专利名称：基于dsp的直流电机伺服控制卡的制作方法
技术领域：
本发明属于伺服控制技术领域，涉及一种基于DSP的直流电机伺服控制卡。
背景技术：
目前直流电动机的伺服控制技术在工业生产中有着广泛应用，现代化工业的发展对伺服控制技术提出了越来越高的要求，许多公司开发了基于单片机的伺服控制卡或采用PC-94工业总线的配套板卡。
基于单片机的伺服控制卡具有以下缺点工作频率低，使得许多伺服控制算法难以实现，从而难以提高伺服控制系统的精度；单片机不具备与电动机完全接口的能力，因此需要外扩许多设备，增加了系统发生不可预知错误的机会。
采用PC-94工业总线的针对伺服控制的配套板卡具有以下缺点价格昂贵，而且使用该类产品还需要用户自己制作基础底板，无端增加了成本；体积大、接口复杂；一旦出现故障，难以调试、维修。
发明内容
本发明目的是提供一种基于DSP的直流电机伺服控制卡，采用数字信号处理器(DSP)对接收数据进行校正、补偿等伺服控制算法的处理，输出调宽波(PWM)对直流电机进行控制，通过可编程逻辑器件实现逻辑控制和电路保护，系统控制精度高、集成度高、体积小，易于调试和维修。
本发明包括电源转换模块1，数字信号处理器2，可编程逻辑器件3，长线驱动器4，长线收发模块5，异步通讯模块6，TTL/RS422转换电路7，过流保护电路8。电源转换模块1分别与数字信号处理器2、可编程逻辑器件3、异步通讯模块6相连，负责转换外部电源的电压以提供给数字信号处理器2、可编程逻辑器件3、异步通讯模块6。数字信号处理器2通过可编程逻辑器件3、长线收发模块5与异步通讯模块6相连，异步通讯模块6通过TTL/RS422转换电路7、过流保护电路8与RS422外部串行接口相连；数字信号处理器2通过异步通讯模块6、TTL/RS422转换电路7、过流保护电路8与RS422外部串行接口进行通讯，可编程逻辑器件3用于中断管理和译码操作。数字信号处理器2与外部模拟输入接口相连，接收外部模拟信号。数字信号处理器2通过可编程逻辑器件3与长线驱动器4相连，输出调宽波驱动电机；可编程逻辑器件3与外部I/O接口相连，通过读取由外部I/O接口引脚进入的控制信号状态实现对调宽波的输出保护。
有益效果本发明采用数字信号处理器作为中心处理器件，附以可编程逻辑器件进行逻辑控制和保护，系统集成度高、体积小，稳定性和抗干扰能力好，并且具有PWM的占空比、频率、死区时间可调，修改设计方便、适应性强的特点，是一种具有高速、易于调试、接口丰富且针对性强、质优价低等特点的用于伺服系统的控制器。
图1为本发明结构示意图，也是说明书摘要附图。图中1为电源转换模块，2数字信号处理器，3可编程逻辑器件，4长线驱动器，5长线收发模块，6异步通讯模块，7为TTL/RS422转换电路，8过流保护电路，9中断管理模块，10译码器，11限位保护电路，12第一级保护电路，13第二级保护电路。
具体实施例方式
异步通讯模块6由两片异步通讯芯片组成，长线收发模块5由两片长线收发器芯片组成，TTL/RS422转换电路7由4片TTL/RS422转换芯片构成。
可编程逻辑器件3内部结构包括中断管理模块9，译码器10，限位保护电路11，第一级保护电路12，第二级保护电路13，其中限位保护电路11由两个限位保护模块组成，第一级保护电路12由两个与门构成，第二级保护电路13由两个保护模块(每个保护模块由四个与门及两个非门构成)构成。数字信号处理器2通过中断管理模块9与两片异步通讯芯片相连，由中断管理模块9对异步通讯芯片输入的中断进行实时响应和优先级管理；数字信号处理器2通过译码器10、两片长线收发器芯片与两片异步通讯芯片相连，通过译码来实现两片异步通讯芯片的长线隔离。外部I/O分别与限位保护电路11、第一级保护电路12相连，限位保护电路11、第一级保护电路12分别与第二级保护电路13相连，数字信号处理器2的调宽波输出端通过第二级保护电路13与长线驱动器4相连，通过读取由外部I/O引脚进入的控制信号状态和限位信息，实现对调宽波的输出和限位保护。
数字信号处理器2采用型号为TMS320F2811，可编程逻辑器件3采用Altera公司出品的芯片EPM3256，异步通讯模块6采用TI公司出品的异步通讯芯片TL16c554，长线收发模块5采用TI公司出品的长线收发器芯片SN74ALS245A，长线驱动器4采用TI公司出品的SN74HC244，TTL/RS422转换电路7采用TTL/RS422转换芯片SN75174和SN75175，过流保护电路8采用TVS二极管保护电路。
TMS320F2811数字信号处理器2的GPIO引脚与第二级保护电路13调宽波输入端相连；外部中断输入引脚通过中断管理模块9与异步通讯芯片的中断输出引脚相连；9位地址长线(AD3-AD10)通过译码器10与长线收发器芯片的控制引脚、异步通讯芯片片选引脚相连；8位数据长线通过长线收发器芯片与异步通讯芯片数据输入/输出引脚相连；复位引脚分别和可编程逻辑器件3的复位端、异步通讯芯片复位端相连，若系统工作异常，看门狗和按钮输出的复位信号通过可编程逻辑器件3传输给数字信号处理器2，实现数字信号处理器2和异步通讯芯片的复位。异步通讯芯片的串行通讯接口通过TTL/RS422转换芯片SN75174、SN75175与过流保护电路8相连；过流保护电路8与RS422外部串行接口相连；加入过流保护电路8是为了防止外部信号异常损坏电路。
本发明的工作过程由RS422外部串行接口输入的信号通过过流保护电路8保护，由TTL/RS422转换电路7将RS422电平格式信号转换成TTL电平格式信号传输给异步通讯模块6。数字信号处理器2只有三个外部中断接口，而异步通讯模块6却产生八个中断输入，可编程逻辑器件3内提供中断管理模块9以管理这八个中断，通过中断管理模块9以及数字信号处理器2内程序的编程可以实现中断的实时响应和优先级的管理。通过可编程逻辑器件3内译码器10的译码操作可以灵活的把数字信号处理器2的地址长线分配给异步通讯模块6，实现数字信号处理器2通过长线收发模块5与异步通讯模块6之间的数据交换；数字信号处理器2可以通过外部模拟输入接口接收外部模拟信号。数字信号处理器2通过对接收数据采取校正、补偿等伺服控制算法的处理输出调宽波，通过长线驱动器4增强信号驱动能力和隔离保护驱动直流电机工作。通过读取数字信号处理器2的GPIO引脚的状态可以在调宽波的单极和双级驱动方式间切换；通过读取由外部I/O引脚进入的控制信号状态，由第一级保护电路12和第二级保护电路13实现对调宽波输出的保护，例如死机或者程序不受控时关断调宽波输出；通过读取由外部I/O引脚进入的限位信息来判断受控对象是否进入限位状态，由限位保护电路11和第二级保护电路13实现实时的采取措施以防止直流电机超出限位保护区域。
由于TMS320F2811数字信号处理器的数据长线电压为3.3V，而异步通讯芯片TL16c554的数据长线电压是5V左右，因而在TMS320F2811数字信号处理器与异步通讯芯片TL16c554的长线连接之间增加长线收发器芯片起到隔离保护的作用。
TMS320F2811数字信号处理器本身具有12位的ADC，本发明只选用了4路通道，模拟信号输入范围为0-3V。
权利要求
1.一种基于DSP的直流电机伺服控制卡，其特征在于包括电源转换模块(1)，数字信号处理器(2)，可编程逻辑器件(3)，长线驱动器(4)，长线收发模块(5)，异步通讯模块(6)，TTL/RS422转换电路(7)，过流保护电路(8)；电源转换模块(1)分别与数字信号处理器(2)、可编程逻辑器件(3)、异步通讯模块(6)相连，负责转换外部电源的电压以提供给数字信号处理器(2)、可编程逻辑器件(3)、异步通讯模块(6)；数字信号处理器(2)通过可编程逻辑器件(3)、长线收发模块(5)与异步通讯模块(6)相连，异步通讯模块(6)通过TTL/RS422转换电路(7)、过流保护电路(8)与RS422外部串行接口相连；数字信号处理器(2)通过异步通讯模块(6)、TTL/RS422转换电路(7)、过流保护电路(8)与RS422外部串行接口进行通讯，可编程逻辑器件(3)用于中断管理和译码操作；数字信号处理器(2)与外部模拟输入接口相连，接收外部模拟信号；数字信号处理器(2)通过可编程逻辑器件(3)与长线驱动器(4)相连，输出调宽波驱动电机；可编程逻辑器件(3)与外部I/O接口相连，通过读取由外部I/O接口引脚进入的控制信号状态实现对调宽波的输出保护。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的直流电机伺服控制卡，其特征在于异步通讯模块(6)由两片异步通讯芯片组成，长线收发模块(5)由两片长线收发器芯片组成，TTL/RS422转换电路(7)由4片TTL/RS422转换芯片构成。
3.根据权利要求2所述的基于DSP的直流电机伺服控制卡，其特征在于可编程逻辑器件(3)内部结构包括中断管理模块(9)，译码器(10)，限位保护电路(11)，第一级保护电路(12)，第二级保护电路(13)，其中限位保护电路(11)由两个限位保护模块组成，第一级保护电路(12)由两个与门构成，第二级保护电路(13)由两个保护模块构成；数字信号处理器(2)通过中断管理模块(9)与两片异步通讯芯片相连，由中断管理模块(9)对异步通讯芯片输入的中断进行实时响应和优先级管理；数字信号处理器(2)通过译码器(10)、两片长线收发器芯片与两片异步通讯芯片相连，通过译码来实现两片异步通讯芯片的长线隔离；外部I/O分别与限位保护电路(11)、第一级保护电路(12)相连，限位保护电路(11)、第一级保护电路(12)分别与第二级保护电路(13)相连，数字信号处理器(2)的调宽波输出端通过第二级保护电路(13)与长线驱动器(4)相连，通过读取由外部I/O引脚进入的控制信号状态和限位信息，实现对调宽波的输出和限位保护。
4.根据权利要求1所述的基于DSP的直流电机伺服控制卡，其特征在于数字信号处理器(2)采用型号为TMS320F2811，可编程逻辑器件(3)采用Altera公司出品的芯片EPM3256，异步通讯模块(6)采用TI公司出品的异步通讯芯片TL16c554，长线收发模块(5)采用TI公司出品的长线收发器芯片SN74ALS245A，长线驱动器(4)采用TI公司出品的SN74HC244，TTL/RS422转换电路(7)采用TTL/RS422转换芯片SN75174和SN75175，过流保护电路(8)采用TVS二极管保护电路。
5.根据权利要求4所述的基于DSP的直流电机伺服控制卡，其特征在于TMS320F2811数字信号处理器(2)的GPIO引脚与第二级保护电路(13)调宽波输入端相连；外部中断输入引脚通过中断管理模块(9)与异步通讯芯片的中断输出引脚相连；9位地址长线(AD3-AD10)通过译码器(10)与长线收发器芯片的控制引脚、异步通讯芯片片选引脚相连；8位数据长线通过长线收发器芯片与异步通讯芯片数据输入/输出引脚相连；复位引脚分别和可编程逻辑器件(3)的复位端、异步通讯芯片复位端相连；异步通讯芯片的串行通讯接口通过TTL/RS422转换芯片SN75174、SN75175与TVS二极管保护电路相连，TVS二极管保护电路与RS422外部串行接口相连。
全文摘要
一种属于伺服控制技术领域的基于DSP的直流电机伺服控制卡，采用数字信号处理器作为中心处理器件，利用可编程逻辑器件译码、管理中断，通过异步通讯模块实现与RS422外部串行接口进行通讯，通过对接收数据采取校正、补偿等伺服控制算法的处理输出调宽波，驱动电机工作；数字信号处理器通过读取外部模拟信号接口的模拟输入信号实现AD转换功能。可编程逻辑器件通过读取外部I/O接口的控制信号状态实现对调宽波的输出保护。本发明集成度高、体积小，并且具有PWM的占空比、频率、死区时间可调，修改设计方便、适应性强的特点，是一种高速、易于调试、接口丰富且针对性强、质优价低的用于伺服系统的控制器。
文档编号H02P7/00GK1897450SQ20051001726
公开日2007年1月17日 申请日期2005年11月4日 优先权日2005年11月4日
发明者孟浩然, 于洪君, 陈长青 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所