基于DSP与FPGA的跟踪伺服运动控制
DSP的功能主要通过软件实现，在此主要实现接收上位机指令，完成位置环和速度环反馈的双闭环控制算法，以及速度的PID调节，产生PWM输出。由于实际工作环境较为复杂，所以选用了抗干扰能力强的CAN总线作为与上位机的通信方式，TMS320F2812内部集成了一个eCAN模块，只需增加相应的CAN收发器外围电路就可以实现通信。根据系统采样频率调整事件管理器的定时器，控制寄存器的控制字来设定PWM工作方式和频率，通过调整比较寄存器的数值来改变PWM的占空比，根据功率驱动电路的驱动芯片来设置死区控制寄存器的数值来调整死区时间，通过专用的PWM输出口输出占空比可调的带有死区的PWM信号[7]。
将DSP片上集成的多通道缓冲串口配置成SPI模式,与FPGA内部的SPI模块完成数据交换,从而完成DSP对FPGA的控制。此时DSP上的Mcbsp为SPI通信的主机，FPGA内部的SPI模块为从机，从FPGA读取数据时，只需向从机发送伪数据。这种通信方式避免了占用大量的DSP I/O口资源，速度快，出错率小。
由于TMS320F2812内部集成的12位高速A/D转换器只能输入电压范围在0～3 V以内的模拟信号，因此需要对输入的双极性电压信号进行处理，具体电路如图2所示。为了提高A/D采样精度，需要进行软件校准，基本思想是通过采样已知电压信号来确定偏差。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/151924.htm
2.2 FPGA模块
FPGA选型时综合考虑片上逻辑单元、用户I/O口数量以及功能扩展的需要，根据前期仿真结果选用Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2C8Q208C8，它具有8 256个逻辑单元，138个用户I/O，36个M4KRAM和2个锁相环，内核电压只有1.2 V，具有低成本、低功耗的特点[8,9]。由于FPGA具有高速并行处理能力，所以保证了系统的同步性[10]。它的I/O口支持3.3 V LVTTL电平，与DSP管脚电平兼容，因此不用进行电平转换，可直接连接，使用方便。
FPGA模块主要完成伺服控制器的逻辑接口功能，并可以扩展通用I/O口数量，方便功能扩展。在此主要实现4个模块：串行通信接口模块、SPI模块、D/A接口模块和中断控制模块。其中SPI模块配置成从机工作模式，与DSP的Mcbsp配合完成DSP与FPGA的数据交换。各模块独立并行工作，并由顶层控制模块统一协调控制，具有速度快、可移植性好的特点。
2.3 D/A转换器模块
根据转换通道数、精度和转换速度，D/A转换芯片选择BURR-BROWN公司的DAC7614。它是12位串行数模转换器，4路模拟输出，功耗只有20 mW，单次转换建立时间10 μs[10]。
评论