专利名称：用于电动执行机构的简化的运动控制器装置及实现方法
技术领域：
本发明涉及运动控制器，特别涉及一种用于电动执行机构的简化的运动控制器装置及实现方法，具体是运用DSP的I/O空间和CPLD (Complex Programmable Logic Device)实现简化的运动控制器装置及其实现方法，基于DSP的I/O空间和CPLD的逻辑功能实现了对不同功能子模块的总线分时复用，以减少硬件资源的控制装置及其实现方法。
背景技术：
运动控制器广泛应用于各种工业自动化过程控制环节，是一个相当重要的基础设备。在目前使用的电动执行机构运动控制器控制系统中，基于PC总线的以DSP作为核心的开放式运动控制技术已经成为主流。例如，CN 200710150254. 1公开了基于PROFIBUS-P现场总线的智能电动执行机构。CN 03116711. X公开了一种自适应型智能电动执行机构控制器。为了满足电动执行机构使用的各种环境和用户要求的多项功能，往往添加了功能各异的辅助功能模块，如液晶显示单元，A/D转换单元，用户1/0单元，故障报警单元等。上述的功能模块占用大量的硬件资源并且都要通过DSP总线实现控制。针对运动控制器的这些功能要求，现有的技术存在诸多缺点在一般的控制器与驱动器的控制架构下，存在配线多、同步特性差、非全数字化，硬件实现成本较高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的用于电动执行机构的简化的运动控制器装置及实现方法，可以开发克服现有技术的缺陷，采用DSP和CPLD的组合实现简化运动控制器装置，具体是基于DSP的I/O空间和CPLD的逻辑功能实现了对不同功能子模块的总线分时复用，以减少硬件资源的控制装置及其实现方法。 本发明提供的一种用于电动执行机构的简化的运动控制器装置是利用DSP的I/O
空间和CPLD实现的简化的运动控制器装置，主要包括DSP、CPLD，DSP与CPLD连接形成模块
选通单元，DSP的数据总线D。 D7位连接CPLD的10引脚，DSP的地址总线A。 A15位连接
CPLD的10引脚，DSP的STRB、丙、丽、B、而、丽分别连接CPLD的10引脚。所述的CPLD中包含74LS138芯片，74LS373芯片，74LS244芯片以及所需的逻辑门。 所述的DSP的地址总线A。 A15位连接10引脚对应连接CPLD内部的各74LS138的输入。所述的CPLD的VCCIO引脚接3. 3V电源，VCCIN引脚接5V电源，GND引脚接地。
所述的CPLD的六个10引脚作为输出连接数字量输出模块，CPLD的四个10引脚
作为输入接收外部数字量输入模块的输入信号。 —
所述的DSP的A。 A15引脚连接到CPLD中的74LS138进行译码，DSP的B连接CPLD的G2AN、 G2BN， CPLD中的74LS138输出YON Y7N作为各个功能模块的片选信号。
所述的CPLD中的74LS138输出的YON Y7N可以由用户自定义选择其中的任意一位或几位作为功能模块片选信号。 —所述的CPLD中的74LS138输出片选信号和DSP发出的功能信号而经过"或"门
输入到CPLD中74LS244的1GN和2GN引脚，74LS244的1A1 1A4引脚连接数字量输入模
块的输入信号，1Y1 1Y4连接DSP的D。 D3引脚，2A1 2A4引脚接地，其余引脚悬空，即
可实现数字量输入功能。 所述的CPLD中的74LS138的输出片选信号和DSP输出的TO信号经过"或非"门连接一片74LS373的G引脚，该片74LS373芯片的0EN引脚接地，D1 D8引脚连接DSP的D。 D7，其输出引脚Ql Q6可以作为数字量输出信号连接数字量输出模块，剩余引脚悬空，即可实现数字量输出功能。 所述的CPLD中的74LS138的输出片选信号和DSP输出的TO信号经过"或非"门连接第二片74LS373的G引脚，该片74LS373芯片的OEN引脚接地，D1 D8引脚连接数据总线D。 07，输出Ql Q8作为CPLD的数据总线由10引脚输出，即可连接液晶显示单元实现液晶显示功能。 本发明提供的一种用DSP的I/O空间简化运动控制器的方法包括的步骤
1)运动控制器的核心控制芯片DSP根据运动控制器的功能要求和用户需求为运动控制器的各个功能模块分配I/0空间映射地址(OOOOh FEFFh)。根据用户的实时需要选择某一特定功能模块，确定与之相应的DSP的I/O空间地址。 2)根据选定的模块的具体功能要求由DSP对其对应的1/0空间映射地址进行读或写操作。当DSP选中该地址时，地址总线的状态输入至CPLD中，经过CPLD内部的74LS138芯片译码，输出该选定功能模块的片选信号，同时结合DSP输出的相应而或丽信号选中相应芯片，实现数据总线上数据的读入或输出。 3)选中功能模块与DSP完成数据交换，进行进一步处理。 4)当用户选定运动控制器的液晶显示功能时，由DSP选中液晶显示模块所映射的I/O空间地址，DSP地址总线A。 A15信号输入到CPLD中，经过CPLD内部的74LS138译码器译码，由片选信号YON Y7N中任一位或几位输出，与DSP输出的丽信号经过"或非"门选通其对应的74LS373, DSP的数据总线上所接收的信号便输入到74LS373中，该数据信号由CPLD输出经电平转换输入至液晶显示器显示，此时DSP的总线对液晶显示模块开放。
5)当运动控制器需要有数字量输出时，由DSP选中数字量输出模块所映射的I/O空间地址，DSP地址总线A。 A15信号输入到CPLD中，经过CPLD内部的74LS138译码器译码，由片选信号YON Y7N中任一位或几位输出，与DSP输出的丽信号经过"或非"门选通其对应的74LS373, DSP的数据总线上所接收的信号便输入到74LS373中，该片74LS373的输出引脚Ql Q6输出DSP数据总线上的相应数字量，由CPLD输出到数字量输出模块中，此时DSP的数据总线对数字量输出模块开放。 6)当运动控制器的数字量输入模块有数字量输入时，由DSP选中数字量输入模块所映射的I/O空间地址，DSP地址总线A。 A15信号输入到CPLD中，经过CPLD内部的74LS138译码器译码，由片选信号YON Y7N中任一位或几位输出，与DSP输出的RD信号经过"或非"门选通的74LS244，DSP的数据总线便所接收到来自74LS244输入端的信号，并将此信号读入DSP以作相应的数字量处理，此时DSP的数据总线对数字量输入模块开放。
7)如有更多的功能模块外设，由DSP选中其功能模块所映射的1/0空间地址。DSP地址总线A。 A15信号输入到CPLD中对应的74LS138译码器输入端，经过CPLD内部的 74LS138译码器译码，由片选信号YON Y7N中任一位或几位输出，同时结合DSP输出的相 应功能信号选中要使用的功能模块，实现DSP数据总线上的数据交换，此时DSP的数据总线 对此选中的功能模块开放。 本发明采用DSP的I/O空间和CPLD的逻辑功能组合实现电动执行机构中不同功 能模块对DSP总线的分时复用，有效地节约硬件资源，实现对运动控制器的简化。将运动控 制器可能的功能模块统一利用DSP丰富的I/O空间进行编址，经过CPLD的逻辑处理选择不 同功能模块对DSP数据总线的分时复用，实现简单易行的多模块实时处理，降低了系统设 计的复杂性，节省了硬件空间，并具有处理简单、模块分时处理迅速、成本低等优点。这种简 化运动控制器的方法对具备多个功能模块的运动控制器都是适用的。
图1为本发明基于DSP和CPLD构成的简化运动控制器示意图。
图2为本发明实施例电动执行机构的运动控制器装置图。 图3为本发明实施例电动执行机构的运动控制器中DSP的各输出信号与相应的 CPLD的内部芯片连接图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进行说明。 DSP和CPLD构成的简化运动控制器如图1所示。 将一台以开关磁阻电机作为动力源的电动执行器为例对本发明进行说明。本实施 例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但 本发明的保护范围不限于下述的实施例。 开关磁阻电机作为动力源的电动执行机构的运动控制器功能模块一般包括数字 量输出模块，液晶显示模块，数字量输入模块。DSP为上述功能模块在I/O空间中分配不同 的映射地址，各个功能模块唯一对应DSP的I/O空间中的一个映射地址。DSP对不同映射地 址的操作决定各个模块之间的功能切换。 电动执行机构运动控制器实现装置结构如图2所示。 本实施例中要实现的功能模块包括数字量输出模块、数字量输入模块、液晶显示 模块。 本发明实施例提供的运动控制器装置主要包括DSP1 (TMS320LF2407A)、
CPLD2 (EPM7064)、逻辑芯片(SN74LS143、74HC144)、电平转换芯片(ALVC1642455)、液晶显
示器6 (0CMJ2 X 8A)。本发明实施例使用的CPLD2中包含一个74LS1387芯片， 一个74LS2448
芯片，两个74LS3739和74LS37310芯片以及所需的逻辑门。DSP1的各输出信号与相应的
CPLD2的内部芯片连接如图3所示。 DSP1与CPLD2连接形成模块选通单元。 DSP1的D。 D7连接CPLD2的8个10引脚。 DSP1的A。 A15引脚连接CPLD2的16个10引脚，在本发明实施例中使用其中的 A2 A4对应CPLD2中74LS1387的A、B、C引脚。
DSP1的STRB、丙、丽、T^、而、丽分别连接CPLD2剩余任意10引脚。CPLD2的VCCIO引脚接3. 3V电源，VCCIN引脚接5V电源，GND引脚接地。 CPLD2的6个10引脚作为输出引脚连接数字量输出模块，4个10引脚作为输入引
脚接收外部数字量输入模块的输入信号。 DSP1输入的A2 A4引脚连接CPLD2中的74LS1387进行译码，74LS1387的输出信 号Y3N、 Y4N、 Y5N作为各个模块的片选信号。74LS1387的输出G2AN、G2BN连接DSP1的B。
CPLD2的74LS1387输出Y5N和而信号经过"或"门输入到74LS2448的1GN和 2GN引脚，1Y1 1Y4连接DSP1数据总线的D。 D3弓|脚，2A1 2A4引脚接地，74LS2448的 1A1 1A4引脚连接数字量输入模块的四个输入信号，其余引脚悬空，实现运动控制器的数 字量输入功能。 — CPLD2的74LS1387输出Y3N和丽信号经过"或非"门连接第一片74LS3739的G 引脚，该74LS3739芯片的0EN引脚接地，Dl D8引脚连接DSP1数据总线D。 07，其输出 引脚Ql Q6作为数字量输出信号连接数字量输出模块，其余引脚悬空，实现运动控制器的 数字量输出功能。 _ CPLD2的74LS1387输出Y4N信号和TO信号经过"或非"门连接第二片74LS37310 的G引脚，该74LS37310芯片的0EN引脚接地，Dl D8引脚连接该74LS37310的数据总 线D。 07，输出引脚Ql Q8作为CPLD2的数据总线由IO输出，输出通过10引脚连接到 ALVC1642455的2A1 2A8引脚，ALVC1642455中对应的2B1 2B8连接液晶显示器6的 数据总线DB0-DB7，实现运动控制器的液晶模块显示功能。ALVC1642455的2丽引脚接地， 2DIR引脚接3. 3V。 综上所述，电机的液晶显示模块，数字量输入模块和数字量输出模块的功能实现， 都是通过DSP选定其对应的I/O空间中的地址，通过CPLD对该地址的地址总线进行逻辑操 作，选通各模块对应的芯片与接口电路进行的。并且各个模块的执行顺序是可以根据需求 改变的，各模块功能执行相互独立。完全由DSP通过控制其I/O空间就进行选择和切换，实 现总线的复用，提高了系统的反应速度，并节省了硬件资源，实现了对运动控制器的简化。
如有更多的功能模块外设，由DSP选中其功能模块所映射的I/O空间地址。DSP地 址总线AO A15信号输入到CPLD中，经过CPLD内部的74LS138译码器译码，由YON Y7N 中的一位信号输出，同时结合DSP输出的相应功能信号选中该模块，实现DSP数据总线上的 数据交换，此时DSP的数据总线对此功能模块开放。 这种简化运动控制器的方法对具备多个功能模块的运动控制器都是适用的。通 过采用DSP的I/O空间和CPLD的逻辑功能组合实现电动执行机构中不同功能模块对DSP 总线的分时复用，有效地节约硬件资源，实现对运动控制器的简化，降低了系统设计的复杂 性，节省了硬件空间，并具有处理简单、模块分时处理迅速、成本低等优点。
权利要求
一种用于电动执行机构的简化的运动控制器装置，其特征在于它是利用DSP的I/O空间和CPLD实现的简化的运动控制器装置，主要包括DSP、CPLD，DSP与CPLD连接形成模块选通单元，DSP的数据总线D0～D7位连接CPLD的IO引脚，DSP的地址总线A0～A15位连接CPLD的IO引脚，DSP的STRB、PS、DS、IS、RD、WE分别连接CPLD的IO引脚；所述的CPLD中包含74LS138芯片，74LS373芯片，74LS244芯片以及所需的逻辑门；所述的DSP的地址总线A0～A15位连接IO引脚对应连接CPLD内部的各74LS138的输入。所述的DSP的A0～A15引脚连接到CPLD中的74LS138进行译码，DSP的IS连接CPLD的G2AN、G2BN，CPLD中的74LS138输出Y0N～Y7N作为各个功能模块的片选信号。所述的CPLD中的74LS138输出的Y0N～Y7N可以由用户自定义选择其中的任意一位或几位作为功能模块片选信号。
2. 按照权利要求1所述的运动控制器装置，其特征在于所述的CPLD的VCCIO引脚接3. 3V电源，VCCIN引脚接5V电源，GND引脚接地。
3. 按照权利要求1所述的运动控制器装置，其特征在于所述的CPLD的六个10引脚作为输出连接数字量输出模块，CPLD的四个10引脚作为输入接收外部数字量输入模块的输入信号。
4. 按照权利要求1所述的运动控制器装置，其特征在于所述的CPLD中的74LS138输出片选信号和DSP发出的功能信号RD经过"或"门输入到CPLD中74LS244的1GN和2GN引脚，74LS244的1A1 1A4引脚连接数字量输入模块的输入信号，1Y1 1Y4连接DSP的D。 D3引脚，2A1 2A4引脚接地，其余引脚悬空，即可实现数字量输入功能。
5. 按照权利要求1所述的运动控制器装置，其特征在于所述的CPLD中的74LS138的输出片选信号和DSP输出的WE信号经过"或非"门连接第一片74LS373的G引脚，该片74LS373芯片的OEN引脚接地，D1 D8引脚连接DSP的D。 D,，其输出引脚Ql Q6作为数字量输出信号连接数字量输出模块，剩余引脚悬空，即可实现数字量输出功能。
6. 按照权利要求1所述的运动控制器装置，其特征在于所述的CPLD中的74LS138的输出片选信号和DSP输出的WE信号经过"或非"门连接第二片74LS373的G引脚，该片74LS373芯片的OEN引脚接地，Dl D8引脚连接数据总线D。 07，输出Ql Q8作为CPLD的数据总线由10引脚输出，即可连接液晶显示单元实现液晶显示功能。
7. —种权利要求1所述的运动控制器装置用于电动执行机构的简化的运动控制的实现方法，其特征在于包括的步骤1) 运动控制器的核心控制芯片DSP根据运动控制器的功能要求和用户需求为运动控制器的各个功能模块分配I/O空间映射地址OOOOh FEFFh ;根据用户的实时需要选择某一特定功能模块，确定与之相应的DSP的I/O空间地址；2) 根据选定的模块的具体功能要求由DSP对其对应的1/0空间映射地址进行读或写操作，当DSP选中该地址时，地址总线的状态输入至CPLD中，经过CPLD内部的74LS138芯片译码，输出该选定功能模块的片选信号，同时结合DSP输出的相应RD或WE信号选中相应芯片，实现数据总线上数据的读入或输出；3) 选中功能模块与DSP完成数据交换，进行进一步处理；4) 当用户选定运动控制器的液晶显示功能时，由DSP选中液晶显示模块所映射的1/0空间地址，DSP地址总线A。 A15信号输入到CPLD中，经过CPLD内部的74LS138译码器 译码，由片选信号YON Y7N中任一位或几位输出，与DSP输出的WE信号经过"或非"门选 通其对应的74LS373, DSP的数据总线上所接收的信号便输入到74LS373中，该数据信号由 CPLD输出经电平转换输入至液晶显示器显示，此时DSP的总线对液晶显示模块开放；5) 当运动控制器需要有数字量输出时，由DSP选中数字量输出模块所映射的I/O空间 地址，DSP地址总线A。 A15信号输入到CPLD中，经过CPLD内部的74LS138译码器译码，由 片选信号YON Y7N中任一位或几位输出，与DSP输出的WE信号经过"或非"门选通其对 应的74LS373, DSP的数据总线上所接收的信号便输入到74LS373中，该片74LS373的输出 引脚Ql Q6输出DSP数据总线上的相应数字量，由CPLD输出到数字量输出模块中，此时 DSP的数据总线对数字量输出模块开放；6) 当运动控制器的数字量输入模块有数字量输入时，由DSP选中数字量输入模块所映 射的I/O空间地址，DSP地址总线A。 A15信号输入到CPLD中，经过CPLD内部的74LS138 译码器译码，由片选信号YON Y7N中任一位或几位输出，与DSP输出的RD信号经过"或 非"门选通的74LS244, DSP的数据总线便所接收到来自74LS244输入端的信号，并将此信 号读入DSP以作相应的数字量处理，此时DSP的数据总线对数字量输入模块开放；7) 如有更多的功能模块外设，由DSP选中其功能模块所映射的1/0空间地址，DSP地址 总线A。 A15信号输入到CPLD中对应的74LS138译码器输入端，经过CPLD内部的74LS138 译码器译码，由片选信号YON Y7N中任一位或几位输出，同时结合DSP输出的相应功能信 号选中要使用的功能模块，实现DSP数据总线上的数据交换，此时DSP的数据总线对此选中 的功能模块开放。
全文摘要
本发明涉及一种用于电动执行机构的简化的运动控制器装置及实现方法，它是利用DSP的I/O空间和CPLD实现的简化的运动控制器装置，主要包括DSP、CPLD，DSP与CPLD连接形成模块选通单元，DSP的数据总线D0～D7位连接CPLD的IO引脚，DSP的地址总线A0～A15位连接CPLD的IO引脚，DSP的STRB、PS、DS、IS、RD、WE分别连接CPLD的IO引脚。本发明实现了简单易行的多模块实时处理，降低了系统设计的复杂性，节省了硬件空间，并具有处理简单、模块分时处理迅速、成本低等优点。这种简化运动控制器的方法对具备多个功能模块的运动控制器都是适用的。
文档编号G05B19/418GK101710241SQ20091022832
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者何林, 孙鹤旭, 孟宪翠, 李洁, 董砚, 郑易 申请人:河北工业大学