专利名称：一种基于fpga的高速运动控制卡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动控制的数字控制装置，具体地是一种基于FPGA 的高速数字伺服卡装置。
背景技术：
现有技术的运动控制卡是数控行业基于PC机的控制步进电机和伺服 电机的专用控制卡， 一般用于雕刻机、切割机、数控机床等。常用的运动 控制卡往往设计采用单片计算机加软件实现^c冲的发送和计数、外部1\0 信号的输入和输出、信号逻辑等功能。然而单片计算机由于运算能力和硬 件资源的限制，发送脉冲的频率低，输入输出门数少。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于FPGA的高速运动控制卡装置，通过使 用FPGA,在实现原来功能的基础上，大幅度提高其性能；弥补和改进现 有相关技术的不足。
本发明的技术方案包括
基于FPGA的高速运动控制卡装置，其包括数字控制设备、运动控制 卡、主机；所述主机为一运行数控软件的计算机；所述数字控制设备包括 电机的驱动模块和开关元器件；其中，所述运动控制卡包括IO接口信号转 换模块、FPGA、时钟、电源；所述FPGA包括脉冲发生模块、总线命令接 口模块、IO接口以及PCI接口；所述主机的运动指令通过所述主机PCI总
线发送给FPGA，所述FPGA内部的总线命令接口模块实现接受主机的命 令；所述主机的命令接受后，所述脉冲发生模块根据主机的命令，形成一 定数量、频率的脉沖，该脉冲经过光耦隔离以及信号转换，形成与电机的 驱动模块匹配的数字信号。
所述的装置，其中，所述电机的驱动模块是伺服电机或步进电机的功 率驱动模块，提供一个数字脉沖的控制接口，用于控制所述电机。
所述的装置，其中，所述FPGA还设置有IO接口，用于提供与所述数 字控制设备相关的开关元器件控制；所述时钟电路提供FPGA用的时钟信 号；所述电源提供FPGA的电源。
所述的装置，其中，所述开关元器件包括开关和继电器。 本发明所提供的一种基于FPGA的高速运动控制卡装置，由于采用了 FPGA,具有可靠性高，速度快，体积小，成本较低的优点。
图1为本发明的基于FPGA的高速运动控制卡功能结构示意图； 图2为本发明的基于FPGA的高速运动控制卡具体结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图，将对本发明的各较佳实施例进行更为详细的说明。 在数控设备中，脉冲产生速度是一个很重要的指标，它影响着数控设 备的加工速度或者加工精度。现有技术一般采用单片机实现，脉冲由软件 产生，发生的频率低， 一般只有几十千赫兹，用FPGA实现的目前还没有、。 现有技术的FPGA(现场可编程的逻辑门阵列)一但逻辑功能实现，就很可 靠，不易受外界的干扰，而且其信号处理速度可以达到几百兆赫兹，因此， 本发明设计产生脉冲的速度是一般单片计算机设计所无法实现的。比较而 言，本发明具有可靠性高，速度快，体积小，成本较低的优点。 本发明基于FPGA的高速运动控制卡装置用FPGA实现脉冲发生，可 以在一个FPGA芯片中，通过PCI主机接口 ，脉冲发生，并实现附加的I\0 功能，从而使系统的体积较小，所用的器件也较少，生产成本较低，而脉 冲频率可达几百万赫兹。
本发明采用FPGA实现运动控制的脉冲发生，可以根据指令，在指定 的时间内，按照指定的频率，发出指定数量的脉冲，从而使步进电机或伺 服电机根据指令运动，特别适合数字控制使用，同时可实现直线加减速， 另外FPGA采用逐点比较法实现2-4轴直线差补功能。
图1所示是本发明的基于FPGA的高速4轴运动控制卡结构方框图。 如图l所示，本发明的基于FPGA的高速4轴运动控制卡由数字控制设备、 运动控制卡、主才几构成，如图2所示，具体的，所述主机是计算机，数控 软件在主机中运行；所述数字控制设备包括电极的驱动模块和开关或继电 器；所述运动控制卡包括IO接口信号转换模块、FPGA、时钟、电源，其 中所述FPGA包括脉冲发生模块、总线命令接口模块、IO接口以及PCI接 口；主机的运动指令通过计算机的总线发送给FPGA， FPGA内部的总线命 令接口模块，实现接受主机的命令；主机的命令接受后，脉冲发生模块将 根据主机的命令，形成一定数量、频率的脉冲，该脉冲通过光耦隔离和信 号转换，形成与电^L的驱动模块匹配的数字信号，所述电机的驱动模块是 伺服电机或者步进电机的功率驱动模块，提供一个数字脉冲的控制接口 ， 通过该接口，电才几将会受控运动；所述FPGA还有IO接口，通过IO接口 信号转换才莫块，提供与数字控制设备相关的开关或继电器的控制；时钟电 路提供FPGA用的时钟信号；电源提供FPGA的电源。
本发明与现有纟支术相比具有如下优点
1. 由于采用了FPGA,脉冲发生速度快，目前达到2MHz;现有的一 般为50KHz。
2. 本发明成本低，电路筒单；如果采用单片机需要相关的内存芯片，
电路复杂。
3. 可靠性高，抗干扰能力强，已经通过工业现场的测试；因为FPGA 属于逻辑电路阵列，只要设计合理，不会出现死机，而现有技术的单片机 属于软件控制，在外界强干扰下，容易出现死机现象。
4. 1\0点数多，本发明可达到32输入32输出；而现有的控制卡一般 为8输入8输出。
应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的描述较为详细，并不能 因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以 所附权利要求为准。
权利要求
1、一种基于FPGA的高速运动控制卡装置，其包括数字控制设备、运动控制卡、主机；所述主机为一运行数控软件的计算机；所述数字控制设备包括电机的驱动模块和开关元器件；其特征在于，所述运动控制卡包括IO接口信号转换模块、FPGA、时钟、电源；所述FPGA包括脉冲发生模块、总线命令接口模块、IO接口以及PCI接口；所述主机的运动指令通过所述主机PCI总线发送给FPGA，所述FPGA内部的总线命令接口模块实现接受主机的命令；所述主机的命令接受后，所述脉冲发生模块根据主机的命令，形成一定数量、频率的脉冲，该脉冲经过光耦隔离以及信号转换，形成与电机的驱动模块匹配的数字信号。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机的驱动模块是 伺服电机或步进电机的功率驱动模块，提供一个数字脉沖的控制接口，用 于控制所述电机。
3、 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述FPGA还设置有IO 接口，用于提供与所述数字控制设备相关的开关元器件控制；所述时钟电 路提供FPGA用的时钟信号；所述电源提供FPGA的电源。
4、 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，所述开关元器件包括开 关和继电器。
全文摘要
基于FPGA的高速运动控制卡装置，其包括数字控制设备、运动控制卡、主机；所述主机为一运行数控软件的计算机；所述数字控制设备包括电机的驱动模块和开关元器件；其中，所述运动控制卡包括IO接口信号转换模块、FPGA、时钟、电源；所述FPGA包括脉冲发生模块、总线命令接口模块、IO接口以及PCI接口；所述主机的运动指令通过所述主机PCI总线发送给FPGA，所述FPGA内部的总线命令接口模块实现接受主机的命令；所述主机的命令接受后，所述脉冲发生模块根据主机的命令，形成一定数量、频率的脉冲，该脉冲经过光耦隔离以及信号转换，形成与电机的驱动模块匹配的数字信号。本发明基于FPGA的高速运动控制卡装置由于采用了FPGA，具有可靠性高，速度快，体积小，成本较低的优点。
文档编号G05D3/00GK101382787SQ200710077029
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月7日 优先权日2007年9月7日
发明者逸 曾, 钱作忠 申请人:深圳市众为兴数控技术有限公司