专利名称：一种基于dsp的振动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及振动控制器，尤其是涉及一种基于DSP的振动控制器。
背景技术：
随着对结构与产品的动态性能、可靠性和环境适应性等要求的不断提高，极 大的推动了振动试验和振动控制等领域技术的发展，同时也对模拟振动环境的
振动试验设备和控制系统的振动控制性能提出了越来越高的要求除了良好的 控制的线性度和相对误差外；对相位也提出了较为严格的要求，即系统振动控 制响应速度要快，控制要具有很强的实时性。传统的振动试验设备和控制系统 难以满足要求，迫使人们进一步寻求新的解决途径。
目前，提高控制系统的控制性能主要是通过硬件上嵌入处理器或采用以微 机、数模转换电路和软件为基本架构的虚拟仪器来实现的。
上述两种方案中，整个控制系统主要功能"--是信息的控制计算处理，
包括信息的振动控制算法的计算处理和外部振动状态信息的计算处理；二是实 现对包括模数转换电路和数模转换电路等在内的其它电路的硬件控制管理—— 全部由嵌入处理器或微机来实现，显然，对于前者，嵌入处理器有限的内部资 源和硬件控制资源将极大的限制其控制精度和控制响应速度等性能的提升空 间，故这种硬件架构并不能充分满足振动试验技术和振动控制技术等领域的应 用要求，尤其在需要进行复杂控制算法计算或多点外部振动状态信息采集的硬 件扩展的应用方面。同时，由于控制计算处理与硬件控制管理的资源分配上存 在矛盾统一的关系，其资源的优化配置在一定程度上也影响到控制性能和硬件 的可扩展性。虽然，理论上提高嵌入处理器的性能，在一定程度上能够提高系 统的控制性能，但是，实际上限于嵌入处理器本身设计制造技术和性价比，这 种提升也是非常有限。对于后者，虽然微机的资源相对比较充足，可以实现较 高的处理精度，但微机系统的运作特性使其在控制信息实时处理上的性能提高 非常有限，并不能充分满足振动试验技术和振动控制技术等领域中动态性能要 求较高的振动应用。 发明内容
为解决背景技术所存在的控制相对误差大，控制实时性不强，硬件控制能 力薄弱，难以适应振动试验技术和振动控制领域较高的要求；本实用新型的目的在于提供了有很强信息处理能力，控制精度高，控制实时性强，易于实现硬 件扩展的一种基于DSP的振动控制器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是
包括PC接口处理电路，DSP数据处理电路，可编程逻辑处理电路，模数转 换电路，模拟输入调理电路，数模转换电路，模拟输出调理电路和供电电路； 其中PC接口处理电路通过接口与PC相连接，DSP数据处理电路与PC接口处理 电路、可编程逻辑电路分别通过相应的数据总线相连接，可编程逻辑处理电路 通过数字信号引出线与模数转换电路和数模转换电路相连接，模数转换电路通 过模拟信号输入引出线与模拟输入调理电路相连接，数模转换电路通过模拟信 号输出引出线与模拟输出调理电路相连接，供电电路给各电路模块提供直流电 源。
所述的DSP数据处理电路与PC接口处理电路相连接的数据总线为HPI数据 总线，DSP数据处理电路采用的DSP数据处理芯片为32位浮点型DSP数据处理 心片。
所述的可编程逻辑处理电路与DSP数据处理电路相连接的数据总线为外部 数据总线，所述的可编程逻辑处理电路采用的可编程逻辑芯片为XILIINX的 SPARTAN2E系列芯片。
所述的模数转换电路采用的模数转换芯片为分辨率24Bit、转换频率最高 192KHz的模数转换芯片。
所述的数模转换电路采用的数模转换芯片为分辨率24Bit、转换频率最高 192KHz的数模转换芯片。
PC接口处理电路与PC相连接的接口为USB2. 0接口 。
所述的模拟输入调理电路包括模拟差分输入信号调理电路、电压跟随电路、 单端信号转差分信号电路和抗混叠滤波电路，其采用的运算放大调理芯片为低 噪声、高精度的0PA132系列。
所述的模拟输出调理电路包括差分放大电路和滤波电路；其采用的放大调 理芯片为低噪声、高精度的0PA132系列。
所述的供电电路包括+1.2V产生电路、+1.8V产生电路、+3.3V产生电路、 +12V产生电路和-12V产生电路；其采用的转换芯片为TPS54310、 TPS70302、 LM7812和LM7912。
本实用新型用于实现与PC信息交换的PC接口处理电路，用于数字信息处 理的DSP数据处理电路，用于产生逻辑控制信号和实现信息计算预处理的可编程逻辑处理电路，对模拟信息实现数字信息转换的模数转换电路，对模拟输入 信号进行模拟处理的模拟信号输入调理电路，实现数字信号转换为模拟信号的 数模转换电路，对模拟信号进行调理输出的模拟输出调理电路，给各个电路模 块提供电源支持的供电电路。其中，DSP数据处理电路与可编程逻辑电路分别通
过外部总线相连接，其采用的DSP数据处理芯片为32位浮点型DSP数据处理芯 片；可编程逻辑处理电路通过数字信号引出线与模数转换电路和数模转换电路 相连接，模数转换电路采用的模数转换芯片为分辨率24Bit、转换频率最高 192KHz的模数转换芯片；数模转换电路采用的数模转换芯片为分辨率24Bit、 转换频率最高192KHz的模数转换芯片。
本实用新型创造性地采用DSP数据处理电路与可编程逻辑电路来共同实现 振动控制的核心控制处理可编程逻辑电路可以直接实现外围硬件资源控制和 信息计算预处理，使数据处理器DSP能更加充分的发挥其数据信息处理的能力， DSP数据处理电路与编程逻辑电路经由DSP的外部总线进行协调处理，使控制信 息计算处理与硬件控制资源分配最优化。同时，配置分辨率24bit、转换率最高 达192KHZ的模数转换电路，可以将模拟信号输入调理电路输入的模拟信息进行 精确即时的转换，以提供给DSP数据处理电路与可编程逻辑电路进行计算和控 制处理，其信息精度和处理实时性显著提高，并通过分辨率24bit、转换率最高 达192KHz的数模转换电路和模拟输出调理电路，可以即时的将经由DSP数据处 理电路通过对输入信息计算处理得出的控制信息精确输出并修正振动控制，从 而实现高精度、实时的闭环振动控制。
另外，通过PC接口处理电路，DSP数据处理电路可以与PC进行信息交换， 通过软件支持，从而实现振动控制现场可编程和外部振动信息的实时显示。
与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果
1. 结合了数字处理器DSP、可编程逻辑器件、高速精密模数转换芯片和高 速精密数模转换芯片。在可编程逻辑器件的硬件控制的基础上，通过模数转换 芯片即时准确对外部振动状态信息进行采集，配合数字处理器DSP的数据实时 处理能力，经由数模转换芯片将DSP实时处理得出的数字控制信息进行精确高 速转换输出，极大的提高了控制的精度和实时性。
2. 结合了数字处理器DSP的数据处理能力和可编程逻辑器件的可编程技术。 通过编程逻辑器件的可编程技术，可以直接实现外围硬件资源控制和信息计算 预处理，可以更加充分的发挥数字处理器DSP的数据处理能力，同时硬件控制 能力强，易于实现硬件扩展，通过软件算法支持，可以充分满足振动控制领域的要求。
3. 在共享总线资源的基础上，通过DSP外部总线对数字处理器DSP和可 编程逻辑器件进行协调处理，可以使信息计算处理与硬件控制资源最优化。
4. 结构合理，制造成本低。
图1是本实用新型的原理结构框图。 图2是本实用新型中的PC接口处理电路的结构图。 图3是本实用新型中的DSP数据处理电路的结构图。 图4是本实用新型中的可编程逻辑处理电路的结构图。 图5是本实用新型中的模数转换电路的结构图。 图6是本实用新型中的模拟输入调理电路的结构图。 图7是本实用新型中的数模转换电路的结构图。 图8是本实用新型中的模拟输出调理电路的结构图。 图9是本实用新型中的供电电路的结构图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的 说明。
如图1所示， 一种基于DSP的振动控制器，包括PC接口处理电路1， DSP 数据处理电路2，可编程逻辑处理电路3，模数转换电路4，模拟输入调理电路 5，数模转换电路6，模拟输出调理电路7和供电电路8。 DSP数据处理电路与 PC接口处理电路、可编程逻辑电路分别通过HPI数据总线、外部总线相连接， 可编程逻辑处理电路通过数字信号引出线与模数转换电路和数模转换电路相连 接，模数转换电路通过模拟信号输入引出线与模拟输入调理电路相连接，数模 转换电路通过模拟信号输出引出线与模拟输出调理电路相连接，供电电路给各 电路模块提供直流电源。
工作过程如下通过的可编程逻辑处理电路的硬件控制管理，模拟输入调 理电路对外部振动模拟信息进行采集、调理，通过模数转换电路对模拟信号实 现数字信号转换，并提供给可编程逻辑处理电路进行计算预处理，其数据通过 外部总线传输DSP数据处理电路，在其进行控制策略等处理后，输出数字控制 信息，并经由数模转换电路转换为模拟信息，通过模拟输出调理电路进行调理 输出控制外部作动器，从而可以实现闭环控制；同时，通过PC接口处理电路， DSP数据处理电路可以与PC进行信息交换，通过软件支持，从而实现振动控制现场可编程和外部振动信息的实时显示。
如图2所示，PC接口处理电路1:包括接口管理芯片U12，有源晶振Z3。接 口管理芯片主要实现将HPI数据总线协议框架下的数据信息与PC的USB2. 0进 行通信。其中有源晶振给管理芯片提供时钟频率。
PC接口处理电路1与DSP数据处理电路2相连的信号线有
1. HPI数据总线HD[0: 15]
2. HPI控制线:HCNT[0: l]、 HCS、 HDS、 HRDY、 HRW、 HHWIL;
3. HPI中断线HINT;
4. DSPREST，提供DSP处理器复位；
如图3所示，DSP数据处理电路2:包括32位浮点型DSP处理器芯片U5， 有源晶振Z1， SDRAM存储器U8。这部分电路实现DSP处理器进行数字信号处理 的工作平台。其中有源晶振给DSP处理器芯片提供时钟频率；SDRAM存储器给 DSP处理器芯片提供外部存储器资源。
PC接口处理电路1与DSP数据处理电路2相连的信号线有
1. HPI数据总线HD[0: 15]
2. HPI控制线:HCNT[0: l]、 HCS、 HDS、 HRDY、 HRW、 HHWIL;
3. HPI中断线HINT;
4. DSPREST，提供DSP处理器复位；
DSP数据处理电路2与可编程逻辑处理电路3相连的信号线有
1. 外部总线地址线1EA[21: 0]，并行传输地址；
2. 外部总线数据线:1ED[31: 0]，并行传输数据；
3. 外部总线控制线AWE、 A0E、 CE2和ECLK、 INT提供数据读写控制。 如图4所示，可编程逻辑处理电路3:包括可编程逻辑芯片U14，有源晶振
Z5。这部分电路通过外部总线与DSP数据处理电路2进行通信，实现数据信息 的预处理、外围硬件的控制管理和在线可编程。有源晶振给提供时钟频率。 DSP数据处理电路2与可编程逻辑处理电路3相连的信号线有
1. 外部总线地址线:1EA[21: 0]，并行传输地址；
2. 外部总线数据线1ED[31: 0]，并行传输数据；
3. 外部总线控制线:AWE、 A0E、 CE2和ECLK， INT提供数据读写控制。
可编程逻辑处理电路3与模数转换电路4相连的信号线有
l.控制线:ADSCLK、 ADLRCK、 ADMCLK、 ADCKS[1: 0] 、 ADDFS[1: 0]禾口 ADHPFE;2. 数据线ADSDATA[1: 0];
3. 复位线/ADRST，提供模数转换芯片复位；
可编程逻辑处理电路3与数模转换电路6相连的信号线有
1. 控制线DASCLK、 DALRCK、 DAMCLK， /DAMUTEC， /DAMUTE和DASMC;
2. 数据线DASDATA，数字输入线；
3. 复位线/DARST，提供数模转换芯片复位。
如图5所示，模数转换电路4:包括分辨率24bit、转换率最高达192KHz 的模数转换芯片U17。这部分电路实现模拟信号的数字转换。 可编程逻辑处理电路3与模数转换电路4相连的信号线有
1. 控制线:DSCLK、亂RCK、 ADMCLK、 ADCKS[1: 0] 、 ADDFS[1: 0]和ADHPFE;
2. 数据线ADSDATA[1: 0];
3. 复位线/ADRST，提供模数转换芯片复位。 模数转换电路4与模拟输入调理电路相连的信号线有 模拟差分信号线CHAINL+， CHAINL-， CHAINR+， CHAINR-，给模数转换芯
片提供模拟输入；
如图6所示，模拟输入调理电路5:主要实现对外部振动信息的调理，其包 括模拟差分输入信号调理电路、电压跟随电路、单端信号转差分信号电路和抗 混叠滤波电路，共采用了三片0PA132系列的双运放芯片。其中U2分别构成一 个模拟差分输入信号调理电路和电压跟随电路，以实现前级的信号的调理，U3 和U4分别构成三个反相放大电路，将单端信号转换成差分信号，以满足模数转 换芯片的差分输入，R22、 R23和C19组成一个抗混叠滤波电路，对差分信号进 行抗混叠滤波。
模数转换电路4与模拟输入调理电路5相连的信号线有 模拟差分信号线CHAINL+， CHAINL-， CHAINR+， CHAINR-;给模数转换芯 片提供模拟输入-，
如图7所示，数模转换电路6:包括分辨率24bit、转换率最高达192KHz 的数模转换芯片U16。这部分电路实现数字信号的模拟转换。 可编程逻辑处理电路3与数模转换电路6相连的信号线有
1. 控制线:DASCLK、 DALRCK、 DAMCLK， /D認UTEC， /DA^WTE和DASMC;
2. 数据线DASDATA，数字输入线；
3. 复位线/DARST，提供数模转换芯片复位。 数模转换电路6与模拟输出调理电路7相连的信号线有模拟差分信号线CH0UTL+， CH0UTL-， CH0UTR+， CH0UTR-，提供模拟输出； 如图8所示，模拟输出调理电路7:这部分电路实现对数模转换芯片输出的 模拟信息进行调理，包括差分放大电路和滤波电路，共采用了一片0PA132系列 的双运放芯片U9。其中R252和C172、 R258和C175分别构成RC滤波电路，对 差分输入信号进行滤波处理，运放U9构成一个差分放大电路，以实现的信号的 调理输出，。
数模转换电路6与模拟输出调理电路7相连的信号线有 模拟差分信号线CH0UTL+， CH0UTL-， CH0UTR+， CH0UTR-，提供模拟输出； 如图9所示，供电电路8主要是产生+12V、 +3. 3V、十1.8V、十1.2V和-12V， 给其它电路模块提供电源，包括+1.2V产生电路、+1.8V产生电路、+3.3￥产生 电路、+12V产生电路和-12V产生电路；其釆用的转换芯片为TPS54310、TPS70302、 LM7812和LM7912。其中LM7812及其相关电路产生+12V、 LM7912及其相关电路 产生-12V、TPS54310及其相关电路产生+1. 2V、TPS70302及其相关电路产生+3. 3V 和+1. 8V。 +12V和-12V主要是给模拟输入调理电路5和模拟输出调理电路7提 供电源；+3. 3V、 +1. 8V和+1. 2V给其余模块提供电源。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用 新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或 补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权 利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了DSP数据处理电路2、可编程逻辑处理电路3、模数 转换电路4、数模转换电路6、 HPI总线、外部总线和数字信号线等术语，但并 不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释 本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神 相违背的。
权利要求1.一种基于DSP的振动控制器，其特征在于包括PC接口处理电路(1)，DSP数据处理电路(2)，可编程逻辑处理电路(3)，模数转换电路(4)，模拟输入调理电路(5)，数模转换电路(6)，模拟输出调理电路(7)和供电电路(8)；其中PC接口处理电路(1)通过接口与PC相连接，DSP数据处理电路(2)与PC接口处理电路(1)、可编程逻辑电路(3)分别通过相应的数据总线相连接，可编程逻辑处理电路(3)通过数字信号引出线与模数转换电路(4)和数模转换电路(6)相连接，模数转换电路(4)通过模拟信号输入引出线与模拟输入调理电路(5)相连接，数模转换电路(6)通过模拟信号输出引出线与模拟输出调理电路(7)相连接，供电电路(8)给各电路模块提供直流电源。
2. 根据权利要求1所述的一种基于DSP的振动控制器，其特征在于所述 的DSP数据处理电路(2)与PC接口处理电路(1)相连接的数据总线为HPI数 据总线，DSP数据处理电路(2)采用的DSP数据处理芯片为32位浮点型DSP 数据处理芯片。
3. 根据权利要求1所述的一种基于DSP的振动控制器，其特征在于所述 的可编程逻辑处理电路(3)与DSP数据处理电路(2)相连接的数据总线为外 部数据总线，所述的可编程逻辑处理电路(3)采用的可编程逻辑芯片为XILIINX 的SPARTAN2E系列芯片。
4. 根据权利要求1所述的一种基于DSP的振动控制器，其特征在于所述 的模数转换电路(4)采用的模数转换芯片为分辨率24Bit、转换频率最高192KHz 的模数转换芯片。
5. 根据权利要求1所述的一种基于DSP的振动控制器，其特征在于所述 的数模转换电路(6)采用的数模转换芯片为分辨率24Bit、转换频率最高192KHz 的数模转换芯片。
6. 根据权利要求1所述的一种基于DSP的振动控制器，其特征在于PC 接口处理电路(1)与PC相连接的接口为USB2.0接口。
7. 根据权利要求1所述的一种基于DSP的振动控制器，其特征在于所述 的模拟输入调理电路(5)包括模拟差分输入信号调理电路、电压跟随电路、单 端信号转差分信号电路和抗混叠滤波电路，其采用的运算放大调理芯片为低噪 声、高精度的0PA132系列。
8. 根据权利要求1所述的一种基于DSP的振动控制器，其特征在于所述的模拟输出调理电路(7)包括差分放大电路和滤波电路；其采用的放大调理芯 片为低噪声、高精度的0PA132系列。
9.根据权利要求1所述的一种基于DSP的振动控制器，其特征在于所述的供电电路(8)包括+1.2V产生电路、+1.8V产生电路、+3. 3V产生电路、+12V 产生电路和-12V产生电路；其采用的转换芯片为TPS54310、 TPS70302、 LM7812 和LM7912。
专利摘要本实用新型公开了一种基于DSP的振动控制器。PC接口处理电路通过接口与PC相连接，DSP数据处理电路与PC接口处理电路、可编程逻辑电路分别通过相应的数据总线相连接，可编程逻辑处理电路通过数字信号引出线与模数转换电路和数模转换电路相连接，模数转换电路通过模拟信号输入引出线与模拟输入调理电路相连接，数模转换电路通过模拟信号输出引出线与模拟输出调理电路相连接，供电电路给各电路模块提供直流电源。本实用新型提供了有很强信息处理能力，控制精度高，控制实时性强，易于实现硬件扩展，在共享总线资源的基础上，通过DSP外部总线对数字处理器DSP和可编程逻辑器件进行协调处理，可以使信息计算处理与硬件控制资源最优化。
文档编号G05B19/04GK201134024SQ20072030331
公开日2008年10月15日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者刘宝华, 周建川, 平 沈, 贺惠农 申请人:杭州亿恒科技有限公司