基于嵌入式系統(tǒng)的專用運(yùn)動(dòng)控制器硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　隨著嵌入式技術(shù)的迅速發(fā)展，其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此將嵌入式技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，研制出高速高精度嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器具有重要意義。本文設(shè)計(jì)了一種以TMS320VC5402為核心處理器，適用于多輸入多輸出專用運(yùn)動(dòng)控制器硬件平臺(tái)。該平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)多傳感器信號(hào)采集、信息融合、位置控制算法、網(wǎng)絡(luò)功能、多路輸出給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息/能量轉(zhuǎn)換。

　　2 運(yùn)動(dòng)控制器平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制器接口要求將系統(tǒng)分為主電路和外設(shè)兩個(gè)部分。主電路部分由以TI公司的處理器芯片TMS320VC5402為主體的數(shù)字電路構(gòu)成；外設(shè)部分由相關(guān)外圍接口電路構(gòu)成。按照功能不同可以分為以下幾個(gè)模塊：DSP最小系統(tǒng)、網(wǎng)卡接口電路、PCI接口、串口收發(fā)電路、模擬量，脈沖量和開關(guān)量的接口、人機(jī)交互接口。

　　2.2 硬件系統(tǒng)各功能模塊介紹

　　2.2.1 DSP 獨(dú)立小系統(tǒng)接口電路

　　所謂最小系統(tǒng)是指在盡可能少的外部元器件和電路條件下，形成一個(gè)使DSP能夠正常運(yùn)行的最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用16位定點(diǎn)DSP TMS320VC5402為核心器件，構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)控制核心。由于選用的TMS320VC5402其片內(nèi)有可用于數(shù)據(jù)、程序空間的存儲(chǔ)器，因此，最小系統(tǒng)可由DSP本身以及晶體振蕩器、復(fù)位電路、譯碼電路等組成。

　　2.2.2 以太網(wǎng)通信接口電路設(shè)計(jì)

　　基于嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制器非常重要的功能之一就是要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞。因此需要s用網(wǎng)絡(luò)接口芯片來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間通信。在本系統(tǒng)中采用了REALTEK公司的RTL8019AS網(wǎng)絡(luò)接口芯片。

　　RTL8019AS 引腳可分為電源及時(shí)鐘引腳、網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)接口引腳、自舉ROM及初始化EEPROM接口引腳、主處理器接口引腳、輸出指示及工作方式配置引腳。由此將網(wǎng)卡硬件接口電路設(shè)計(jì)主要分為兩大部分：第一部分為網(wǎng)卡與DSP接口實(shí)現(xiàn)，第二部分為網(wǎng)卡芯片外圍電路設(shè)計(jì)。RTL8019AS的總線接口是與ISA總線兼容的，雖然不能與5402的外部總線直接接口，但是只要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的邏輯變換就可以了。另外，5402和RTL8019AS的引腳電平不兼容，因此它們之間對(duì)應(yīng)的引腳不能夠直接相連，需要在中間加上電平轉(zhuǎn)換芯片，系統(tǒng)中的CPLD可以完成電平轉(zhuǎn)換功能，通過CPLD還能夠產(chǎn)生RTL8019AS的控制邏輯信號(hào)。

　　2.2.3 PCI 接口設(shè)計(jì)

　　由于在系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫约皩?shí)時(shí)性要求較高，所以采用方法之一即通過 PCI局部總線的方法與主機(jī)的進(jìn)行通訊。這比傳統(tǒng)的通過ISA總線的方式來通訊的方法具有速度高、可即插即用、可移植性好等方面的優(yōu)勢(shì)。在本系統(tǒng)中，采用 TI的專用配套芯片PCI2040將PCI總線與DSP5402的HPI（Host Port Interface）接口進(jìn)行連接。

　　圖1 運(yùn)動(dòng)控制器硬件框圖

　　圖2 AD轉(zhuǎn)換接口電路圖