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(多图) DSP+FPGA在高速高精运动控制器中的应用

来源:可编程逻辑器件中文网站/今日电子/武汉理工大学智能信息系统研究所 朱显新 黄涛 邓启辉 卢珞先?? 2006年04月28日 ?? 收藏0

?????? 1.2 FPGA模块?

??????? 该部分主要功能为一个4通道的针对光栅尺的脉冲计数器,此外,还承担部分地址译码的工作。但由于脉冲计数频率高,计数量大,所以必须选择高容量、高性能的可编程逻辑器件。?

?????? ALTERA FLEX(Flexible Logic Element Matrix)10K 系列FPGA,规模从一万门到十万门,可提供720~5392个触发器及6144~24576位RAM,提供30ns、40ns及50ns等几个速率等级,可适应18~105MHz的信号处理速率。ALTERA FLEX10K系列FPGA主要由输入输出单元IOE、掩埋阵列EAB、逻辑阵列LAB及内部连线组成。EAB是在输入和输出端口加有寄存器的RAM块,其容量可灵活变化。所以,EAB不仅可以用于存储器,还可以事先写入查表值来用它构成如乘法器、纠错逻辑等电路。当用于RAM时,EAB可配制成多种形式的字宽和容量。?

??????? LAB主要用于逻辑电路设计,一个LAB包括8个逻辑单元LE,每一个LAB提供4个控制信号及其反相信号,其中两个

可用于时钟信号。每一个LE包括组合逻辑及一个可编程触发器。触发器可被配成D,T,JK,RS等各种形式。IOE提供全局的时钟及清零信号输入端口,还提供具有可编程性的各种输入输出端口,如低噪声端口、高速端口等。?

?????? FLEX10K系列芯片是ALTERA公司新近推出的PLD产品。与ALTERA公司先前推出的MAX7000系列EPLD相比,FLEX10K(以下简称10K)系列具有更加丰富的内部资源(最多可达10万门),更加充裕的可配置的I/O管脚(最多达406条)。再加上其低廉的价格,使得10K系列芯片受到越来越多用户的欢迎。?

?????? 基于以上原因,我们在本方案中采用ALTERA FLEX10K10,并且考虑到以后设计的连续性,我们可以无需更改硬件电路,就可以更换性能更高的、相同尺寸、相同管脚配置的ALTERA FLEX10K20。


?????? 1.3 PC通信接口模块


??????? 该模块选用16位的ISA总线与PC相连,CY7C133双口RAM用作数据缓冲。?

?????? ISA总线的使用十分灵活、方便,而且I/O操作比较简单。虽然ISA总线的引脚多但并不是都要用到的,关键是几个固定引脚的应用,例如:I/O CH RDY、I/OR、I/OW、ALE、数据线和地址线,结合起来实现通信。

?????????????? 接口示意图

??????? 在本系统中,双口RAM的 PC端地址线并没有直接采用ISA过来的地址线,而是由FPGA内部地址计数器给定。这是因为,ISA总线上大部分地址都已经被PC系统分配好,直接把2K的双口RAM数据空间映射到ISA总线上并不现实;而且控制系统与PC交换的数据基本上是一系列加工点的坐标参数,采用顺序访问对性能没有影响。因此采用地址计数器方式的顺序访问,完全能够达到设计的要求。
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?????? 具体做法是:ISA地址线的A2~A9接到地址比较器74LS688,与设定好的地址作比较,74LS688的片选信号由ISA的IOR和IOW的“与”提供(IOR和IOW在ISA总线访问端口时低有效),A0,A1接到FPGA,用于选择FPGA内部4个功能不同的寄存器。ISA的ALE用于触发FPGA 内部逻辑功能,锁存ISA总线过来的信号,如图2所示。?

??????? 当访问地址清零寄存器时,地址计数值清零;当访问地址增加寄存器时,地址计数值增加“1”。如此类推,访问不同的寄存器就对地址计数值完成不同的操作,把地址计数值直接作为地址送给双口RAM,就可以实现ISA总线访问双口RAM了。


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运动控制? DSP? FPGA? B样条插值?

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