基于1394總線通信的I/O模塊在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床裝備的核心關(guān)鍵部件，是決定機(jī)床裝備的性能、功能、可靠性和成本的關(guān)鍵因素。我國的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，高檔數(shù)控系統(tǒng)基本依賴進(jìn)口，而相關(guān)高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)，國外對(duì)我國至今仍封鎖限制，成為制約我國高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展的瓶頸。自主開發(fā)高檔數(shù)控系統(tǒng)迫在眉睫，而其中的關(guān)鍵技術(shù)就是數(shù)據(jù)通信速率的提高。

　　IEEE 1394最初由Apple公司提出，命名為FireWire(火線)，是一種高速串行總線。IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會(huì))在1995年認(rèn)可FireWire為IEEE1394—1995規(guī)范，繼而又對(duì)該協(xié)議中一些模糊的定義加以修正，推出了IEEE 1394a．2000規(guī)范，解決了一些兼容性問題。2001年，更新的1394規(guī)范——1394b也被推出，其帶寬、傳輸速度、距離和效率都有了大幅度提高。IEEE 1394支持100 Mb/s、200 Mh/s和400 Mb/s的傳輸速率；支持點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸，各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以脫離主機(jī)自主執(zhí)行事務(wù)；另外，它還支持即插即用、熱插拔、同步和異步傳輸方式，公平仲裁原則。鑒于IEEE 1394的高速傳輸?shù)葍?yōu)越性，將其應(yīng)用于高檔數(shù)控系統(tǒng)成為一種必然的趨勢(shì)。

　　本研究設(shè)計(jì)出一塊基于1394總線傳輸?shù)腎/O模塊，該模塊應(yīng)用在高檔數(shù)控系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集機(jī)床開關(guān)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸及控制機(jī)床進(jìn)給量。

1 1394總線通信I/O模塊硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 I/O模塊整體結(jié)構(gòu)介紹

　　該模塊主要包括1394芯片、DSP芯片和光耦芯片。該模塊共引出32個(gè)輸入口和24個(gè)輸出口，具有高速傳輸、抗干擾的特點(diǎn)。該模塊I/O端El通過排線與數(shù)控機(jī)床的開關(guān)量相連接，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)控制。1394端口通過1394總線與上位機(jī)進(jìn)行通信，負(fù)責(zé)I/O模塊與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。該模塊與上位機(jī)及機(jī)床的整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

　　I/O模塊中各芯片間的連接如圖2所示：DSP芯片選用TI公司的TMS320F2812，它是一款32位定點(diǎn)DSP芯片，運(yùn)行速度高，處理功能強(qiáng)大，并且具有豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備，便于接口和模塊化設(shè)計(jì)。共有56位復(fù)用GPIO，可引出作為I/O端口。1394芯片選用TI公司的TSB43AA82，它是一款集成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的兩端口1394控制器，兼容1394—1995和IEEEl394a一2000規(guī)范，支持異步數(shù)據(jù)傳輸。光耦芯片選用TOSHIBA公司的TLP521-4，每個(gè)芯片內(nèi)具有4個(gè)獨(dú)立隔離通道舊J。DSP芯片與1394芯片通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線連接。DSP芯片引出56位GPIO管腳，通過光耦芯片與外界設(shè)備連接。

圖2 I／O模塊中1394，DSP及光耦芯片的連接

　　1.2 DSP芯片外圍電路介紹

　　TMS320F28 12的XZCS6 AND7連接TSB43 AA82的xcs(片使能)，用于片選TSB43AA82，當(dāng)訪問區(qū)域6時(shí)有效；XWE為寫有效，連接TSB43AA82的XWR(寫使能)，用于向TSB43AA82寫入數(shù)據(jù)；XRD為讀有效，連接TSB43AA82的XRD(讀使能)，用于讀取TSB43AA82數(shù)據(jù)；XRS為復(fù)位輸出，連接ARESETP(物理層模塊復(fù)位輸入)和ARESETL(鏈路層模塊復(fù)位輸入)，用于控制TSB43AA82復(fù)位；TSB43AA82的XINT為中斷信號(hào)輸出，連接TMS320F2812的XINTl一XBIO中斷輸入)，用于中斷程序；XWAIT為等待信號(hào)輸出，連接TMS320F2812的XREADY(數(shù)據(jù)準(zhǔn)備輸入)，用于說明外設(shè)已為訪問做好準(zhǔn)備；XA0～XA7，BD108～BDI015為8位地址總線，XD0～XDl5，DA0～DAl5為16位數(shù)據(jù)總線，用于TMS320F2812與TSIM3AA82之間數(shù)據(jù)傳輸。TLP521-4的P為內(nèi)部發(fā)光二極管正極，N為內(nèi)部發(fā)光二極管負(fù)極，Out為內(nèi)部三極管輸出。

　　1.3 光耦芯片電路介紹

　　本設(shè)計(jì)的I/O模塊通過引入光耦芯片，實(shí)現(xiàn)DSP芯片與機(jī)床的電路隔離、電平匹配等功能。光耦芯片電路如圖3所示。輸入光耦電路指I/O模塊輸入端，“輸入1”連接機(jī)床開關(guān)量；“輸出1”連接DSP的輸入GPIO。輸出光耦電路指IZO模塊輸出端，“輸入2”連接DSP的輸出GPIO；“輸出2”通過繼電器連接機(jī)床的控制量。