基于CPLD的数字交流伺服系统接口设计
毕业设计171基于CPLD的DSP系统接口设计
基于CPLD的DSP系统接口设计中文摘要本论文详细介绍了基于CPLD的DSP系统接口设计的方案与实现方法。
在本次设计过程中，主要是以模块思想来设计整个DSP系统。
在整个硬件系统设计中，以DSP芯片为核心，用CPLD来实现控制数据中转、与外围设备的通信。
本论文介绍了如何利用CPLD设计并实现TMS320C5416芯片与SRAM、FLASH、串并转换器等外围设备之间的接口，即利用了CPLD 实现TMS320C5416系统接口的扩展。
关键词:DSP;系统接口; CPLDDesign DSP system connection with CPLDAbstractThe present paper in detail introduced the DSP system connection of based on the CPLD designs plan and the realization method. In this design process, mainly designs the entire DSP system by the module of thought.In the entire hardware system design process, takes the DSP chip as the core, realizes the control data relay by the CPLD decoding, and the auxiliary equipment correspondence. This introduced how switching using CPLD connection designs the between TMS320C5416 chip and SRAM, FLASH, string and auxiliary equipment and so on, namely used CPLD to design the TMS320C5416 system connection the expansion.Key words: DSP ; The interface of system ;CPLD第一章：绪论§1.1 课题的提出及意义随着信息化技术的飞速发展，各种便携式电子产品和个人助理不断涌现，但是，许多消费电子的采集处理系统有着自身的不足，采集装置的复杂化，图像实时处理对处理器的依赖，图像处理系统的造价、速度及体积都成为限制图像技术应用的瓶颈。
基于CPLD的数字交流伺服系统接口设计
Ｃ Ｌ 的 伺 服 系统 接 口设 计 方 法 ， 给 出 了它 在 永 Ｐ Ｄ 并 磁全 数字 交 流伺服 系统 中的应用 实例 。
１ 系统 结 构
在 本 永磁 数 字 交 流伺 服 系统 中 ， 心 控制 器 为 核
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基于CPLD的编码器解码接口及其在运动控制卡和伺服驱动器中的应用
基于CPLD的编码器解码接口及其在运动控制卡和伺服驱动器中的应用中国自动化网供稿2007-2-12 14:17:00【字体：大中小】在数控机床或其他数控设备中，往往都会用到光栅尺或编码器等位置传感部件，用以来测量机械运动部件的实际运动位置及速度信息。
那么光栅尺或编码器测量到的数值，就需要专门的接收部件来处理。
一般的编码器输出的信号是AB（或ABZ）相正交编码信号，之所以这样编码也是为了将方向信息加入码流，同时也有利抗干扰等方面的处理。
因此在接收这个信号时就需要专门的解码接口电路，将所得的数据也就是实际运动位置/位置信息传递给处理单元，或通过总线（比如PCI）传递给数控设备的中央控制系统中，让控制系统的软硬件根据测来的实际信息与理想（逻辑）信息进行对比，然后根据比较的误差结果再去调节运动部件的位置和速度，或做其他中断、开关性的输出动作以达到控制机械运动的目的。
甚至，通过一套完整的算法来把位置、速度、力矩等信息纳入体系中来，做实时反馈处理，这也就是我们所说的闭环（半闭环）处理，我们常见的算法就是PID（或PI）算法。
这样以来，就比较方便于让机械设备在全自动的运行下达到快、准、柔的特性。
1 用CPLD来实现编码器解码接口及PWM输出功能现在市面上已经有专用的编码器信号/AB相正交编码信号解码接口芯片，主要是欧美等国家提供的芯片，比如HCTL-2016/HCTL-2020等产品。
但是这些产品性能价格比还是比较差，功能不够丰富，使用起来也不灵活方便，很难适合广大客户的需求。
而用中规模的CPLD来完成AB相正交编码信号解码功能的设计，就成了一个选择，加之C PLD的可塑性，及日益走好的性价比趋势，这种方案甚至成为了唯一的最优选择。
一般情况，Altera/Lattice/Xilinx的市面主流的CPLD都可以满足设计的需求，逻辑在中等规模，约500-1000宏单元，就可以完成1-4通道解码AB相正交编码信号解码功能，并且可以外加1-4通道的PWM发生，以及多路数字量I/O的扩展功能。
基于CPLD的大功率高精度伺服系统位置信息实时采集系统设计与实现
基于CPLD的大功率高精度伺服系统位置信息实时采集系统设计与实现∗虞志源;鲁文其;徐讯;袁嫣红;张建亚;胡东轩【摘要】阐述了旋转变压器的工作原理，设计了两套位置信息采集方案。
一种方案在CPLD、DSP、解码芯片之间采用独立总线的方式连接，实时地更新位置信息；另一种方案则是在CPLD、DSP、解码芯片之间采用共用总线的方式，只在需要时读取位置信息。
给出了两种方案的硬件平台、设计思路和软件流程图，在原理上对其进行了相应的分析，并基于此进行了位置信息读取的试验测试。
根据试验测试结果得知，两种方案都能准确读取位置信息，精度较高，较适合大功率高精度驱动的场合应用，且共用总线方案相比独立总线方案响应速度更快。
%Two sets of position detection scheme were designed. One connects CPLD, DSP and decoding chip with the method of independent bus. It could real-time update location information. The other connects CPLD, DSP and decoding chip with the method of shared bus. It only read location information when it need. Both schemes’ hardware platform, design thought, software flow diagram were proposed. Its principle was analyzed. The position information was detected based on these two schemes. According to these experiments, these two solutions all could read location information accurately with high precision, and be used in high power driving situations. Comparing with independent bus solution, Reuse bus solution had the faster response speed.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】6页(P11-16)【关键词】交流伺服系统;旋转变压器;位置检测;大功率;高精度【作者】虞志源;鲁文其;徐讯;袁嫣红;张建亚;胡东轩【作者单位】浙江理工大学，浙江杭州 310018;浙江理工大学，浙江杭州310018; 浙江大学，浙江杭州 310018;浙江卧龙控股集团有限公司，浙江杭州310000;浙江理工大学，浙江杭州 310018;浙江理工大学，浙江杭州 310018;浙江理工大学，浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TM921.54+1伺服系统因其稳定性好、高速、精度高等优点得到广泛运用，其运用场合主要在工业及民用领域，包括高精度数控机床、纺织机械、机器人等场合。
基于CPLD的数字交流伺服系统接口设计
基于CPLD的数字交流伺服系统接口设计
沈安文;杜宇峰;张侨
【期刊名称】《微电机》
【年(卷),期】2006(39)3
【摘要】为了解决伺服系统的接口电路结构复杂和可靠性低的问题,研究了一种基于CPLD的接口设计方法;通过对CPLD编程完成大量的逻辑电路设计,简化了接口电路.本设计在工程项目中得到应用,获得了较好的运行效果.
【总页数】3页(P54-56)
【作者】沈安文;杜宇峰;张侨
【作者单位】华中科技大学控制科学与工程系,武汉,430074;华中科技大学控制科学与工程系,武汉,430074;华中科技大学控制科学与工程系,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TM383.4
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4.基于DeviceNet协议的CAN总线交流伺服系统接口设计 [J], 郭迪; 郭和平
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基于STM32+CPLD全数字同步伺服驱动器的设计与实现
控制与应用技术
Ｅ Ｍ Ｃ Ａ
咤 札 西控 制 应 用 ２ ０ １ ７ ， ４ ４（ ４ ）
基于 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ ＋ Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ 全 数 字 同步 伺 服 驱 动 器 的 设 计 与 实 现
王苏洲， 舒 志兵 ， 李 照 （ 南京 工业 大 学 电气工 程与控 制 科 学 学院 ， 江 苏 南京
ｉ ｎｔ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｅ ｄ，ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｏ ｆ ｆ ｕｌ ｌ ｄｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｄｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ．Ｆｏ ｒ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｕ ｓ ｅ ｄ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｄ ｉ ｒ ｖ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ，ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ ａ ｎ ｄ Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ ａ ｓ
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浅谈基于CPLD的G.D伺服的抗干扰系统设计
95中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.05 （上）随着现代智能化的进步，现代工业发展中，伺服电机的精准度标志着一个国家的工业和科学技术水平是否先进。
我国的伺服控制系统虽然发展迅速，但是和国外的伺服控制系统比还有很大的差距；差距表现在响应频率方面，我国伺服电机的响频率几乎只能达到国外的一半；还有就是控制核心，控制核心基本还是依靠国外进口；另外，就是稳定性。
昆明卷烟厂的卷包机G.D 控制伺服系统是全厂对伺服控制稳定性和精度要求最高的地方。
由于使用年限比较长，并且各种线路老化造成伺服控制系统受到各种干扰信号的干扰，对系统稳定性造成巨大影响；无论伺服系统采用速度控制还是采用位置控制，速度反馈信号都在这两种伺服闭环控制系统中起着很重要的作用，而CPLD 主要就是速度反馈信号采集和处理，所以，通过更换CPLD 提高速度反馈信号的精度，提高G.D 伺服的抗干扰性能。
1 CPLD 选择设计1.1 编码器选择对于伺服测速信号，必须满足极高的更新速度和极高的测试精度，光电编码器正好能满足这两种要求，所以，速度反馈中的传感器通常选用光电编码器。
编码器通过A、B、Z 三个脉冲来实现，A 相脉冲主要是用来做计数脉冲用的，A 相脉冲所对应的B 脉冲主要是用来作为鉴相脉冲用的，就是浅谈基于CPLD 的G.D 伺服的抗干扰系统设计李华文，倪骏，程倩（红云红河烟草（集团）有限责任公司昆明卷烟厂，云南 昆明 650202）摘要：昆明卷烟厂的G.D 伺服卷包机，由于外界干扰比较大，所以，为了提高整套系统的精确度，本次项目更换CPLD，CPLD 起到的作用是完成测量并且可以对编码器的信号滤波。
而速度信号的反馈信号，在伺服抗干扰闭环中有极大的作用，所以通过CPLD 采集到准确的速度信号很重要。
反馈信号传递给DSP，通过DSP 处理，从而达到抗干扰作用。
本次通过CPLD 和DSP 协同作用，从而提高G.D 伺服的抗干扰能力，使整套伺服系统的精确度得到提高。
一种基于CPLD的伺服信号检测技术
摘 要 ：针 对传 统的数字电路设计上的一些缺点 ，如研 制周期长 、成本 较高 、设计 不太灵活 、可扩 展性 不强等缺 点 ，
研发 了一种采用复杂可编程逻辑器件 （ＣＰＬＤ）并通过 ＶＨＤＬ硬件描述语 言编程对伺 服信 号进 行检测 的技术 。该项
技术可 以提高伺服 电压测量 的稳定性和精度 ，缩短在试验现场的测量时间 ，测 量数据可通过 ＬＣＤ进行实 时显示 。
ａｆｔ ７１００６５，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｓｅｒｖｏ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｔｒ ａ ｄ ｉｔｉｏｎａｌ ｄ ｉ ｇｉｔａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍ ｉｎｇｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｌｏｎｇ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｙｃｌｅ，ｈ ｉ ｇｈ ｃｏｓｔ，ｄ ｉｓｃｏｍ ｍｏｄｉｏｕｓ
ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｓｅｒｖｏ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｓｅｒｖｏ ｖｏｌｔａｇｅ ｍ ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓｉｔｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍ ｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ ｃａｎ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｎ ＬＣＤ． Ｋｅｙｗ ｏｒｄｓ：ＣＰＬＤ；ｓｅｒｖｏ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ＶＨ ＤＬ；ＬＣＤ ｄｉｓｐｌａｙ
该项 伺服 电 压 检 测 技 术 主 要 是 把 伺 服 输 出 的 电流信号通过测量信号采集模块变成 电压信号 ，再 通过信号处理模块进行 判断处理 ，然后再把信号输
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基于CPLD的数字交流伺服系统接口设计
2006-11-17 15:59:00 【文章字体：大 中 小】 打印收藏关闭
0 引言
全数字交流伺服系统由于具有高速、高精度和无漂移等特点, 发展非常迅速, 并且已经在数控机床、纺织、包装、印刷等各行业中获得了广泛应用。
在传统的数字交流伺服系统中, 接口是采用大量的芯片组合构成组合逻辑和时序逻辑电路, 芯片数量多,电路结构复杂, 影响了系统的可靠性。
为了提高系统的开放性、可靠性和灵活性, 本文研究了一种基于CPLD 的伺服系统接口设计方法, 并给出了它在永磁全数字交流伺服系统中的应用实例。
1 系统结构
在本永磁数字交流伺服系统中, 核心控制器为TI 公司的TM S320L F2407A。
TM S320L F2407A 具有很高的运算速度和精度, 主要完成电流环、速度环和位置环的控制算法, 并采用SV PWM 方法对PWM 波形进行控制。
Xilinx 公司的可编程逻辑器件XC95108 用于处理各种接口信号。
本系统可驱动多种交流伺服电机, 目前处于调试阶段。
伺服电机为110SNMA 4 Ⅱ 型永磁无刷伺服电机, 额定转矩4Nm , 额定转速3000r/min, 额定电流5A , 额定功率1. 256kW。
电机非负载侧装有增量式光电码盘, 分辨率为2500 脉冲/转。
系统结构框图如图1 所示。
2 接口电路的要求与设计
本伺服系统的接口电路主要由I/O 模块、SPI模块、电子齿轮模块和控制模块构成。
其中, I/O 模块用来接收和发送各种信号; SPI 模块用来实现XC95108 和TM S320L F2407A 间的通讯; 电子齿轮模块将接收到的脉冲信号进行分频; 控制模块对XC95108 接收到的或即将发送的数据进行处理(脉冲信号的计数、SPI 发送缓冲寄存器的装载等)。
2.1 开关量和脉冲信号的处理
本伺服系统的接口信号主要有开关量和脉冲信号两种, 考虑到电平匹配和保护的因素, 需要进行光电隔离。
开关量信号使用TL P521 进行隔离, 而脉冲信号由于频率较高, 使用高速光电耦合器PC900 进行隔离。
脉冲信号主要有3 种模式: AB 相脉冲模式、方向脉冲模式和正反脉冲模式。
CPLD 根据参数设置来选择相应的接收方式, 如图2 所示。
后两种模式辨向和计数相对简单,AB 相脉冲模式需要先转换成前两种模式, 再进行处理。
例如, 将AB 相脉冲模式转换成方向脉冲模式时, 先将A、B 脉冲进行4倍频得到脉冲列C, 再通过辨向电路得到方向D IR 信号。
通过对C 计数可以得到脉冲数, 当DIR = 1 时,对C 增计数, 当DIR= 0 时, 对C 减计数。
码盘脉冲信号经过计数和辨向处理后可以实现M 法测速。
4 倍频脉冲列C 可以利用高频时钟CL K 取A、B 脉冲的上升沿和下降沿得到。
时钟CL K 的频率应高于A、B 脉冲频率的4 倍。
逻辑电路如图3 所示。
获得方向信号DIR 的方法如下:
A、B 脉冲属于以下情况时, 电机处于正转状态,DIR= 1:
(1) 当A 在上升沿时,B 为高电平;
(2) 当B 在上升沿时,A 为低电平;
(3) 当A 在下降沿时,B 为低电平;
(4) 当B 在下降沿时,A 为高电平;
A、B 脉冲属于以下情况时, 电机处于反转状态,DIR= 0;
(1) 当A 在上升沿时,B 为低电平;
(2) 当B 在上升沿时,A 为高电平;
(3) 当A 在下降沿时,B 为高电平;
(4) 当B 在下降沿时,A 为低电平;
2.2 电子齿轮
所谓电子齿轮是指电气传动装置对脉冲编码器产生的信号进行m/n 分频, 将
分频后得到的脉冲信号给电梯、数控机床等主控系统作精确定位用。
采用电子齿轮主要是为了主控系统在选用不同的电气传动装置或位置传感器时, 本身不做任何
改动而只需要重新设置电子齿轮的分频比m/n。
分频比为1/n 的电子齿轮是最基本的, 也比较容易实现。
先将输入的A、B 脉冲进行4 倍频得到脉冲列C, 再进行辨向处理得到方向信号DIR, 最后分频得到两路脉冲A0 和B0。
根据以下逻辑, 可以得到第k 个A 0、B0 脉冲对(k 为正整数) :
(1) 在第4kn 个C 脉冲的上升沿,A0 变为高,B0不变;
(2) 在第4kn+ n 个C 脉冲的上升沿,A0 不变,B0= DIR;
(3) 在第4kn+ 2n个C 脉冲的上升沿,A0 变为低,B0 不变;
(4) 在第4kn+ 3n 个C 脉冲的上升沿,A0 不变,B0= D IR;
分频比为m/n 型的电子齿轮可以转化为几个1/n 型的组合来实现。
由A、B 相脉冲波形的特点可以看出, 当发生正、反转切换时, 4 倍频脉冲列C 会因为B 脉冲少一个跳变而漏掉一个脉冲, 而脉冲A 0 和B0 是基于对C 的计数得到的, 会有一个脉冲的滞后, 因此必须对其进行补偿。
可以在D IR 跳变的时候让计数器加1,这样就可以补偿漏掉的脉冲。
以2 分频为例, 通过图4 可以看出,
分频后得到的脉冲A 0 和B0 正交性好,滞后的问题也得到了解决。
2.3 CPLD 和DSP 的通讯
XC95108 通过SPI 与TM S320L F2407A 进行通讯。
SPI 是高速的同步串行I/O 口。
它能使可编程长度的串行位流(1 到16 位) 以可编程的位传输率输入和输出器件。
其工作原理类似于一个16 位的移位寄存器, 时钟由主机提供。
通讯时采用主从结构,DSP 为主机, CPLD 为从机。
TM S320L F2407A 作为主机, 在SP ICL K 引脚上提供串行时钟, 数据从SPISIMO 引脚输出并在SPISOMI 引脚输入。
发送数据的过程如下: 首先,SP ISTE 引脚置低, 使能从机; 再将数据写入到发送缓冲寄存器SP ITXBU F 或移位寄存器SPIDAT , 起动数据发送; 将寄存器SPIDA T 内的数据左移一位, 最高位被移出并通过SP IS IMO 引脚发送, 同时将SPISOM T 引脚接收到的数据移入SPIDAT 的最低位。
重复这个过程直到传送完设定数量的位时,通讯完毕。
最后, SPISTE 引脚置高, 等待下一次通讯。
XC95108 作为从机, 通讯过程和主机类似, 不同的是它并不产生串行时钟, 而由主机提供, 数
据由CSP ISOMI 引脚移出并且由CSPISIMO 移入。
通讯原理图如图5 所示。
TM S320LF2407A 与XC95108 间的通讯采用主从问答的方式。
在一次完整的通讯过程中,TM S320LF2407A 先发送一帧数据。
该数据包含了选择哪个信号并进行何
种操作, 以及反馈状态信号的信息。
伺服控制模块根据这些信息将相应的数据装载到CSPIDAT 寄存器, TM S320LF2407A 再发送一帧数据提供时钟, 同时XC95108 将装载好的数据回传给TM S320LF2407A , 这样就完成了一次通讯。
为了提高数据传输效率, 本系统采用流水线式的数据传送方法, 合理地对数据传输进行了规划。
系统通讯时钟的最高频率为10MHz, 可以很好地满足通讯的可靠性和实时性。
3 结语
将CPLD 应用于数字交流伺服系统的接口设计, 不仅可以代替核心控制器完成部分功能, 减轻核心控制器的负担, 还简化了接口电路, 提高了系统的可靠性和开放性, 且便于调试。
本方案中所有模块和逻辑电路均采用Verilog HDL 语言进行编写, 通过ModelSim 仿真检验了逻辑正确性后, 利用Synplify进行综合。
采用本接口设计方法的交流伺服系统与传统伺服系统相比有电路简单和运行稳定的优点,有较好的应用前景。