基于ARM與DSP的嵌入式運(yùn)動控制器設(shè)計(jì)

　　引言

　　運(yùn)動控制系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，而嵌入式技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用還不太成熟，近年來，工業(yè)控制對運(yùn)動控制系統(tǒng)的要求越來越高，為了滿足新一代運(yùn)動控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能要求，嵌入式運(yùn)動控制器應(yīng)運(yùn)而生。基于ARM與DSP運(yùn)動控制芯片相結(jié)合的新一代運(yùn)動控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮ARM微控器與專業(yè)運(yùn)動控制芯片MCX314As的各自特點(diǎn)，可方便的構(gòu)成高性能的嵌入式運(yùn)動控制系統(tǒng)。

　　運(yùn)動控制芯片MCX314As

　　MCX314As是日本NOVA電子有限公司的DSP運(yùn)動控制專用芯片，它是控制4軸的脈沖序列輸出驅(qū)動伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動控制芯片，可用于工業(yè)自動化設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、測量設(shè)備、辦公設(shè)備和家用電器等?？梢赃M(jìn)行各軸獨(dú)立的定位控制、速度控制，另一方面亦可在4軸中任意的選擇2軸或是3軸來進(jìn)行圓弧、直線、位模式插補(bǔ)。輸出脈沖頻率高達(dá)4MHZ，誤差低于±0.5最小插補(bǔ)單元，倍率1～500。每軸都有伺服反饋輸入端、四個輸入點(diǎn)和8個輸出點(diǎn)，能獨(dú)立地設(shè)置為恒速、線性、非對稱S曲線加/減控制、非對稱梯形加/減控制,并有2個32位的邏輯、實(shí)際位置計(jì)數(shù)器和狀態(tài)比較寄存器，實(shí)現(xiàn)位置的閉環(huán)控制[1]。

　　MCX314As運(yùn)動控制芯片能與8/16位數(shù)據(jù)總線接口，通過命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)等寄存器實(shí)現(xiàn)4軸3聯(lián)動的位置 、速度、加速度等運(yùn)動控制和實(shí)時(shí)監(jiān)視。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)可以把所有極其復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)動控制工作交給MCX314As芯片來處理，而主機(jī)CPU只需要向MCX314As芯片發(fā)出一系列的控制指令便能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動。

　　2 ARM微處理器S3C2410

　　S3C2410 是韓國三星公司的32位RISC嵌入式處理器。該處理器為手持設(shè)備和一般性應(yīng)用提供了一個高性價(jià)比、低功耗、高性能的解決方案。該芯片基于ARM920T內(nèi)核，采用五級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，主頻高達(dá)200MHz[3]。ARM920T具有全性能的內(nèi)存管理單元MMU、獨(dú)立的16KB指令和數(shù)據(jù)Cache以及高速AMBA總線接口。為了減少應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本，S3C2410集成了眾多的常用資源，例如：LCD控制器、NANDFlash控制器、SDRAM控制器、系統(tǒng)片選邏輯以及一些常用的通訊接口等資源,使它廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。

　　運(yùn)動控制器的基本構(gòu)成

　　由S3C2410和MCX314As構(gòu)成運(yùn)動控制器。在開發(fā)板S3C2410上設(shè)計(jì)有系統(tǒng)總線預(yù)留接口，預(yù)留了S3C2410芯片上的基于通用IO口的信號線，包括16位數(shù)據(jù)線、12位地址線、片選信號和一些讀寫控制信號線，以方便用戶擴(kuò)展應(yīng)用電路。運(yùn)動控制芯片MCX314As與S3C2410處理器的連接就是通過這個標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)總線接口電路，把兩者的數(shù)據(jù)線、地址線、讀寫控制線、片選信號和中斷等信號連接起來。在兩者信號連接連接之間加入SN74ALVC164245的芯片來實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，同時(shí)驅(qū)動信號。另外還需要注意的是，我們使用的是16位數(shù)據(jù)線的傳輸，所以MCX314As芯片的H16L8引腳必須接上高電平。

　　圖1 S3C2410與MCX314As的接口電路框圖