專利名稱：一種基于fpga的高速運(yùn)動(dòng)控制卡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)控制的數(shù)字控制裝置，具體地是一種基于FPGA 的高速數(shù)字伺服卡裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制卡是數(shù)控行業(yè)基于PC機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)和伺服 電機(jī)的專用控制卡， 一般用于雕刻機(jī)、切割機(jī)、數(shù)控機(jī)床等。常用的運(yùn)動(dòng) 控制卡往往設(shè)計(jì)采用單片計(jì)算機(jī)加軟件實(shí)現(xiàn)^c沖的發(fā)送和計(jì)數(shù)、外部1\0 信號(hào)的輸入和輸出、信號(hào)邏輯等功能。然而單片計(jì)算機(jī)由于運(yùn)算能力和硬 件資源的限制，發(fā)送脈沖的頻率低，輸入輸出門數(shù)少。
因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于FPGA的高速運(yùn)動(dòng)控制卡裝置，通過(guò)使 用FPGA,在實(shí)現(xiàn)原來(lái)功能的基礎(chǔ)上，大幅度提高其性能；彌補(bǔ)和改進(jìn)現(xiàn) 有相關(guān)技術(shù)的不足。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括
基于FPGA的高速運(yùn)動(dòng)控制卡裝置，其包括數(shù)字控制設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制 卡、主機(jī)；所述主機(jī)為一運(yùn)行數(shù)控軟件的計(jì)算機(jī)；所述數(shù)字控制設(shè)備包括 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊和開(kāi)關(guān)元器件；其中，所述運(yùn)動(dòng)控制卡包括IO接口信號(hào)轉(zhuǎn) 換模塊、FPGA、時(shí)鐘、電源；所述FPGA包括脈沖發(fā)生模塊、總線命令接 口模塊、IO接口以及PCI接口；所述主機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令通過(guò)所述主機(jī)PCI總
線發(fā)送給FPGA，所述FPGA內(nèi)部的總線命令接口模塊實(shí)現(xiàn)接受主機(jī)的命 令；所述主機(jī)的命令接受后，所述脈沖發(fā)生模塊根據(jù)主機(jī)的命令，形成一 定數(shù)量、頻率的脈沖，該脈沖經(jīng)過(guò)光耦隔離以及信號(hào)轉(zhuǎn)換，形成與電機(jī)的 驅(qū)動(dòng)模塊匹配的數(shù)字信號(hào)。
所述的裝置，其中，所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊是伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的功 率驅(qū)動(dòng)模塊，提供一個(gè)數(shù)字脈沖的控制接口，用于控制所述電機(jī)。
所述的裝置，其中，所述FPGA還設(shè)置有IO接口，用于提供與所述數(shù) 字控制設(shè)備相關(guān)的開(kāi)關(guān)元器件控制；所述時(shí)鐘電路提供FPGA用的時(shí)鐘信 號(hào)；所述電源提供FPGA的電源。
所述的裝置，其中，所述開(kāi)關(guān)元器件包括開(kāi)關(guān)和繼電器。 本發(fā)明所提供的一種基于FPGA的高速運(yùn)動(dòng)控制卡裝置，由于采用了 FPGA,具有可靠性高，速度快，體積小，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的基于FPGA的高速運(yùn)動(dòng)控制卡功能結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的基于FPGA的高速運(yùn)動(dòng)控制卡具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，將對(duì)本發(fā)明的各較佳實(shí)施例進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明。 在數(shù)控設(shè)備中，脈沖產(chǎn)生速度是一個(gè)很重要的指標(biāo)，它影響著數(shù)控設(shè) 備的加工速度或者加工精度?，F(xiàn)有技術(shù)一般采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，脈沖由軟件 產(chǎn)生，發(fā)生的頻率低， 一般只有幾十千赫茲，用FPGA實(shí)現(xiàn)的目前還沒(méi)有、。 現(xiàn)有技術(shù)的FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程的邏輯門陣列)一但邏輯功能實(shí)現(xiàn)，就很可 靠，不易受外界的干擾，而且其信號(hào)處理速度可以達(dá)到幾百兆赫茲，因此， 本發(fā)明設(shè)計(jì)產(chǎn)生脈沖的速度是一般單片計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。比較而 言，本發(fā)明具有可靠性高，速度快，體積小，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明基于FPGA的高速運(yùn)動(dòng)控制卡裝置用FPGA實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生，可 以在一個(gè)FPGA芯片中，通過(guò)PCI主機(jī)接口 ，脈沖發(fā)生，并實(shí)現(xiàn)附加的I\0 功能，從而使系統(tǒng)的體積較小，所用的器件也較少，生產(chǎn)成本較低，而脈 沖頻率可達(dá)幾百萬(wàn)赫茲。
本發(fā)明采用FPGA實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的脈沖發(fā)生，可以根據(jù)指令，在指定 的時(shí)間內(nèi)，按照指定的頻率，發(fā)出指定數(shù)量的脈沖，從而使步進(jìn)電機(jī)或伺 服電機(jī)根據(jù)指令運(yùn)動(dòng)，特別適合數(shù)字控制使用，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)直線加減速， 另外FPGA采用逐點(diǎn)比較法實(shí)現(xiàn)2-4軸直線差補(bǔ)功能。
圖1所示是本發(fā)明的基于FPGA的高速4軸運(yùn)動(dòng)控制卡結(jié)構(gòu)方框圖。 如圖l所示，本發(fā)明的基于FPGA的高速4軸運(yùn)動(dòng)控制卡由數(shù)字控制設(shè)備、 運(yùn)動(dòng)控制卡、主才幾構(gòu)成，如圖2所示，具體的，所述主機(jī)是計(jì)算機(jī)，數(shù)控 軟件在主機(jī)中運(yùn)行；所述數(shù)字控制設(shè)備包括電極的驅(qū)動(dòng)模塊和開(kāi)關(guān)或繼電 器；所述運(yùn)動(dòng)控制卡包括IO接口信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、時(shí)鐘、電源，其 中所述FPGA包括脈沖發(fā)生模塊、總線命令接口模塊、IO接口以及PCI接 口；主機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令通過(guò)計(jì)算機(jī)的總線發(fā)送給FPGA， FPGA內(nèi)部的總線命 令接口模塊，實(shí)現(xiàn)接受主機(jī)的命令；主機(jī)的命令接受后，脈沖發(fā)生模塊將 根據(jù)主機(jī)的命令，形成一定數(shù)量、頻率的脈沖，該脈沖通過(guò)光耦隔離和信 號(hào)轉(zhuǎn)換，形成與電^L的驅(qū)動(dòng)模塊匹配的數(shù)字信號(hào)，所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊是 伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)模塊，提供一個(gè)數(shù)字脈沖的控制接口 ， 通過(guò)該接口，電才幾將會(huì)受控運(yùn)動(dòng)；所述FPGA還有IO接口，通過(guò)IO接口 信號(hào)轉(zhuǎn)換才莫塊，提供與數(shù)字控制設(shè)備相關(guān)的開(kāi)關(guān)或繼電器的控制；時(shí)鐘電 路提供FPGA用的時(shí)鐘信號(hào)；電源提供FPGA的電源。
本發(fā)明與現(xiàn)有纟支術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 由于采用了FPGA,脈沖發(fā)生速度快，目前達(dá)到2MHz;現(xiàn)有的一 般為50KHz。
2. 本發(fā)明成本低，電路筒單；如果采用單片機(jī)需要相關(guān)的內(nèi)存芯片，
電路復(fù)雜。
3. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，已經(jīng)通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試；因?yàn)镕PGA 屬于邏輯電路陣列，只要設(shè)計(jì)合理，不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)，而現(xiàn)有技術(shù)的單片機(jī) 屬于軟件控制，在外界強(qiáng)干擾下，容易出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。
4. 1\0點(diǎn)數(shù)多，本發(fā)明可達(dá)到32輸入32輸出；而現(xiàn)有的控制卡一般 為8輸入8輸出。
應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能 因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以 所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種基于FPGA的高速運(yùn)動(dòng)控制卡裝置，其包括數(shù)字控制設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制卡、主機(jī)；所述主機(jī)為一運(yùn)行數(shù)控軟件的計(jì)算機(jī)；所述數(shù)字控制設(shè)備包括電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊和開(kāi)關(guān)元器件；其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制卡包括IO接口信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、時(shí)鐘、電源；所述FPGA包括脈沖發(fā)生模塊、總線命令接口模塊、IO接口以及PCI接口；所述主機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令通過(guò)所述主機(jī)PCI總線發(fā)送給FPGA，所述FPGA內(nèi)部的總線命令接口模塊實(shí)現(xiàn)接受主機(jī)的命令；所述主機(jī)的命令接受后，所述脈沖發(fā)生模塊根據(jù)主機(jī)的命令，形成一定數(shù)量、頻率的脈沖，該脈沖經(jīng)過(guò)光耦隔離以及信號(hào)轉(zhuǎn)換，形成與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊匹配的數(shù)字信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊是 伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)模塊，提供一個(gè)數(shù)字脈沖的控制接口，用 于控制所述電機(jī)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述FPGA還設(shè)置有IO 接口，用于提供與所述數(shù)字控制設(shè)備相關(guān)的開(kāi)關(guān)元器件控制；所述時(shí)鐘電 路提供FPGA用的時(shí)鐘信號(hào)；所述電源提供FPGA的電源。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)元器件包括開(kāi) 關(guān)和繼電器。
全文摘要
基于FPGA的高速運(yùn)動(dòng)控制卡裝置，其包括數(shù)字控制設(shè)備、運(yùn)動(dòng)控制卡、主機(jī)；所述主機(jī)為一運(yùn)行數(shù)控軟件的計(jì)算機(jī)；所述數(shù)字控制設(shè)備包括電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊和開(kāi)關(guān)元器件；其中，所述運(yùn)動(dòng)控制卡包括IO接口信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA、時(shí)鐘、電源；所述FPGA包括脈沖發(fā)生模塊、總線命令接口模塊、IO接口以及PCI接口；所述主機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令通過(guò)所述主機(jī)PCI總線發(fā)送給FPGA，所述FPGA內(nèi)部的總線命令接口模塊實(shí)現(xiàn)接受主機(jī)的命令；所述主機(jī)的命令接受后，所述脈沖發(fā)生模塊根據(jù)主機(jī)的命令，形成一定數(shù)量、頻率的脈沖，該脈沖經(jīng)過(guò)光耦隔離以及信號(hào)轉(zhuǎn)換，形成與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊匹配的數(shù)字信號(hào)。本發(fā)明基于FPGA的高速運(yùn)動(dòng)控制卡裝置由于采用了FPGA，具有可靠性高，速度快，體積小，成本較低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05D3/00GK101382787SQ200710077029
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者逸 曾, 錢作忠 申請(qǐng)人:深圳市眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司