專利名稱：基于dsp的直流電機伺服控制卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于DSP的直流電機伺服控制卡。
背景技術(shù)：
目前直流電動機的伺服控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展對伺服控制技術(shù)提出了越來越高的要求，許多公司開發(fā)了基于單片機的伺服控制卡或采用PC-94工業(yè)總線的配套板卡。
基于單片機的伺服控制卡具有以下缺點工作頻率低，使得許多伺服控制算法難以實現(xiàn)，從而難以提高伺服控制系統(tǒng)的精度；單片機不具備與電動機完全接口的能力，因此需要外擴許多設(shè)備，增加了系統(tǒng)發(fā)生不可預(yù)知錯誤的機會。
采用PC-94工業(yè)總線的針對伺服控制的配套板卡具有以下缺點價格昂貴，而且使用該類產(chǎn)品還需要用戶自己制作基礎(chǔ)底板，無端增加了成本；體積大、接口復(fù)雜；一旦出現(xiàn)故障，難以調(diào)試、維修。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種基于DSP的直流電機伺服控制卡，采用數(shù)字信號處理器(DSP)對接收數(shù)據(jù)進行校正、補償?shù)人欧刂扑惴ǖ奶幚恚敵稣{(diào)寬波(PWM)對直流電機進行控制，通過可編程邏輯器件實現(xiàn)邏輯控制和電路保護，系統(tǒng)控制精度高、集成度高、體積小，易于調(diào)試和維修。
本發(fā)明包括電源轉(zhuǎn)換模塊1，數(shù)字信號處理器2，可編程邏輯器件3，長線驅(qū)動器4，長線收發(fā)模塊5，異步通訊模塊6，TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路7，過流保護電路8。電源轉(zhuǎn)換模塊1分別與數(shù)字信號處理器2、可編程邏輯器件3、異步通訊模塊6相連，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換外部電源的電壓以提供給數(shù)字信號處理器2、可編程邏輯器件3、異步通訊模塊6。數(shù)字信號處理器2通過可編程邏輯器件3、長線收發(fā)模塊5與異步通訊模塊6相連，異步通訊模塊6通過TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路7、過流保護電路8與RS422外部串行接口相連；數(shù)字信號處理器2通過異步通訊模塊6、TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路7、過流保護電路8與RS422外部串行接口進行通訊，可編程邏輯器件3用于中斷管理和譯碼操作。數(shù)字信號處理器2與外部模擬輸入接口相連，接收外部模擬信號。數(shù)字信號處理器2通過可編程邏輯器件3與長線驅(qū)動器4相連，輸出調(diào)寬波驅(qū)動電機；可編程邏輯器件3與外部I/O接口相連，通過讀取由外部I/O接口引腳進入的控制信號狀態(tài)實現(xiàn)對調(diào)寬波的輸出保護。
有益效果本發(fā)明采用數(shù)字信號處理器作為中心處理器件，附以可編程邏輯器件進行邏輯控制和保護，系統(tǒng)集成度高、體積小，穩(wěn)定性和抗干擾能力好，并且具有PWM的占空比、頻率、死區(qū)時間可調(diào)，修改設(shè)計方便、適應(yīng)性強的特點，是一種具有高速、易于調(diào)試、接口豐富且針對性強、質(zhì)優(yōu)價低等特點的用于伺服系統(tǒng)的控制器。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，也是說明書摘要附圖。圖中1為電源轉(zhuǎn)換模塊，2數(shù)字信號處理器，3可編程邏輯器件，4長線驅(qū)動器，5長線收發(fā)模塊，6異步通訊模塊，7為TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路，8過流保護電路，9中斷管理模塊，10譯碼器，11限位保護電路，12第一級保護電路，13第二級保護電路。
具體實施例方式
異步通訊模塊6由兩片異步通訊芯片組成，長線收發(fā)模塊5由兩片長線收發(fā)器芯片組成，TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路7由4片TTL/RS422轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。
可編程邏輯器件3內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括中斷管理模塊9，譯碼器10，限位保護電路11，第一級保護電路12，第二級保護電路13，其中限位保護電路11由兩個限位保護模塊組成，第一級保護電路12由兩個與門構(gòu)成，第二級保護電路13由兩個保護模塊(每個保護模塊由四個與門及兩個非門構(gòu)成)構(gòu)成。數(shù)字信號處理器2通過中斷管理模塊9與兩片異步通訊芯片相連，由中斷管理模塊9對異步通訊芯片輸入的中斷進行實時響應(yīng)和優(yōu)先級管理；數(shù)字信號處理器2通過譯碼器10、兩片長線收發(fā)器芯片與兩片異步通訊芯片相連，通過譯碼來實現(xiàn)兩片異步通訊芯片的長線隔離。外部I/O分別與限位保護電路11、第一級保護電路12相連，限位保護電路11、第一級保護電路12分別與第二級保護電路13相連，數(shù)字信號處理器2的調(diào)寬波輸出端通過第二級保護電路13與長線驅(qū)動器4相連，通過讀取由外部I/O引腳進入的控制信號狀態(tài)和限位信息，實現(xiàn)對調(diào)寬波的輸出和限位保護。
數(shù)字信號處理器2采用型號為TMS320F2811，可編程邏輯器件3采用Altera公司出品的芯片EPM3256，異步通訊模塊6采用TI公司出品的異步通訊芯片TL16c554，長線收發(fā)模塊5采用TI公司出品的長線收發(fā)器芯片SN74ALS245A，長線驅(qū)動器4采用TI公司出品的SN74HC244，TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路7采用TTL/RS422轉(zhuǎn)換芯片SN75174和SN75175，過流保護電路8采用TVS二極管保護電路。
TMS320F2811數(shù)字信號處理器2的GPIO引腳與第二級保護電路13調(diào)寬波輸入端相連；外部中斷輸入引腳通過中斷管理模塊9與異步通訊芯片的中斷輸出引腳相連；9位地址長線(AD3-AD10)通過譯碼器10與長線收發(fā)器芯片的控制引腳、異步通訊芯片片選引腳相連；8位數(shù)據(jù)長線通過長線收發(fā)器芯片與異步通訊芯片數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳相連；復(fù)位引腳分別和可編程邏輯器件3的復(fù)位端、異步通訊芯片復(fù)位端相連，若系統(tǒng)工作異常，看門狗和按鈕輸出的復(fù)位信號通過可編程邏輯器件3傳輸給數(shù)字信號處理器2，實現(xiàn)數(shù)字信號處理器2和異步通訊芯片的復(fù)位。異步通訊芯片的串行通訊接口通過TTL/RS422轉(zhuǎn)換芯片SN75174、SN75175與過流保護電路8相連；過流保護電路8與RS422外部串行接口相連；加入過流保護電路8是為了防止外部信號異常損壞電路。
本發(fā)明的工作過程由RS422外部串行接口輸入的信號通過過流保護電路8保護，由TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路7將RS422電平格式信號轉(zhuǎn)換成TTL電平格式信號傳輸給異步通訊模塊6。數(shù)字信號處理器2只有三個外部中斷接口，而異步通訊模塊6卻產(chǎn)生八個中斷輸入，可編程邏輯器件3內(nèi)提供中斷管理模塊9以管理這八個中斷，通過中斷管理模塊9以及數(shù)字信號處理器2內(nèi)程序的編程可以實現(xiàn)中斷的實時響應(yīng)和優(yōu)先級的管理。通過可編程邏輯器件3內(nèi)譯碼器10的譯碼操作可以靈活的把數(shù)字信號處理器2的地址長線分配給異步通訊模塊6，實現(xiàn)數(shù)字信號處理器2通過長線收發(fā)模塊5與異步通訊模塊6之間的數(shù)據(jù)交換；數(shù)字信號處理器2可以通過外部模擬輸入接口接收外部模擬信號。數(shù)字信號處理器2通過對接收數(shù)據(jù)采取校正、補償?shù)人欧刂扑惴ǖ奶幚磔敵稣{(diào)寬波，通過長線驅(qū)動器4增強信號驅(qū)動能力和隔離保護驅(qū)動直流電機工作。通過讀取數(shù)字信號處理器2的GPIO引腳的狀態(tài)可以在調(diào)寬波的單極和雙級驅(qū)動方式間切換；通過讀取由外部I/O引腳進入的控制信號狀態(tài)，由第一級保護電路12和第二級保護電路13實現(xiàn)對調(diào)寬波輸出的保護，例如死機或者程序不受控時關(guān)斷調(diào)寬波輸出；通過讀取由外部I/O引腳進入的限位信息來判斷受控對象是否進入限位狀態(tài)，由限位保護電路11和第二級保護電路13實現(xiàn)實時的采取措施以防止直流電機超出限位保護區(qū)域。
由于TMS320F2811數(shù)字信號處理器的數(shù)據(jù)長線電壓為3.3V，而異步通訊芯片TL16c554的數(shù)據(jù)長線電壓是5V左右，因而在TMS320F2811數(shù)字信號處理器與異步通訊芯片TL16c554的長線連接之間增加長線收發(fā)器芯片起到隔離保護的作用。
TMS320F2811數(shù)字信號處理器本身具有12位的ADC，本發(fā)明只選用了4路通道，模擬信號輸入范圍為0-3V。
權(quán)利要求
1.一種基于DSP的直流電機伺服控制卡，其特征在于包括電源轉(zhuǎn)換模塊(1)，數(shù)字信號處理器(2)，可編程邏輯器件(3)，長線驅(qū)動器(4)，長線收發(fā)模塊(5)，異步通訊模塊(6)，TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路(7)，過流保護電路(8)；電源轉(zhuǎn)換模塊(1)分別與數(shù)字信號處理器(2)、可編程邏輯器件(3)、異步通訊模塊(6)相連，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換外部電源的電壓以提供給數(shù)字信號處理器(2)、可編程邏輯器件(3)、異步通訊模塊(6)；數(shù)字信號處理器(2)通過可編程邏輯器件(3)、長線收發(fā)模塊(5)與異步通訊模塊(6)相連，異步通訊模塊(6)通過TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路(7)、過流保護電路(8)與RS422外部串行接口相連；數(shù)字信號處理器(2)通過異步通訊模塊(6)、TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路(7)、過流保護電路(8)與RS422外部串行接口進行通訊，可編程邏輯器件(3)用于中斷管理和譯碼操作；數(shù)字信號處理器(2)與外部模擬輸入接口相連，接收外部模擬信號；數(shù)字信號處理器(2)通過可編程邏輯器件(3)與長線驅(qū)動器(4)相連，輸出調(diào)寬波驅(qū)動電機；可編程邏輯器件(3)與外部I/O接口相連，通過讀取由外部I/O接口引腳進入的控制信號狀態(tài)實現(xiàn)對調(diào)寬波的輸出保護。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的直流電機伺服控制卡，其特征在于異步通訊模塊(6)由兩片異步通訊芯片組成，長線收發(fā)模塊(5)由兩片長線收發(fā)器芯片組成，TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路(7)由4片TTL/RS422轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP的直流電機伺服控制卡，其特征在于可編程邏輯器件(3)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括中斷管理模塊(9)，譯碼器(10)，限位保護電路(11)，第一級保護電路(12)，第二級保護電路(13)，其中限位保護電路(11)由兩個限位保護模塊組成，第一級保護電路(12)由兩個與門構(gòu)成，第二級保護電路(13)由兩個保護模塊構(gòu)成；數(shù)字信號處理器(2)通過中斷管理模塊(9)與兩片異步通訊芯片相連，由中斷管理模塊(9)對異步通訊芯片輸入的中斷進行實時響應(yīng)和優(yōu)先級管理；數(shù)字信號處理器(2)通過譯碼器(10)、兩片長線收發(fā)器芯片與兩片異步通訊芯片相連，通過譯碼來實現(xiàn)兩片異步通訊芯片的長線隔離；外部I/O分別與限位保護電路(11)、第一級保護電路(12)相連，限位保護電路(11)、第一級保護電路(12)分別與第二級保護電路(13)相連，數(shù)字信號處理器(2)的調(diào)寬波輸出端通過第二級保護電路(13)與長線驅(qū)動器(4)相連，通過讀取由外部I/O引腳進入的控制信號狀態(tài)和限位信息，實現(xiàn)對調(diào)寬波的輸出和限位保護。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的直流電機伺服控制卡，其特征在于數(shù)字信號處理器(2)采用型號為TMS320F2811，可編程邏輯器件(3)采用Altera公司出品的芯片EPM3256，異步通訊模塊(6)采用TI公司出品的異步通訊芯片TL16c554，長線收發(fā)模塊(5)采用TI公司出品的長線收發(fā)器芯片SN74ALS245A，長線驅(qū)動器(4)采用TI公司出品的SN74HC244，TTL/RS422轉(zhuǎn)換電路(7)采用TTL/RS422轉(zhuǎn)換芯片SN75174和SN75175，過流保護電路(8)采用TVS二極管保護電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DSP的直流電機伺服控制卡，其特征在于TMS320F2811數(shù)字信號處理器(2)的GPIO引腳與第二級保護電路(13)調(diào)寬波輸入端相連；外部中斷輸入引腳通過中斷管理模塊(9)與異步通訊芯片的中斷輸出引腳相連；9位地址長線(AD3-AD10)通過譯碼器(10)與長線收發(fā)器芯片的控制引腳、異步通訊芯片片選引腳相連；8位數(shù)據(jù)長線通過長線收發(fā)器芯片與異步通訊芯片數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳相連；復(fù)位引腳分別和可編程邏輯器件(3)的復(fù)位端、異步通訊芯片復(fù)位端相連；異步通訊芯片的串行通訊接口通過TTL/RS422轉(zhuǎn)換芯片SN75174、SN75175與TVS二極管保護電路相連，TVS二極管保護電路與RS422外部串行接口相連。
全文摘要
一種屬于伺服控制技術(shù)領(lǐng)域的基于DSP的直流電機伺服控制卡，采用數(shù)字信號處理器作為中心處理器件，利用可編程邏輯器件譯碼、管理中斷，通過異步通訊模塊實現(xiàn)與RS422外部串行接口進行通訊，通過對接收數(shù)據(jù)采取校正、補償?shù)人欧刂扑惴ǖ奶幚磔敵稣{(diào)寬波，驅(qū)動電機工作；數(shù)字信號處理器通過讀取外部模擬信號接口的模擬輸入信號實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換功能。可編程邏輯器件通過讀取外部I/O接口的控制信號狀態(tài)實現(xiàn)對調(diào)寬波的輸出保護。本發(fā)明集成度高、體積小，并且具有PWM的占空比、頻率、死區(qū)時間可調(diào)，修改設(shè)計方便、適應(yīng)性強的特點，是一種高速、易于調(diào)試、接口豐富且針對性強、質(zhì)優(yōu)價低的用于伺服系統(tǒng)的控制器。
文檔編號H02P7/00GK1897450SQ20051001726
公開日2007年1月17日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者孟浩然, 于洪君, 陳長青 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所