> 基于CPCI总线的运动控制卡的设计
基于CPCI总线的运动控制卡的设计
Time: 10:34:00&&Author:&&Source:现代电子技术
关键字：,,,,
卫巍，张为公，何莉(东南大学 仪器科学与工程学院& 江苏 南京& 210096)1 引& 言近年来，随着对系统可靠性需求的日益增加，CPCI总线以其独特的优势被广泛地应用在工业控制中。由于CPCI总线支持热插拔，这种方式就保证在不影响系统运行的前提下，可以对其中的任意板卡进行检测及维修。这样就提高了基于CPCI总线的运动控制系统的灵活性，同时对应用在该系统上的运动控制卡的需求也会越来越大。因此急需开发一款基于CPCI总线的、高性能、高可靠性的运动控制卡以满足运动控制系统发展的需要。2 CPCI总线简介CPCI全称为CompactPCI，中文又称紧凑型PCI，是国际PICMG协会于1994年提出来的一种总线接口标准。它是以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线。CPCI总线相对于PCI具有以下优点：(1)具有更好的机械特性。它增强了电信设备或其他恶劣工业环境中的PCI系统的可维护性和可靠性；(2)采用Eurocard封装，系统中气流均匀；(3)CompactPCI连接器的电源和信号引线支持热插拔规范，这对于容错系统是非常重要的，也是标准PCI所不能实现的功能；(4)总线易于扩展，可同时支持多达256个标准的PCI总线设备；(5)CompactPCI背板的连接器插针分为长针、中长针和短针。长针是一些电源针，最短的针是BD-SEL#，其他总线信号和部分电源信号是中长针。3 硬件设计该运动控制卡的系统结构图如图1所示。系统采用专用接口芯片PCI9030实现运动控制芯片MCX314与CPCI总线的高速通信；使用时通过正确配置E2PROM(93CS66L)的参数来完成PCI9030的初始化；用热插拔控制器LTC1643L实现运动控制卡的热插拔功能。下面对各个部分进行一一介绍：3.1 CPCI总线接口由于CPCI总线规范较为复杂，为了降低设计难度，缩短开发时间，本系统采用采用PLX公司的专用接口芯片PCI9030实现CPCI的总线接口。PCI9030是业界首个支持热交换的接口芯片，为CPCI接口提供了优秀的解决方案。它采用SMARTarget技术，可以保证高性能的热交换实施功能，可以支持具有热交换功能的PICMG2.1目标设备，并且符合PCIv 2.2规范所规定的32位33 MHz目标接口功能，可以获得高达132 MB／s的PCI突发传输速度，局部总线操作速度高达60 MHz，支持5个局部地址空间到PCI总线地址空间的映射(空间0，1，2，3，4及1个扩展的ROM)，传输等待周期及总线宽度可编程。另外，PCI9030内含预充电BIOS、早期电源支持、热交换控制／状态寄存器(HS-CSR)和附加引脚资源，可利用这些资源以及ENUM#，CPCISW和LEDon#实现运动控制板卡的带电热插拔的软硬件控制。由于PCI9030完全符合PCIv2.2规范，所以只需将对应管脚互联即可，这里不再赘述。但需注意要将需要预充电的总线引脚上拉至预充电电压，PME#，RST#，ENUM#，INTA#上拉至PCI的I／O工作电压VI／O，且RST#接至总线HEALTH#与PCI-RST#的组合逻辑输出端。3.2&E2PROM与PCI9030连接E2PROM用来对完成PCI9030的初始化，在整个系统中起着极其重要的作用。本系统的E2PROM选用National公司的NM93CS66L。它是一个4 kB的低功耗串行存储器，用来存储PCI9030的配置信息并在芯片复位时进行加载，从而使运动控制卡具有即插即用的功能。其与PCI9030的连接原理图如图2所示。其中，NM93CS66L的片选信号CS、串行时钟信号SK、数据输入DI和数据输出信号DO分别与PCI9030对应的信号相连；保护寄存器使能信号PRE接地来使能对存储空间的操作，同时禁止对保护寄存器的操作；编程使能信号PE接3.3 V来允许对存储区的操作。3.3&热插拔控制器与CPCI总线的连接为了使板卡在热插拔的过程中，不对CPCI总线产生冲击，不影响CPCI总线上数据的传输，则需要一个良好的电源切换控制电路。这里选用LTC1643AL实现这一功能。LTC1643AL与CPCI总线的连接原理图如图3所示。在上电过程中，3.3 V和5 V电源由N沟道通路晶体管控制通断，±12 V电源由内部通路晶体管控制。电阻R1和R2提供电流失效检测，R5和C1提供电流补偿，R3和R4用来防止在Q1和Q2处的高频震荡。当ON#脚被拉低时，通路晶体管被打开且将有22μA的电流源连接到TIMER脚。随着经过通路晶体管电流的逐渐增加，供电电压达到限制值。每种电源的上电速率由62μA／C1所决定。在TIM-ER脚的电压小于12 VIN-0.9 V的过程中，电流限制失效检测被忽略。一旦4种供电电压达到正常范围，PWRGD#将会被拉低。对于CPCI数据总线的1 V预充电电压由LT1117生成，其输出电压设定在1.8 V，经过二极管1N4148后产生1 V的预充电电压。3.4 MCX314与PCI9030的连接MCX314是日本Nova公司推出的4轴运动专用控制集成电路，能用于步进电机或脉冲型伺服驱动的位置、速度和插补控制，可用于工业自动化设备、工业机器人、测量设备、办公设备和家用电器等。其可以进行各轴(x轴、y轴、z轴、u轴)独立的定位控制、速度控制，也可在4轴中选择任意的2轴做圆弧插补、2或3轴做直线插补，插补精度是±0.5LSB。默认输入时钟为16 MHz，脉冲输出速度最高可达4 MPPS。MCX314还有伺服电机反馈输入(编码器信号、到位信号和报警信号)、加／减速驱动、软硬件限位、自动原点搜索、同步动作、输入信号滤波等功能。MCX314能与8位或16位数据总线相连，其所有的功能都是通过读写内部命令寄存器、数据寄存器、状态寄存器和模式寄存器而实现。各轴都有32位的逻辑位置计数器(对输出的驱动脉冲计数)、实际位置计数器(对外部编码器计数)和比较寄存器，实现位置的闭环控制。各轴都有4个通用输入(可用于限位、原点信号输入)和4或8个通用输出(通过软件设置来实现)。MCX314与PCI9030的连接原理图如图4所示。PCI9030具有可编程的片选信号，可通过配置片选基地址寄存器使得在某一局部地址范围内产生片选信号，这样就节省了译码电路，使得应用更加方便。通过对局部地址总线寄存器进行配置，将PCI9030的数据总线配置为16位，此时LBEI#就作为LAl来使用。由于本设计采取的是地址、数据线非复用方式，则将MODE接地，且为了保证数据总线的所有数据均可用将分别代表高8位数据有效和低8位数据有效的LBE3#，LBE0#置低。为了将MCX314配置为16位数据总线，将H16L8置高，且将测试管脚和外部单步插补控制脚置高，即不允许硬件外部单步插补。其余与电机驱动器连接如图4所示，这里不再赘述。需要注意的是，如果编码器存在Z相，则只需将Z相接至任何一个通用输入端，通过软件实现对编码器的读取。4 驱动程序的编写经过对同类驱动开发工具的比较，决定采用Wind-Driver开发驱动程序。这个开发工具不必熟悉操作系统的内核知识就可以快速地开发出驱动程序，对于开发者来说很方便。在开发过程中，使用向导生成的驱动程序框架代码，然后在此基础上略加修改，就可以在用户模式下调试代码。具体流程如下：在Driver Wizard界面下，选中自己的设备并生成安装信息，点击下一步对I／O、内存等资源进行调试，并完成对工作寄存器的配置，然后生成相应代码，最后在驱动程序中添加自己所需的代码即可完成驱动程序的编写工作。5 结& 语本运动控制卡已经在汽车驾驶机器人的控制系统中得到应用。应用结果表明本运动控制卡性能稳定，接口丰富，应用方便，可以通过对寄存器的操作轻易地完成对4个轴实时有效的运动控制，具有良好的应用前景。
尊重网上道德，遵守《全国人大常委会关于维护互联网安全的决定》及中华人民共和国其他各项有关法律法规
严禁发表危害国家安全，破坏民族团结、国家宗教政策和社会稳定，含侮辱、诽谤、教唆、淫秽等内容的作品
承担一切因您的行为而直接或间接导致的民事或刑事法律责任
您发表的作品，本网有权在网站内保留、转载、引用或者删除
参与本评论即表明您已经阅读并接受上述条款
Loading...
Loading...
Loading...GOOGOLTECH 固高运动控制器 运动控制卡 GT系列
微信二维码
该商品尚不支持在线交易，建议选购支持的商品。若您直接向卖家转账付款，可能存在资金风险。
暂无炫铺分类
公司名称：
厦门伟迪康科技有限公司
联&系&人：
姜欢 &精密机械部 网络推…
联系方式：
<li alt="010-" title="010-0-
(专属客服：屈佳)
联系我时，请说是在慧聪网上看到的，谢谢！
店家邀请你留下联系方式
留下联系方式，可以方便卖家主动找到你，拥有更多的商机
电话号码：
你也可以！
发采购信息
请输入用于接收短信的手机号码
发送成功！
慧聪已向手机号码“”发送一条短信，请查收！由于使用人数较多，可能会有延迟，请耐心等待！
超过次数限制!
您也可以，让卖家主动找您！
超过次数限制!未登录用户仅可免费使用5次。
成功加入采购单!
当前采购单共3种货品
成功加入采购单!
当前采购单共3种货品
不能购买自己发布的产品！
选中货品中含失效货品，无法完成下单，可能是：
1.货品库存不足
2.货品已过期，或被卖家删除
3.货品不支持在线交易基于FPGA的PCI接口运动控制卡的研究(2稿)64-第10页
上亿文档资料，等你来发现
基于FPGA的PCI接口运动控制卡的研究(2稿)64-10
在变速运动中，将D9置1，当在移动方向上SD处于；频率将从FH降到FL，并且MCM将保持以频率FL；III.预置模式操作位D10；将D10置1，且需要输出的脉冲数已写入到预置寄存；命令将启动MCM发脉冲，同时每输出一个脉冲使预置；IV.移动方向位D11；将D11置0选择正方向运动；置1选择负方向运动；V.自动降速点设置位D12；将D12置0，将降速点写入寄存
在变速运动中，将D9置1，当在移动方向上SD处于低电平时，输出脉冲频率将从FH降到FL，并且MCM将保持以频率FL发脉冲；将D9置0，SD?信号将不起作用。III. 预置模式操作位D10将D10置1，且需要输出的脉冲数已写入到预置寄存器R0中时，启动模式命令将启动MCM发脉冲，同时每输出一个脉冲使预置数递减1。当计数器减小到0时，停止发脉冲。如果将D10置0，虽然预置计数器减小，但当计数器减到0时MCM却不停止发脉冲。IV. 移动方向位D11将D11置0选择正方向运动；置1选择负方向运动。V. 自动降速点设置位D12将D12置0，将降速点写入寄存器R6中；在变速运动时，将D12置1，在加速和以高速频率FH输出脉冲过程中，将自动计算降速点。如果寄存器R6中有数值，此数值将作为自动计算的值作为降速点。VI. 当前位置计数器位D13当D13置1，每输出一个正向脉冲，当前位置计数器加1；每输出一个负向脉冲，它减1；置0，当前位置计数器将不计数。3) 输出模式命令（Output mode）I. 脉冲输出模式位D17当D17置0选择普通脉冲模式，POUT将输出脉冲，而PDIR脚输出方向信号，方向信号为高电平时表示正方向，为低电平时表示负方向；置1选择双脉冲模式，POUT将输出正方向脉冲，而PDIR脚输出负方向脉冲。4) 其它控制模式（Other mode） 根据具体应用现场，设置该最高8位值，一般情况置“0”。2. 状态缓冲器状态缓冲器和命令缓冲器占用同一地址段，可以从32Bit状态缓冲器，读取内部信号的状态。1) 停止脉冲输出的中断信号(D0)和启动降速的中断信号(D1)：如果这两个中断原因都有效，则可以检查到哪一个原因引起的中断。 信号SD?的开关状态(D3D2)、信号FUP(D4)、信号FDOWN(D5)和信号LT(D6)： 可以检查到这些信号的开关状态。如果信号SD控制无效，可以检查到此信号的状态。2) 脉冲输出(D7)：当不考虑方向、输出模式和逻辑设置时，可以检查脉冲输出的开关状态。3) 停止原因(D14~D8)：将MCM停止发脉冲时的信号锁存到D14~D8中。通过检查这些状态位，可以判断是哪一个原因使MCM停止发脉冲。锁存的内容直到下一次停止时才改变。4) 信号ALM(D15)：根据由R13的D13设置的输入逻辑，可以检查到信号ALM的开关状态。5) EC?Z计数器的值（D19~D16）：可以检查用于回零的EC?Z计数器的值。通常情况下，该计数器的值是由R13的D19~D16位来设置。当信号SD或ORG（由寄存器R13的D20来决定）有效时，每个信号EC?Z都将使计数器递减计数。当计数器减到0时，下一个信号EC?Z将使MCM停止发脉冲，从而完成回零。之后，计数器复位到由R13的D19~D16设定的值。6) 信号EC?Z (D20)：根据R12的D12设定的输入逻辑，可以检查信号EC?Z的开关状态。7) 位EL? (D24)、EL?(D25)、ORG (D26)的状态：通过读这几位，可以监视这些位的状态。8) 预置计数器状态R0 (D27)、输出脉冲频率状态(D29)和脉冲输出状态(D30)：这些位和下列管脚表示同一状态：D27 （预置计数器R0状态） ＝ 输出脚ZEROD29 （输出脉冲频率状态）
＝ 输出脚FKEEPD30 （脉冲输出状态）
＝ 反相的输出脚HOLD状态9) 信号INT输出状态(D31)：位D31（信号INT输出状态）的状态和INT输出位一样。 4.3 速度模式模块MCM提供了下列两种加/减速模式：图形中各参数之间的关系：
FL?R1?MFH?R2或R3?MF?R?MFUL?(R1?R14)?MR?(R1,R2或R3) FUH?(R2或R3?R14)?MFDL?(R1?R15)?MF?(FL~FH)1. 梯形曲线加/减速 FDH?(R2或R3?R15)?MM是由R7决定的倍率因子如果寄存器R14和R15设置为0或大于（R2或R3－R1）/2，则此模式就初始化了。此模式的加/减速率从头到尾是不断改变的，如图4.2所示。2. S-曲线加/减速如果寄存器R14和R15设置大于0且小于（R2或R3－R1）/2，则此模式就初始化了。在此模式中，在开始和结束处是S-曲线加/减速部分，而在中间是直线加/减速部分，如图4.3所示。脉冲输出模式取决于寄存器R1~R7、R14和R15中的参数。另外，如果在预置模式操作中的移动量太小，则最大脉冲频率自动降低到光滑的S-曲线加/减速所允许的范围内。在这种情况下，移动量越小，则直线加减速部分越短，而且如果没有直线部分，则S-曲线更短。也就是说，对于带有中间直线部分的加减速设置，较小的移动量除去了直线部分。 4.3.1 倍率因子参数将倍率参数写入寄存器R7中，范围是2～1,048,575（FF,FFFHEX）之间。此参数将决定寄存器R1、R2和R3中的脉冲频率的倍率因子M。倍率因子越大，则可选的脉冲频率分辨率越低。因而，通常使用较小的倍率因子。R7和倍率因子M之间的关系如下方程所示：R7?参考时钟?Hz?CLK?在本设计中CLK?60MHz15倍率因子?2M?32768
CLK?R输出脉冲频率F?R?M?R7?32768 4.3.2 脉冲频率FL、FH1、FH2将输出频率FL、FH1、FH2所对应的参数，写入到寄存器R1、R2、R3中，范围是1～8191（1FFFHEX）之间。输出脉冲频率FL、FH1、FH2分别等于R1、R2、R3乘以由R7值决定的倍率因子，FL用于常速操作或变速操作的起点和终点，FH1或FH2用于常速操作或变速操作的高速点。对于变速操作，脉冲频率FH1或FH2应该大于脉冲频率FL。R1?输出脉冲频率?pps?FL?，R2、R3和FH1或FH2，也有同样的关系。 倍率因子M 4.3.3 加速、减速参数寄存器R4、R5将最大加速、减速参数分别写入到寄存器R4、R5中，范围是1～65,535（F,FFFHEX）之间。如果自动降速点功能有效，R5中的参数不起作用，而R4中的参数用于减速。在寄存器R4值和最大加速频率Asu（pps）之间的关系如下方程所示：R4??倍率???参考时钟，Hz??M?CLK 最大加速频率AsuASU在寄存器R5值和最大减速频率Asd（pps）（此处，Asd是实际减速的绝对值）之间的关系如下方程所示：R5??倍率???参考时钟，Hz??M?CLK 最大减速频率ASDASD 4.3.4 S-曲线加速部分寄存器R14将S-曲线加速部分写入到寄存器R14中，范围是1～4,095（FFFHEX）。参考图3.3，S-曲线加速是从FL到?FL??R14?M??和从?FH－?R14?M??到FH。并且中间部分为直线加速部分。如果R14设置为0（缺省值），S曲线加速将根据??FH－FL??2?来形成且没有中间直线加速。为了得到直线加速部分，将寄存器R14??1~?FH?FL???2?M??。在R14和S-曲线加速部分（pps）之间的关系如下方程所示： R14?S曲线加速部分?PPS? 倍率4.3.5 S-曲线减速部分寄存器R15将S-曲线减速部分写入到寄存器R15中，范围是1～4,095（FFFHEX）之间。参考图3.3，S-曲线减速是从FH到?FH－?R15?M??和从?FL??R15?M??到FL，并且中间部分为直线减速部分。如果R15设置为0（缺省值），S-曲线减速将根据??FH－FL??2?来形成且没有中间直线部分的减速。为了得到直线减速部分，将寄存器包含各类专业文献、幼儿教育、小学教育、高等教育、行业资料、各类资格考试、基于FPGA的PCI接口运动控制卡的研究(2稿)64等内容。　
　(论文)题目: 基于 FPGA 的 PCI 通信接口设计与...计算机处理器/存储器与外围 控制部件、扩展卡之间的...2.用 FPGA 实现 PCI 总线接口的方法, VHDL 语言... 　基于PCI总线的四轴运动控制卡的研制_信息与通信_工程...2.3 MCX314as 信号接口电路 MCX314as 是运动控制... 　认知富士交流伺服电机及驱动器的硬件接口电路 2. 认知 MPC2810 运动控制卡的...MPC2810运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主机,基于PCI总线的步进电机或数字式伺服... 　认知富士交流伺服电机及驱动器的硬件接口电路 2. 认知 MPC2810 运动控制卡的...MPC2810运动控制器以IBM-PC及其兼容机为主机,基于PCI总线的步进电机或数字式伺服... 　基于FPGA的PCI接口设计_IT/计算机_专业资料。基于FPGA...2 Pci_t32 MegaCore 的内部结构及外围信号 Pci_...用户设备侧 TARGET 控制模块(local target control ... 　基于PCI运动卡的电机控制系统设计_工学_高等教育_教育...1.2 直流无刷电机控制系统的研究随着各种微处理器的...对于本课题,需要对 PCI 接口芯片 PCI-1710 的相关... 　Automation―&Motion―&PCI-1240 ―&PCI-1240 Utility,如图界面: 2、点击 ...研华公司 PCI-1240 运动控制卡提供基于 WIN98/2000 下 32 位 DLL 驱动编程,... 　1.2PCI_SERVO4 的结构 PCI_SERVO4 控制卡作为开发运动控制系统的平台,其结构...PCI_SERVO4 控制卡的结构示意图如下: 金手指 PCI接口电路 DB 运动控制芯片和... 　2基于PC104总线和FPGA的运动控制接口卡的设计_电子/电路_工程科技_专业资料。基于 PC104 总线和 FPGA 的运动控制接口卡的设计 Design of Motion Control Interface...