周華平 馬宏緒

     來源：《單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》

     摘要：介紹一種基于dsp的多軸運行控制器的設(shè)計方案，包括控制器的各部分組成及功能，并給出相應(yīng)的示意圖。此種控制器設(shè)計個有集成度高、運算速度快、處理能力強等特點。

     關(guān)鍵詞：dsp

     tms320f206 多軸運行控制器 pc/104總線

     引言

     現(xiàn)代化控制日新月異的今天，各類高速、高精度的控制設(shè)備得到了廣泛的運用。作為一種實時補償?shù)目刂品椒ǎ湎鄳?yīng)的硬件設(shè)備要求在保持控制實時性的基礎(chǔ)上，更要具有與主控機進行實時數(shù)據(jù)交流的能力。此類設(shè)備在很多數(shù)控設(shè)備、機器人控制等方面都有廣泛的運用。另一方面，dsp是現(xiàn)在比較熱門的技術(shù)，其芯片處理速度可以達到幾十ns、幾ns，甚至更高，處理精度為32位或更高，所以以其作主控芯片，在硬件設(shè)計上可實現(xiàn)具有高速、高精度的控制器。

     一般具備實時數(shù)據(jù)補償能力的控制設(shè)備由三部分組成：主控機、控制器、控制實體。控制器（處理器）和主控機相互獨立，控制卡通過總線與主控機相連，利用電纜對各采樣點的控制信息進行采樣，再與控機上存儲的預(yù)定數(shù)據(jù)進行某種算法的處理之后，反饋到各控制點，從而實現(xiàn)“離線規(guī)劃，實時補償”的控制過程。再則，對于任何一種控制器，希望它的性能穩(wěn)定，控制精度高，而且功耗低。我們設(shè)計的控制器也正是基于此種考慮的，且在各類工業(yè)級小板機上得到廣泛的運用。它通過pc/104總線，棧連多級的外圍設(shè)備。pc/104總線是一種在業(yè)控制方面運用廣泛的工業(yè)標準總線結(jié)構(gòu)，它獨特的棧連擴展設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得控制設(shè)備的集成度提高，體積更小，質(zhì)量更輕，而且比插卡型穩(wěn)定性能更好。

     在設(shè)計中，控制器必須達到以下標準：

     （1）采用pc/104總線標準；

     （2）具備與主控機進行實時數(shù)據(jù)交換的能力；

     （3）集成度高，采樣性能穩(wěn)定，并且低功耗；

     （4）單板具備多路控制能力；

     （5）采樣速率近似達到100ksps。

     在綜合考慮的基礎(chǔ)上，我們選用tms320f206（以下簡稱f206）芯片。它有32kb的片內(nèi)閃速存儲器，可以存儲可執(zhí)行程序，從而，在不需要外擴存儲器的基礎(chǔ)上，就能滿足控制運算所需存儲空間，而且，片內(nèi)存儲器與外部存儲器相比，有幾個特點：具有比外部存儲器更高的性能、更低的成本價格和更低的功耗。

     控制器設(shè)計原理

     作為一種具備實時數(shù)據(jù)補償?shù)目刂破�，要求采集的�?shù)據(jù)在第一時間內(nèi)提交給公用存儲器。主控機進行讀取，并進行相應(yīng)處理。處理好的數(shù)據(jù)反饋給控制器，從而完成一個控制過程�？傮w示意如圖1所示。

     1.a/d、d/a轉(zhuǎn)換單元

     對于a/d轉(zhuǎn)換單元，我們采用max197作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件，如圖2所示。針對max197的特點，作了以下的設(shè)計。

     （1）+5v電壓供電，8位并行采樣數(shù)據(jù)總線與f206的低8位數(shù)據(jù)總線連接。max197為12位并行采樣，其d0～d3與d8～d11并用4根數(shù)據(jù)線，通過hben腳來決定選擇d0～d3還是d8～d11。所以利用f206的通用輸出引腳xf與hben連接，通過置xf實現(xiàn)數(shù)據(jù)的選擇讀取。max197通過寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，產(chǎn)生中斷int1，與f206的int1連接，使程序進入中斷子程序，以便對剛采樣的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理。

     （2）max197的轉(zhuǎn)換時間為6μs，100ksps的采樣速率；有8位模擬量輸入通道，可通過編程來選擇全部或是一部分。為了保證一定的采樣速度，控制器選擇其中的4路。

     （3）采用外部參考內(nèi)部獲取控制，并使用內(nèi)