP單元電路的控制程序，本發(fā)明工作時(shí)DSP單元電路 按照固定的時(shí)序從程序存儲(chǔ)器電路中讀取控制程序指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作；雙口 RAM電路，與PC104總線相連用于接收上位機(jī)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)控制指令并將其從 寫(xiě)入內(nèi)存，DSP單元電路讀取寫(xiě)入內(nèi)存的運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制指令執(zhí)行相應(yīng)的 操作，DSP單元電路將運(yùn)動(dòng)控制執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)入雙口 RAM，上位機(jī)再通過(guò)PC104總線接口電路 將該信息進(jìn)行讀取，雙口 RAM電路的讀寫(xiě)使能由板選控制電路進(jìn)行控制；DSP和上位機(jī)通過(guò) 雙口 RAM交換的信息主要是兩類(lèi)一類(lèi)是上位機(jī)將某個(gè)軸的指令信息(工作方式、位置、轉(zhuǎn) 速等)寫(xiě)入雙口 RAM，DSP單元電路再?gòu)碾p口 RAM中讀取；第二類(lèi)是DSP將本軸的實(shí)際信息 (實(shí)際位置、實(shí)際轉(zhuǎn)速等)寫(xiě)入雙口 RAM，上位機(jī)再?gòu)碾p口 RAM中讀取，已知道該軸的實(shí)際信 息。由于上位機(jī)可能需要同時(shí)控制多個(gè)軸，而這些軸的控制器(即本裝置)都是連接在一 個(gè)PC104總線上的，那么上位機(jī)怎么分別對(duì)某個(gè)軸操作呢？這就需要對(duì)每個(gè)雙口 RAM事先 定義一個(gè)地址，上位機(jī)在發(fā)送指令的時(shí)候，都要先指明地址(即該指令是發(fā)給誰(shuí)的)，當(dāng)某 個(gè)雙口 RAM發(fā)現(xiàn)指令的地址和自己一致時(shí)，就知道是給自己的，否則就不予理睬。上位機(jī)讀 取軸狀態(tài)也是同樣的道理，根據(jù)地址，就知道它讀的是哪個(gè)軸的狀態(tài)。PC104總線接口電路，分別與雙口 RAM電路和上位機(jī)相連，用于將上位機(jī)發(fā)出的 運(yùn)動(dòng)控制指令寫(xiě)入雙口 RAM電路，并由上位機(jī)讀取雙口 RAM中存儲(chǔ)的運(yùn)動(dòng)控制執(zhí)行結(jié)果； PC104總線接口電路是本裝置與上位機(jī)的接口，它的物理實(shí)質(zhì)就是104根插針，這是一種國(guó) 際標(biāo)準(zhǔn)的PC104總線，把自己的電路板做成這樣的形式，就可以和其它具有PC104總線接口 的設(shè)備互聯(lián)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。插針上的數(shù)據(jù)總線和地址總線與雙口 RAM的輸出端相連，電源 口和電源電路相連。板選控制電路，通過(guò)產(chǎn)生不同的地址編碼控制雙口 RAM電路的讀寫(xiě)使能使；片選 電路由硬件組成，通過(guò)8位撥盤(pán)可確定本塊板的地址，上位機(jī)的發(fā)送的地址與本板相同時(shí)， 板選電路輸出一個(gè)低電平，選通雙口 RAM的CEr信號(hào)，后面的數(shù)據(jù)就能進(jìn)入本板的雙口 RAM ； 當(dāng)?shù)刂凡灰恢聲r(shí)輸出高電平，不選通雙口 RAM，后面的數(shù)據(jù)就能不能進(jìn)入本板的雙口 RAM。正交計(jì)數(shù)器電路，用于對(duì)編碼器反饋的兩路正交信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線 將計(jì)數(shù)結(jié)果送至DSP單元電路；I/O 口擴(kuò)展電路，與DSP單元電路相連用于擴(kuò)展DSP單元電路的I/O接口，運(yùn)動(dòng)控 制系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到許多的I/O 口，用于讀入/輸出一些開(kāi)關(guān)量，如輸出驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)， 讀入驅(qū)動(dòng)器錯(cuò)誤指示信號(hào)等。讀入/輸出這些信號(hào)都要通過(guò)DSP來(lái)執(zhí)行，而DSP本身的1/ 0 口又十分有限，因此使用I/O 口擴(kuò)展電路，可以增加I/O 口(通過(guò)8255可將8個(gè)為口擴(kuò)展 為24個(gè))。伺服接口電路，與DSP單元電路的計(jì)數(shù)器端相連用于將DSP單元電路產(chǎn)生的脈沖 信號(hào)傳送至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，與I/O 口擴(kuò)展電路相連用于將DSP單元電路產(chǎn)生的控制信號(hào) 輸出至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連用于對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，與編碼器用于 接收編碼器產(chǎn)生的反饋脈沖信號(hào)，與正交計(jì)數(shù)器電路相連用于正交計(jì)數(shù)器電路對(duì)編碼器產(chǎn)生的反饋脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；編碼器產(chǎn)生的反饋信號(hào)為兩路正交的脈沖信號(hào)，其頻率值對(duì) 應(yīng)于電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值，該信號(hào)也通過(guò)伺服接口電路引入本裝置，由正交計(jì)數(shù)電路對(duì)其計(jì) 數(shù)，便可知實(shí)際的轉(zhuǎn)速值。伺服接口電路不直接連至電機(jī)，而是連至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，伺服 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器不僅是電機(jī)的功率輸出器件，本身中也有一些電路。串口控制電路，用于將串口設(shè)置為RS-485或RS-422方式。串口的作用與雙口 RAM 電路是一樣的，只不過(guò)雙口 RAM電路的數(shù)據(jù)交換速度要高的多。DSP單元電路按照程序不斷執(zhí)行上述伺服控制周期，可達(dá)0. 2ms的伺服更新周期， 從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)軸的高精度伺服控制。此外，DSP單元還可根據(jù)上位機(jī)指令，通過(guò)擴(kuò)展1/ 0 口寫(xiě)入或讀取有關(guān)的開(kāi)關(guān)量，如電機(jī)使能信號(hào)、軸角零位信號(hào)等。若作為PC104總線下的 擴(kuò)展板使用，本裝置可通過(guò)PC104總線多套并聯(lián)，并根據(jù)板選控制電路將每塊板設(shè)置為不 同的地址，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)最多256個(gè)電機(jī)的控制。若作為完整獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制器使用時(shí)，可 通過(guò)串口發(fā)送向本裝置發(fā)送指令。DSP單元電路包括DSP芯片及晶振電路、復(fù)位電路、總線緩沖器等外圍電路。DSP 芯片采用TI公司TMS320VC33浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，它通過(guò)24位的地址總線、32位的數(shù)據(jù) 總線和相應(yīng)的控制總線控制裝置的其它部分電路。DSP電源電路由DSP雙電壓源電路TPS76D318構(gòu)成，能提供DSP單元工作所需的 3. 3V和1.8V兩路電源。程序存儲(chǔ)器電路由AM29F040芯片構(gòu)成，它具有512K的8位Flash存儲(chǔ)器，可將 DSP的控制程序下載到其中，并可反復(fù)多次擦寫(xiě)。將AM29F040芯片的19位地址總線接到 DSP單元地址總線的低19位，將其8位數(shù)據(jù)總線接到DSP單元數(shù)據(jù)總線的低8位。雙口 RAM電路由IDT7130芯片構(gòu)成，其L 口地址總線接DSP單元地址總線的低10 位，數(shù)據(jù)總線接DSP單元數(shù)據(jù)總線的低8位；R 口的地址總線接PC104總線的地址總線的低 10位，數(shù)據(jù)總線接DSP單元數(shù)據(jù)總線的低8位；雙口 RAM電路從PC104總線接收上位機(jī)發(fā) 出的運(yùn)動(dòng)控制指令，并將其從R 口寫(xiě)入內(nèi)存，DSP單元電路從L 口讀取指令，并根據(jù)程序執(zhí) 行相應(yīng)的操作；同時(shí)，DSP將軸的狀態(tài)信息通過(guò)L寫(xiě)入雙口 RAM，上位機(jī)再將該信息從R 口讀 取。PC104總線接口電路由標(biāo)準(zhǔn)0. 1英寸PC104總線插針構(gòu)成，并將+5V電源引入DSP 電源電路的1IN、2IN輸入端，作為DSP雙電源的輸入。板選控制電路由54LS688芯片和跳線器組成，將其P組8位輸入口連接至PC104總 線地址總線的A12 A19端，Q組8位輸入口連接至8位跳線器，將其輸出信號(hào)P = Q連接 至雙口 RAM電路4的CEr端。通過(guò)對(duì)跳線器的設(shè)置可設(shè)定本塊板卡的地址編碼，當(dāng)在PC104 總線上有多塊相同的運(yùn)動(dòng)控制板卡控制多個(gè)軸時(shí)，可將各板卡設(shè)置成不同的地址編碼。當(dāng) PC104的上位機(jī)對(duì)某個(gè)軸發(fā)出控制指令前，必須先發(fā)出該軸對(duì)應(yīng)板卡的地址編碼信號(hào)，當(dāng)該 地址編碼與對(duì)應(yīng)板卡的地址跳線器預(yù)設(shè)的地址相同時(shí)，通過(guò)該板的P = Q信號(hào)開(kāi)通雙口 RAM 電路的CEr端，對(duì)應(yīng)軸的板卡才能收到相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制指令。正交計(jì)數(shù)器電路由LS7266芯片構(gòu)成，其8位數(shù)據(jù)總線接到DSP單元數(shù)據(jù)總線的低 8位，2位地址總線接到DSP單元數(shù)據(jù)總線的低2位。XA、XB信號(hào)接伺服接口電路9的XA、 XB信號(hào)，可對(duì)編碼器反饋的兩路正交信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線送DSP單元。I/O 口擴(kuò)展電路由8255芯片構(gòu)成，其8位數(shù)據(jù)總線接到DSP單元數(shù)據(jù)總線的低8位，2位地址總線接到DSP單元數(shù)據(jù)總線的低2位。8位PA 口、PB 口、PC 口分別接伺服接口 電路9的1/00 1/023端；通過(guò)對(duì)8255芯片寫(xiě)控制字的方式，將伺服接口電路9的24個(gè) I/O端口任意設(shè)置為輸出或輸入方式，在默認(rèn)情況下，本裝置1/00 1/07為設(shè)置為輸入方 式，1/08 1/023為輸出方式。伺服接口電路由單排40腳標(biāo)準(zhǔn)插針構(gòu)成，其一端接編碼器反饋信號(hào)和用戶(hù)I/O 口，另一端接正交計(jì)數(shù)器電路7和I/O 口擴(kuò)展電路8，可將編碼器反饋信號(hào)和用戶(hù)I/O信號(hào) 引入系統(tǒng)；CT0端接DSP單元1的TCLK0端，作為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖控制信號(hào)輸出端，使 用1/016 (由8255的PC0輸出)作為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的方向控制信號(hào)，使用1/017 (由8255 的PC1輸出)作為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使能控制信號(hào)。串口控制電路由16C550芯片光耦6N137芯片和串口驅(qū)動(dòng)芯片MAX485芯片構(gòu)成。 16C550芯片的8位數(shù)據(jù)總線接到DSP單元數(shù)據(jù)總線的低8位，2位地址總線接到DSP單元 數(shù)據(jù)總線的低2位，并可通過(guò)對(duì)MAX485的輸出進(jìn)行跳線的方式將串口設(shè)置為RS-485或 RS-422 方式。如圖2所示，上位機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制指令通過(guò)PC104總線或串口發(fā)送給DSP單元電路， DSP單元電路根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制指令的類(lèi)型(角位置、角速率或角振動(dòng))執(zhí)行相應(yīng)的控制子程 序。在每種子程序中，CPU(DSP單元電路嗎)以5kHz的速率通過(guò)正交計(jì)數(shù)器采集一次當(dāng)前 軸角的位置信息(編碼器反饋信號(hào))，然后與指令值比較，根據(jù)控制算法計(jì)算出對(duì)伺服電機(jī) 的步進(jìn)脈沖控制量，并將其轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)值，寫(xiě)入到正交計(jì)數(shù)器的TCLK0中。計(jì)數(shù)器TCLK0按 照計(jì)數(shù)值對(duì)晶振電路輸出的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算值滿(mǎn)后改變輸出電平，從而輸出 所要求頻率的方波信號(hào)。此方波信號(hào)通過(guò)伺服接口電路發(fā)送給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī) 按相應(yīng)速率轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，DSP單元還不斷將當(dāng)前的軸位置、速率等信息通過(guò)PC104總線或串 口發(fā)送回上位機(jī)。至此完成一個(gè)伺服控制周期。當(dāng)作為PC104總線下的擴(kuò)展板使用時(shí)，可通過(guò)PC104總線接口電路直接與上位機(jī) PC104計(jì)算機(jī)相連，上位機(jī)通過(guò)PC104總線對(duì)本裝置寫(xiě)入電機(jī)運(yùn)動(dòng)指令并讀取電機(jī)狀態(tài)參 數(shù)；當(dāng)作為完整獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制器使用時(shí)，可通過(guò)串口控制電路直接與上位機(jī)PC104計(jì)算 機(jī)相連，上位機(jī)通過(guò)RS-485或RS-422串口對(duì)本裝置寫(xiě)入電機(jī)運(yùn)動(dòng)指令并讀取電機(jī)狀態(tài)參數(shù)。本發(fā)明未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
權(quán)利要求
一種基于浮點(diǎn)DSP的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于包括DSP單元電路、DSP電源電路、程序存儲(chǔ)器電路、雙口RAM電路、PC104總線接口電路、板選控制電路、正交計(jì)數(shù)器電路、I/O口擴(kuò)展電路、伺服接口電路和串口控制電路；DSP電源電路為DSP單元電路提供3.3V和1.8V兩路電源，為PC104總線接口電路提供5V電源；DSP單元電路，通過(guò)地址總線和數(shù)據(jù)總線與程序存儲(chǔ)器電路、雙口RAM電路、正交計(jì)數(shù)器電路、I/O口擴(kuò)展電路、串口控制電路相連接，DSP單元電路讀取雙口RAM電路中的運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制指令將運(yùn)動(dòng)控制指令的執(zhí)行結(jié)果通過(guò)PC104總線接口電路或串口控制電路發(fā)送回上位機(jī)，DSP單元電路接收正交計(jì)數(shù)器電路生成的步進(jìn)脈沖控制量，DSP單元電路根據(jù)步進(jìn)脈沖控制量產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)，脈沖控制信號(hào)由DSP單元電路的計(jì)數(shù)器端口發(fā)送至伺服接口電路；程序存儲(chǔ)器電路，用于存儲(chǔ)DSP單元電路的控制程序，工作時(shí)DSP單元電路按照固定的時(shí)序從程序存儲(chǔ)器電路中讀取控制程序指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作；雙口RAM電路，與PC104總線相連用于接收上位機(jī)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)控制指令，DSP單元電路讀取寫(xiě)入雙口RAM電路的運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制指令執(zhí)行相應(yīng)的操作，DSP單元電路將運(yùn)動(dòng)控制指令的執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)入雙口RAM電路，上位機(jī)通過(guò)PC104總線接口電路將運(yùn)動(dòng)控制指令的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行讀取，雙口RAM電路的讀寫(xiě)使能由板選控制電路進(jìn)行控制；PC104總線接口電路，分別與雙口RAM電路和上位機(jī)相連，用于將上位機(jī)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)控制指令寫(xiě)入雙口RAM電路，并由上位機(jī)通過(guò)PC104總線接口電路讀取雙口RAM中存儲(chǔ)的運(yùn)動(dòng)控制指令執(zhí)行結(jié)果；板選控制電路，通過(guò)產(chǎn)生不同的地址編碼控制雙口RAM電路的讀寫(xiě)使能使；正交計(jì)數(shù)器電路，用于對(duì)編碼器反饋的兩路正交信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)產(chǎn)生對(duì)伺服電機(jī)的步進(jìn)脈沖控制量，通過(guò)數(shù)據(jù)總線將步進(jìn)脈沖控制量送至DSP單元電路；I/O口擴(kuò)展電路，與DSP單元電路相連用于擴(kuò)展DSP單元電路的I/O接口；伺服接口電路，與DSP單元電路的計(jì)數(shù)器端相連用于將DSP單元電路產(chǎn)生的脈沖控制信號(hào)傳送至伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，與I/O口擴(kuò)展電路相連用于擴(kuò)展DSP單元電路的I/O接口，與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連用于對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，與編碼器用于接收編碼器產(chǎn)生的反饋脈沖信號(hào)，與正交計(jì)數(shù)器電路相連用于正交計(jì)數(shù)器電路對(duì)編碼器產(chǎn)生的反饋脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；串口控制電路，用于將串口設(shè)置為RS-485或RS-422方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于浮點(diǎn)DSP的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于所述 DSP芯片采用TI公司TMS320VC33浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于浮點(diǎn)DSP的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于所述 程序存儲(chǔ)器電路采用AM29F040芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于浮點(diǎn)DSP的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于所述 正交計(jì)數(shù)器電路采用LS7266芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于浮點(diǎn)DSP的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于所述 雙口 RAM電路采用IDT7130芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于浮點(diǎn)DSP的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置，其特征在于所述板選控制電路由54LS688芯片和跳線器組成，將54LS688芯片的P組8位輸入口連接至 PC104總線電路地址總線的A12 A19端，Q組8位輸入口連接至8位跳線器，將其輸出信 號(hào)P = Q連接至雙口 RAM電路。
全文摘要
一種基于浮點(diǎn)DSP的伺服運(yùn)動(dòng)控制裝置，由DSP單元電路、電源電路、程序存儲(chǔ)電路、雙口RAM電路、PC104總線接口電路、板選控制電路、正交計(jì)數(shù)器電路、I/O口擴(kuò)展電路、伺服接口電路、串口控制電路組成。本發(fā)明利用建立在浮點(diǎn)DSP上的軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)光電編碼器為反饋的交流伺服電機(jī)的高精度運(yùn)動(dòng)控制，包括角位置、角速率以及角振動(dòng)等運(yùn)動(dòng)方式，可作為PC104總線下的擴(kuò)展板使用，也可作為獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制器使用。該裝置控制實(shí)時(shí)性強(qiáng)，擴(kuò)展靈活，控制系統(tǒng)的控制精度高，可應(yīng)用于慣導(dǎo)測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域的轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)、伺服平臺(tái)以及機(jī)器人等要求精確角運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02P6/08GK101860296SQ20101016373
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者周宏新, 楊明, 王勝利, 胡吉昌, 趙郭有為 申請(qǐng)人:北京航天控制儀器研究所