基于DSP与FPGA的跟踪伺服运动控制器设计

　　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。

　　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]。

　　使用单极性输出时，采用＋5 V供电；双极性输出时，采用±5 V供电。在此需要用到双极性输出，基准电压源选用LM336-2.5,负电压基准采用反相放大方式产生。为避免外电路对板内数字电路的干扰，需要对数字部分进行光电隔离。具体电路如图3所示。