专利名称：基于紧凑型外设部件互联总线的伺服控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于力矩电机控制技术领域中，涉及的一种伺服控制系统，特别是涉及一种基于紧凑型外设部件互联总线的伺服控制系统。
背景技术：
光电经纬仪是靶场用来测试外弹道跟踪数据和飞行状态的光学仪器，主要由光学系统、主控计算机系统、伺服控制系统、测角系统(方位、俯仰编码器)、记录系统(测量电视、红外)等组成。伺服控制系统的作用是根据编码器测角反馈的信息、主控计算机的引导信息以及测量电视或红外的脱靶量信息进行闭环处理，控制力矩电机驱动跟踪架，实现对目标的实时稳定跟踪。光电经纬仪的每个电子学分系统采用独立机箱封装，然后通过导电环和电缆连 接，伺服控制系统与经纬仪其它分系统间通常采用RS-422通讯方式。本发明之前，与本发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制的经纬仪伺服控制系统，其结构如图I、图2所示。包括RS-422通讯接口 I、调宽波输出接口 2、模拟量输入接口 3、数字I/O接口 4、差分信号接口芯片5、调宽波缓冲6、数字I/O缓冲7、异步串行通讯芯片8、可编程数字逻辑芯片9、控制核心10。其中，可编程数字逻辑芯片9内部包含译码器11。控制核心10经由本身的输出引脚发出指令，发出的指令经数字I/O缓冲7由数字I/o接口 4发出；外部状态信息由数字I/O接口 4进入，经数字I/O缓冲7被控制核心10的输入引脚读入。外部的模拟信息由模拟量输入接口 3直接进入控制核心10的AD输入引脚。控制核心10由本身的调宽波输出引脚发出的调宽波经调宽波缓冲6由调宽波输出接口 2送出。控制核心10的数据线、地址线、中断信号和读写信号线全部被引入可编程数字逻辑芯片9的内部；异步串行通讯芯片8的数据线、片选信号、中断信号和读写信号线也全部被引入可编程数字逻辑芯片9的内部。控制核心10的数据线、中断信号和读写信号线经由可编程数字逻辑芯片9的内部与异步串行通讯芯片8的数据线、中断信号和读写信号线相连；控制核心10的地址线进入可编程数字逻辑芯片9内部的译码器11，译码器11产生片选信号，译码器11的片选信号连到异步串行通讯芯片8的片选信号。差分信号由RS-422通讯接口 I进入系统，经由差分信号接口芯片5转换成幅值为5V的方波信号，幅值为5V的方波信号进入异步串行通讯芯片8的数据接收引脚；同理异步串行通讯芯片8的数据发送引脚发出的幅值为5V的方波信号，经由差分信号接口芯片5转换成差分信号，由RS-422通讯接口 I送出。RS-422接口的最大传输速率10Mb/s，最大传输距离为300m。鉴于RS-422接口的连接方式和传输速率，必然导致整个光电经纬仪系统体积庞大，集成度不高，且传输速率低。
发明内容
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种峰值数据吞吐率达到每秒33兆字节(8位总线宽度)、系统集成化高度集中的伺服控制系统。本发明要解决的技术问题是提供一种基于紧凑型外设部件互联总线的伺服控制系统。解决技术问题的技术方案如图3、图4所示。包括紧凑型外设部件互联(CPCI)总线接口 12、调宽波输出接口 13、模拟量输入接口 14、数字I/O接口 15、CPCI总线接口芯片16、调宽波缓冲17、数字I/O缓冲18、可编程数字逻辑芯片19、控制核心20。其中，可编程数字逻辑芯片19中包括本地总线仲裁21和双端口随机存储器22。控制核心20的数字输出和输入引脚与数字I/O缓冲18的输入和输出引脚相连，数字I/o缓冲18的输出和输入引脚与数字I/O接口 15相连；由控制核心20的输出引脚发出指令，经数字I/O缓冲18的输入引脚传入到数字I/O缓冲18的内部，再经数字I/O缓 冲18的输出引脚传入到数字I/O接口 15 ;外部状态信息进入到数字I/O接口 15后，经数字I/O缓冲18被控制核心20的输入引脚读入；模拟量输入接口 14与控制核心20的模拟量输入引脚连接，外部的模拟信息由模拟量输入接口 14直接进入控制核心20的模拟输入引脚；控制核心20的调宽波输出引脚与调宽波缓冲17的输入引脚相连，调宽波缓冲17的输出引脚与调宽波输出接口 13相连；控制核心20发出的调宽波指令，经调宽波缓冲17进入调宽波输出接口 13 ;控制核心20的总线输出和输入引脚与可编程数字逻辑芯片19的本地端输入和输出引脚相连，可编程数字逻辑芯片19的总线端输出和输入引脚与CPCI总线接口芯片16的本地端输入和输出引脚相连，CPCI总线接口芯片16的总线端输出和输入引脚连到CPCI总线接口 12。可编程数字逻辑芯片19内部的本地总线仲裁21的总线端输入、输出引脚与CPCI总线接口芯片16的本地端总线输出、输入引脚相连，本地总线仲裁21的本地端输入、输出引脚与双端口随机存储器22的总线端输出、输入引脚相连，双端口随机存储器22的本地端输入、输出引脚与控制核心20的总线信号的输出、输入引脚相连；本地总线仲裁21的中断信号输出引脚与控制核心20的中断信号输入引脚相连，本地总线仲裁21的中断信号输出引脚进入到控制核心20的中断信号输入引脚；CPCI总线接口芯片16通过本地总线仲裁21向双端口随机存储器22中写入或读取数据，控制核心20通过总线端口向双端口随机存储器22中写入或读取数据。本发明的积极效果主要体现在通讯速率高和系统结构紧凑两个方面，下面分别对这两个方面的优点进行详细描述(I)通讯速率高本发明采用8位数据宽度，峰值数据吞吐率为每秒33兆字节。(2)结构紧凑CPCI 板的封装结构共定义了 3U (100 mm X 160 mm)和 6U (233.35 mm X 160mm)两种板卡尺寸。一个CPCI系统由一个或多个CPCI总线段组成。每个总线段又由8个CPCI插槽组成(33MHZ情况)，板中心间距20. 32mm。每个CPCI总线段包括一个系统槽和最多7个外围设备槽。在工程应用中，可以将光电经纬仪的各个分系统，如伺服控制分系统、数据通信分系统、时统分系统、测量电视分系统等都插入在同一个CPCI机箱内。这样便可以大大减少系统的体积，提高系统的集成度。
图I为已有技术的结构示意图。图2为已有技术中可编程数字逻辑芯片9的内部结构示意图。图3为本发明的结构示意图。图4为本发明中可编程数字逻辑芯片19的内部结构示意图。
具体实施例方式本发明按图3、图4所示的结构实施。其中CPCI总线接口 12采用CPCI-J1，调宽波输出接口 13、模拟量输入接口 14、数字I/O接口 15可根据需要任选，CPCI总线接口芯片16采用PCI9054，调宽波缓冲17采用LJ245芯片，数字I/O缓冲18采用LJ245，可编程数字逻辑芯片19采用FPGA芯片cyclone系列，控制核心20采用数字信号处理器TMS320F2812。与上述采用的模块相关的技术要求对于CPCI-Jl要求每个电压引脚必须在靠近连接器端接一个O. WF的瓷片电容；对于一些总线信号要求在连接器接口处串接一个10欧姆排终端电阻，且电阻应设置在信号连接器引脚的15. 2_ (O. 6英尺)内。对于PCI9054，在设计电路板的过程中，要求CLK信号线的长度必须为2500±100mil ;在长度不足的情况下，采用蛇形走线增加这个信号线的长度。CLK信号的走线直接影响到板卡能否被正常识别，因此在设计中一定要遵守PCI规范。对于LJ245，如果作为输出缓冲使用，其2脚、22脚要连到低电平；如果作为输入缓冲使用，其2脚连到低电平，22脚连到高电平。对于FPGA芯片，采用cyclone系列即可。对于TMS320F2812，要求复位端XRS#的上电复位时间大于200ms。
权利要求
1.基于紧凑型外设部件互联总线的伺服控制系统，包括调宽波输出接口(13)、模拟量输入接口(14)、数字I/O接口(15)、调宽波缓冲(17)、数字I/O缓冲(18)、可编程数字逻辑芯片(19)、控制核心(20);其特征在于还包括紧凑型外设部件互联(CPCI)总线接口(12)、CPCI总线接口芯片(16);控制核心(20)的数字输出和输入引脚与数字I/O缓冲(18)的输入和输出引脚相连，数字I/O缓冲(18)的输出和输入引脚与数字I/O接口( 15)相连；由控制核心(20)的输出引脚发出指令，经数字I/O缓冲(18)的输入引脚传入到数字I/O缓冲(18)的内部，再经数字I/O缓冲(18)的输出引脚传入到数字I/O接口(15);外部状态信息进入到数字I/O接口(15)后，经数字I/O缓冲(18)被控制核心(20)的输入引脚读入；模拟量输入接口(14)与控制核心(20)的模拟量输入引脚连接，外部的模拟信息由模拟量输入接口(14)直接进入控制核心(20)的模拟输入引脚；控制核心(20)的调宽波输出引脚与调宽波缓冲(17)的输入引脚相连，调宽波缓冲(17)的输出引脚与调宽波输出接口(13)相 连；控制核心(20 )发出的调宽波指令，经调宽波缓冲(17)进入调宽波输出接口( 13 );控制核心(20)的总线输出和输入引脚与可编程数字逻辑芯片(19)的本地端输入和输出引脚相连，可编程数字逻辑芯片(19)的总线端输出和输入引脚与CPCI总线接口芯片(16)的本地端输入和输出引脚相连，CPCI总线接口芯片(16)的总线端输出和输入引脚连到CPCI总线接口(12)。
2.按权利要求I所述的基于紧凑型外设部件互联总线的伺服控制系统，其特征在于可编程数字逻辑芯片(19)内部的本地总线仲裁(21)的总线端输入、输出引脚与CPCI总线接口芯片(16)的本地端总线输出、输入引脚相连，本地总线仲裁(21)的本地端输入、输出引脚与双端口随机存储器(22)的总线端输出、输入引脚相连，双端口随机存储器(22)的本地端输入、输出引脚与控制核心(20)的总线信号的输出、输入引脚相连；本地总线仲裁(21)的中断信号输出引脚与控制核心(20)的中断信号输入引脚相连，本地总线仲裁(21)的中断信号输出引脚进入到控制核心(20)的中断信号输入引脚；CPCI总线接口芯片(16)通过本地总线仲裁(21)向双端口随机存储器(22)中写入或读取数据，控制核心(20)通过总线端口向双端口随机存储器(22)中写入或读取数据。
全文摘要
基于紧凑型外设部件互联总线的伺服控制系统，属于力矩电机控制技术领域中，涉及的一种伺服控制系统。要解决的技术问题是提供一种基于紧凑型外设部件互联总线的伺服控制系统。解决的技术方案包括CPCI总线接口、调宽波输出接口、模拟量输入接口、数字I/O接口、CPCI总线接口芯片、调宽波缓冲、数字I/O缓冲、可编程数字逻辑芯片、控制核心。其中，可编程数字逻辑芯片中包括本地总线仲裁和双端口随机存储器。控制核心经数字I/O缓冲连接数字I/O接口，经调宽波缓冲连接调宽波输出接口；模拟信息由模拟量输入接口进入控制核心；CPCI总线接口芯片和可编程数字逻辑芯片实现了CPCI总线与控制核心总线之间的转换。
文档编号G05B19/418GK102968108SQ20121049616
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者王红宣, 王伟国, 陈健, 姜润强, 曹立华 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所