论文基于DSP和FPGA运动控制技术是关于本文可作为FPGA方面的大学硕士与本科毕业论文fpga和单片机的区别论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
[摘 要]随着工业的发展,制造技术也不断的完善,逐渐的向着集成化、智能化以及综合化的方向发展,在开放式数控系统中,运动控制器是一个十分重要的装置,通过运动控制器的运行,对各个轴电机的运动进行控制,从而实现数控加工,提升定位控制的精度,增强速度调节的性能.在本文中,首先阐述了运动控制中应用DSP和FPGA的意义,并分析了基于DSP和FPGA的运动控制技术方案.
[关键词]DSP；FPGA；运动控制技术
前言
在工业发展的过程中,制造业起着基础性的作用,制造业的发展依赖于制造技术,传统的制造业中,代表性的为传统机电工业,不过在制造业发展的过程中,传统机电工业也发生了巨大的变化,产品结构和生产系统结构都发生了深刻的变革,在变化的过程中,应用了先进的制造技术,这其中就包含数控技术,在对数控技术进行控制时,应用了DSP以及FPGA.
一、DSP和FPGA在运动控制中应用的意义
(一)DSP应用的意义
DSP是指实时数字信号处理技术,数字信号处理器是其核心和标志,在对数字信号进行处理时,精度高、灵活性强、可靠性高[1].随着现代制造技术的发展,数控系统所面临的要求越来越高,不仅要具备非常好的运行速度,同时还需要具备非常高的精度,运动控制的主要目的就是保证高精度以及高速度.在DSP中,对组总线的哈佛结构是其所特有的,由此一来,在进行数据处理时,指令和速度同时进行,从而显著的提升了处理的速度,将DSP技术应用到运动控制中之后,可以显著的提升控制的效果,满足数控系统的控制要求,在运动控制技术未来的发展中,DSP技术将成为必然的应用趋势.
(二)FPGA应用的意义
FPGA是指现场可编程逻辑门列阵,是一种可编程的ASIC,当需要进行RAM、EPROM编程的增加时,可以选择外加,也可以选择内置,FPGA具备比较好的实时性,除了增加编程之外,器件功能的改变、现场编程、在线配置等都可以实现实时性,在进行科学实验或者是小批量生产时,FPGA是最为适合的选择[2].在运动控制发展的过程中,电路规模不断地扩大,这使得电路设计师的设计难度增加,为了很好地进行设计,就需要进行科学的硬件仿真,而硬件仿真则可以通过FPGA来实现,应用FPGA之后,电路设计师在进行设计时,其逻辑和性能指标的测试具备非常强的直观性,提升了设计的科学性,增强了运动控制的效果.
二、基于DSP和FPGA的运动控制技术方案
(一)设计目标
在运动控制技术中,通过DSP和FPGA技术的应用,设计出完善的运动控制卡,对数控系统进行有效地控制.在进行运动控制卡设计时,主要的控制方式是对开环或半闭环进行控制.在整个运动系统中,主控单元为运动控制卡,需要实现三大功能,一是将主机发出的运动指令进行全面的接收,同时,将运行的状态反馈给主机；二是在接收到相应的指令之后,展开运动控制工作,控制的对象为4轴电机；三是在运动的过程中,和其有关联的信号主要两种,一种为外部I/O信号,另一种为通用I/O信号,在对着两种信号进行处理时,采用并行处理的办法.
(二)总体结构
运动控制卡是在DSP和FPGA的基础上来进行设计的,而DSP和FPGA以芯片的方式应用到运动控制卡中[3].为了实现程序和数据的存储,Flash和SRAM设置在DSP的周围,数量为多个,在每两个Flash和SRAM之间,片选信号CS是共用的,这样一来,在进行读写时,数据总线为高低双字32位,显著的提升了访问的速度.在对下载的程序进行存储时,通过在FPGA处配置EPROM来实现.在进行DSP和FPGA器件选择时,要保证能耗比较低,同时电压也要比较低.
(三)板卡地址空间的分配
在DSP中,数据总线的数量为32根,地址总线的数量为24根,在最高位置处,地址总线有2根,据此,将DSP地址空间划分为四页.在进行译码电路的实现时,使用了FPGA,在其内部来实现,对于每个轴来说,和单独用于运动控制功能的专用控制电路是比较相似的,选择的定时器为32位计数器,在进行计数时,实现对系统时钟来进行.在进行模拟通道时,总共有四路,每路所具备的功能都是一致的,在对模拟输出信号进行控制,单独一路就可以实现.
(四)板卡芯片型号的选择
运动控制板卡中的芯片为DSP和FPGA,在进行DSP型号选择时,需要考虑多个方面的因素,比如信号处理的实时性、信号处理的速度、高运算精度、开发成本等,最终确定选择的DSP为TMS320VC33型号；而在选择FPGA型号时,综合考虑的因素包含器件资源、供电电压等,最终选择了XC2S300E型号.
结论
运动控制技术上现代制造业发展中应用的主要技术,通过运动控制技术,有效的实现数控系统的控制,提升工业生产的效率,促进制造业的发展.随着运动控制技术的发展,应用了DSP和FPGA,在DSP和FPGA的基础上设计了比较完善的运动控制板卡,从而有效的提升了控制的结果.当前的DSP和FPGA应用的还不完善,还需要加大研究的力度.
参考文献
[1]吴红军,皮佑国.基于DSP和FPGA的运动控制器的设计和实现[J].组合机床和自动化加工技术,2011,（02）：75-77+82.
[2]石江华,魏世民,李金泉等.基于DSP和FPGA的四轴运动控制器设计和研究[J].现代电子技术,2011,（21）：202-204+207.
[3]马汉波,颜钢锋.基于DSP和FPGA的多轴运动控制系统设计[J].电子技术应用,2013,（03）：34-36.
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参考文献：
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