基于DSP和FPGA的通用数字控制器硬件设计

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基于DSP、FPGA和单片机的大尺寸激光数控加工系统的软硬件设计

使用单片机控制人机界面、使用ＤＰ对加工数据进行处理并由ＦＧＳＰＡ输出加工信号，硬件上保证了系统的高速运从算和精密加工。此外系统将加工数据保存于非易失性存储器中，使得系统拥有脱机加工的能力。通过对以ＤＰ和ＳＦＧＡ为核心的加工控制部分的软、Ｐ硬件进行优化，该系统达到了设计目标并取得了令人满意的加工效果。关键词：数控加工；激光；ＤＰＦＧ；单片机Ｓ；ＰＡ
加工信号产生的全部工作，或者由计算机生成加工信号直
接驱动加工部件。对于前一种做法，片机的数据处理能单力往往达不到要求，限制了性能的发挥。而后一种做法，
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电
ＥＬＥＣＴＲｏＮＩＣ
子
测
量
技术
ＴＥＣＨＮｏＩ０ＧＹ，
第３Ｏ卷第６期
２００７年６月
基于ＤＳＦＧＡ单片机的大尺寸Ｐ、Ｐ和
激光数控加工系的软硬件设计＊统
张师伟傅星杨恒宗邱维宝邬勇胡小唐
（津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津天３０７）００２
摘
要：为了满足大尺寸激光加工的精度和速度要求，本文设计了以ＤＰＦＧＳ、ＰＡ和单片机为核心的数控系统。系统
ＡｂｔａｔＴｏｓｔｓｙｔｅｒｑｉｅｅｔｆｐｅｉｉｎａｄｓｅｄｆｒｌｒｅｓｚａｅａｈｎｎａＣＮＣｙｔｍａｅｎｔｅｓｒｃ：ａｉｆｈｅｕｒｍｎｓｏｒｃｓｏｎｐｅｏａｇ－ｉｅｌｓｒｍｃｉｉｇ，ｓｓｅｂｓｄｏｈＤＳＦＧＡｎｃｏｏｔｏｌｒｉｅｅｏｅ．ｉｒｃｎｔｏｌｒｉｓＯｃｎｒｌｔｅｈｍａ－ｏｕｅｔｒａｅＤＳＳＰ。ＰａｄｍｉｒｃｎｒｌｄｖｌｐｄＭｃｏｏｒｌｕｅｔｏｔｏｈｕｎｃｍｐｔｒｉｅｆｃ。ＰｉｅＳｅＳｄｎｕｅＯｐｏｅｓｔｅｄｔ，ｎＰＧＡｓｕｅＯｏｔｕｈａｈｎｎｉｎ１ＴｈａｄｒｅｔｏｅｂｖｎｕｅｈｓｄｔｒｃｓｈａａａｄＦｉｓｄｔｕｐｔｔｅｍｃｉｉｇｓｇａ．ｅｈｒｗａｅｍｎｉｎａｏｅｅｓｒｓｔｅｄｃｐｂｌｉｓｏｉｈｓｅｄａｄｐｅｉｉｎｏｃｉｉｇｎａｄｔｎ，ｈａａａｅｓｖｄｉｌｓｍｏｙｔａｋｓｔｅａａｉｔｆｈｇ－ｐｅｎｒｃｓｏｆｍａｈｎｎ．Ｉｄｉｉｔｅｄｔｒａｅｎｆｈｍｅｒｈｔｍａｅｈｉｅｏａｍａｈｎｒｆｌｅｃｉｅｗｏｋｏｆｉ．Ｂｙｏｔｚｎｈｅｉｎｏｏｔｒｎａｄｒ，ｈｙｔｍｅｃｅｈｅｉｎｇａｓａｄｎｐｉｉｇｔｅｄｓｇｆｓｆｗａｅａｄｈｒｗａｅｔｅｓｓｅｒａｈｓｔｅｄｓｇｏｌ，ｎｍｉｓｔｆｉａｈｎｎｆｅｔｒｂａｎｃａｉｙｎｍｃｉｉｇｅｆｃｓａｅｏｔｉｅｋｓｇ

基于DSP—FPGA的通用数字控制器硬件设计

系统两大类，随着数字技术的发展，模拟控制系统
ｈｄａｅｄｅｉｎａｅｖｅｉｉｄｔｏｕｇａｔｃｌａｐｌｃｔｏａｒｗｒｓｇｒｒｆｅｈｒｈｐｒｃｉａｐｉａｉｎ．
Ｋｅｒｓｇｎｒｌｐｒｏｅｄｇｔｌｃｎｒｌｒｉｉａｓｇａｒｃｓｏｓ（Ｐ）；ｆｌｒｇａｙｗｏｄ：ｅｅａ — ｕｐｓｉｉｏｔｏｌ；ｄｇｔｌｉｎｌｐｏｅｓｒＤＳａｅｉｄｐｏｒｍｍａｌａｅｅｂｅｇｔａｒｙ（ＧＡ）ｏｒｍａａｅｎ；ｂｓｒａＦＰ；ｐｗｅｎｇｍｅｔｕ
设计方案、ＣＵ板上的电源管理电路、字信号处理器ＤＰ及其外围设计、场可编程门阵列ＦＧ的配主Ｐ数Ｓ现ＰＡ置电路、线驱动电路作了详细说明。实际应用验证了该数字控制器硬件设计的正确性和可靠性总关键词：用数字控制器；字信号处理器；场可编程门阵列；源管理；线通数现电总
ＡｂｔａｔＩｒｅｏｍａｒｗａｅａｏｔｒｅｒｌｐｐｓｇｔｌｃｎｔｏｌｒｓａａｄｚｔｏｎａｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｋｅｈａｄｒｎｄｓｆｗａｅｏｆｇｎｅａ— ｕｒｏｅｄｉｉａｏｒｌｅｔｎｄｒｉａｉｎｄｍｏｄｕｌｒｚｔｏａｉａｉｎ，ａｍｐｏｔｅｆｍａｅｏｅｌｔｍｅ，ｔｂｉｔａｎｔ—ｎｔｒｅｅｃｎｄｉｒｖｅｉｓｐｒｏｒｎｃｆｒａｉｓａｌｙｎｄａｉｉｅｆｒｎｅ，ｔａｒｉｈｅｈｄｗａｅｄｓｇｎｒｅｉｗａｓｉｄｂａｅｎｓｄｅｃｒｂｅｓｄｏＤＳＰ＋ＦＰＧＡｎｅａ — ｒｏｓｇｉａｏｎｒｌｅｇｅｒｌｐｕｐｅｄｉｔｌｃｔｏｌｒ．ａｌｕｓｒｔｄｔｓｇｎｏｆｃｔｏ — ｎｄｉｌｔａｅｈｅｄｅｉｏｎｒｌ

基于DSP和FPGA的转台控制器的设计实现

ａｃｒｃｆｔｒｉｇａｇｅｉ．１ｉｈｉｅｒｉｃｅｓｎｒｄｃｅｓｎｔｌｆｕｐｔｉｇｐｌｅｃｕａｙｏｕｎｎｎｌｓ０Ｏｎｔｅｌａｎｒａｉｇｏｅｒａｉｇｓｙｅｏｔｕｔｎｕｓ．ｎｏＫｅｗｏｄ：ｓｅ－ｔｒｈｒｃｅｉｔｓｏｌｃｒｍａｎｔｃｓａｔｒｎ；ＤＳｙｒｓｔｐｍｏｏ；ｃａａｔｒｓｉｆｅｅｔｏｇｅｉｃｔｅｉｇｃＰ
线性启动或停止的方式可以使转动角度的精度满足００度的要求。．１
关键词：步进电机；电磁散射特性；ＤＰＳ中图分类号：ＴＮｌ．５文献标识码：Ａ９１２
ＤｅｉｎｏｕｎａｌｏｒｌｅａｅｎＤＳＰａｓｇｆｔｒｔｂｅｃｎｔｏｌｒｂｓｄｏｎｄＦＰＧＡ
ｄｖｃｎｏｕｅ．Ｔｈｅｔｇｒｓｌｓｏｈｔｔｅｃｎｒｌｒｃｎａｈｅｅｖｒｏｓｔｓｉｇｒｑｉｅｎｎｈｅｉｅａｄｃｍｐｔｒｅｔｓｉｅｕｔｈｗｓｔａｈｏｔｏｌａｃｉｖａｉｕｅｔｅｕｒｍｅｔａｄｔｅｎｅｎ
１系统构成０引言
系统主要由ＤＳＰ和ＦＧＡ控制模块、Ｐ串行口通讯模
在室内电磁散射测量系统中，了获得被测目标的全为
块、盘和显示模块以及步进电机脉冲输出模块几部分构键

DSP+FPGA 多种设计方案

1，DSP+FPGA 实时信号处理系统2，FPGA+DSP实时三维图像信息处理系统3，采用FPGA+DSP结构的多通道高速数据采集与实时图像处理系统的设计与实现方案4，基于DSP与FPGA的蓝牙数据采集系统设计5，基于DSP和FPGA的通用图像处理平台设计6，基于FPGA+DSP的实时图像处理系统设计与实现7，基于DSP的实时图像目标搜索与跟踪系统设计1，DSP+FPGA 实时信号处理系统实时信号处理系统要求必须具有处理大数据量的能力，以保证系统的实时性；其次对系统的体积、功耗、稳定性等也有较严格的要求。

实时信号处理算法中经常用到对图象的求和、求差运算，二维梯度运算，图象分割及区域特征提取等不同层次、不同种类的处理。

其中有的运算本身结构比较简单，但是数据量大，计算速度要求高；有些处理对速度并没有特殊的要求，但计算方式和控制结构比较复杂，难以用纯硬件实现。

因此，实时信号处理系统是对运算速度要求高、运算种类多的综合性信息处理系统。

１信号处理系统的类型与常用处理机结构根据信号处理系统在构成、处理能力以及计算问题到硬件结构映射方法的不同，将现代信号处理系统分为三大类：·指令集结构（ＩＳＡ）系统。

在由各种微处理器、ＤＳＰ处理器或专用指令集处理器等组成的信号处理系统中，都需要通过系统中的处理器所提供的指令系统（或微代码）来描述各种算法，并在指令部件的控制下完成对各种可计算问题的求解。

·硬连线结构系统。

主要是指由专用集成电路（ＡＳＩＣ）构成的系统，其基本特征是功能固定、通常用于完成特定的算法，这种系统适合于实现功能固定和数据结构明确的计算问题。

不足之处主要在于：设计周期长、成本高，且没有可编程性，可扩展性差。

·可重构系统。

基本特征是系统中有一个或多个可重构器件（如ＦＰＧＡ），可重构处理器之间或可重构处理器与ＩＳＡ结构处理器之间通过互连结构构成一个完整的计算系统。

从系统信号处理系统的构成方式来看，常用的处理机结构有下面几种：单指令流单数据流（ＳＩＳＤ）、单指令流多数据流（ＳＩＭＤ）、多指令流多数据流（ＭＩＭＤ）。

基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计

ｐｅｒｆｏｒｍｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆＵＳＢｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＡＤＣ，ＤＡＣ，ｅｔｃ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｉｍ— ｐｌｅｍｅｎｔｓｐｅｃｔｒａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｒｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｔｈｅｒｃｌａｓｓｉｃｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｈａｒｄｗａｒｅｄｅｂｕｇｒｅ —
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｎｏｗａｄａｙｓ，ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｒｅｂｅｃｏｍｉｎｇｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅ —
ｓｕｈｓｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｉｔｍｅｅｔｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｔｏｒｅａｌｐｒｏｊｅｃｔａｎｄｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

基于DSP+FPGA的数字信号处理系统设计

…
。
尤其是数据传输和运算速度方面，虽然采用并用，数百万门高密度的ＦＧ问世，新型的ＦＧ采ＰＡＰＡ
行处理技术可以提高系统的运算速度，但是并行处用了大量的新技术更加适应于信号处理的实现。归
理使得数据传输率大大提高，ＤＰ身同定的数据纳起来具有如下特点：Ｓ本］总线宽度和高速数据传输的信号完整性使得并行处
［日２０ — ２２收稿期］７１－４０
（）３分布式存储器
ｆ作者简介］郑伟亮（９０），男（１８一汉），讲师，Ｅｍａ：ｇＪｚｔ－ｉｚｎｗ＠ｓｉ—ｍ．ｌｈｉｒｎ
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第４期
郑伟亮：基于ＤＰＦＧ的数字信号处理系统设计ｓ＋ＰＡ
等模块。用ＦＧ来实现某些信号处理算法可以很资源降低了２％。ＰＡ５
好地解决并行性和运算速度问题，而且其灵活性，使得ＦＧ构成的系统非常易于修改、易于测试及ＰＡ（高速Ｉ接口２）／Ｏ新型ＦＧＡ件具有上百个接收器和发送器通Ｐ器
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第５第４卷期
２０年ｌ月０７２
深圳信息职业技术学院学报
Ｖ１ｏｏ．Ｎ．５４
Ｄｅ．ｏ０ｃ２７
基于ＤＰＦＧ的数字信号处理系统设计Ｓ＋ＰＡ
郑伟亮，张贝贝
（深圳信息职业技术学院应用英语系，广东深圳５８２）１０９

基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计

２硬件设计
２．１ＤＳＰ设计
在ＴＭ￥３２０Ｃ６４５５数字信号处理器中，具有１．２ＧＨｚ的频率。配备了Ｃ６４ｘ＋数字信号处理器内核，并且对ＰＣＩ、千兆以太网控制器、６４住ＥＭＩＦ接口、Ｉ２Ｃ接口、ＪＴＡＧ仿真接口、ＤＤＲ２
拟，因而在ＦＰＧＡ并行配置管脚连接ＣＰＬＤ。在每个ＦＰＧＡ当中，都对一路Ｒ￥２３２接口、ＲＳ４８５接口、ＲＳ４２２接口进行了应用．极大的提升了系统的可扩展性ＦＰＧＡ通过ＭｃＢＳＰ与ＤＳＰ连接．实现了快速的数据交换。
１总体设计
进行发出。由ＤＳＰ程序进行数据信号处理，然后通过ＦＰＧＡ当
在通用数字信号处理系统当中，主要包括了外设电路、ＦＰＧＡ控制电路、数字信号处理单元等部分。其中外设电路主要包括语音信号控制电路、ＵＳＢ接１７电路、信号发生采集电路等部分。ＦＰＧＡ主要是对电路接口时序控制功能加以实现，同时进行数据的缓冲工作【”。数字信号处理单元，主要是处理数字信号的功能。在系统的运行当中，上位机选择数字信号处理功能，通过ＵＳＢ接口，向ＦＰＧＡ传送控制命令。ＦＰＧＡ在对命令进行接收之后．向ＤＳＰ进行传输，由ＤＳＰ针对命令要求来
基于ＤＳＰ和ＦＰＧＡ的通用数字信号处理系统设计

基于DSP+FPGA的数字伺服控制器的设计

科学咨询/科技管理2019年第33期(总第652期)摘要：本文提出一种采用具有强大的事件管理能力的DSP结合具有高速逻辑运算能力的FPGA的全数字电路控制硬件设计方案。

一方面，该方案可以充分利用FPGA高速并行处理的优点，满足多通道、多类型信号采样，实现转速、电流实时控制，减轻DSP的负担；另一方面，该方案可以利用FPGA大规模高度集成的特点，缩减数字电路部分的体积空间。

另外，考虑到转换精度、系统灵敏度和分辨率等因素，方案还采用了高精度模数转换芯片AD7656。

关键词：伺服控制；DSP；FPGA；AD7656引言在飞行控制系统中，伺服系统是不可或缺的关键组件。

近年来，电动伺服系统以其简单可靠、工艺性好、使用和维护方便、能源单一、成本单一、易于控制等特点被广泛应用于各种飞行控制系统领域。

随着稀土永磁无刷直流电机及驱动技术、大规模数字集成电子技术的发展，数字伺服系统因结构相对简单、体积小、质量轻、抗电磁干扰能力强、调速相对灵活可控，已逐步推广应用于各型导弹武器系统。

本文提出以DSP结合FPGA的数字电路硬件设计方案。

DSP顺序运算速度快，复杂运算能力强，而FPGA逻辑资源丰富，高速并行工作能力强，可重复编程，可灵活、快速地集成多种外围控制和接口电路。

DSP+FPGA的系统架构兼有两种信号处理芯片的优越性，具有很好的控制和运算能力以及灵活性和通用性。

一、伺服系统工作原理电动伺服控制器通过总线通讯接口实时接收弹上系统指令信号，同时位置反馈信号、电流检测电路输出的电流信号经A/D转换，FPGA同步检测BLDCM输出的霍尔信号，将检测霍尔信号进行微分后得到相应的速度反馈信号，对位置反馈信号、速度反馈信号及电流反馈信号进行三环综合控制解算后，输出一定占空比PWM控制信号，经功率驱动器放大后驱动电机旋转，减速器降速增扭后带动舵面偏转，并将解算后的舵面实际位置反馈发送给弹上系统总线。

电动伺服系统工作原理见图1。

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图２ＣＰＵ板结构图Ｆｉ．２ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＰＵｃａｒｄｇ
其工ＰＵ板用在一种变频系统控制中，该Ｃ上位机或操控面板通过Ｒ作过程如下：Ｓ２３２串口将变频系统的给定信息传送给Ｄ同时，ＳＰ，ＦＰＧＡ将外围ＩＯ采集到的系统反馈信息通过总线也传将结果发送到ＤＳＰ，ＤＳＰ进行数据运算和处理，送到Ｆ并产生ＰＧＡ，ＦＰＧＡ实现最终的逻辑控制，然后通过ＣＰＷＭ波形，ＰＵ板的ＩＯ端口去控制功率单元组件。ＣＰＵ板与外部ＩＯ板点对点的通信是通过板这相当于将Ｉ内的ＦＰＧＡ实现的，Ｏ总线放到因此容易实现ＩＦＰＧＡ内完成，Ｏ资源共享。对该控制器支持双Ｃ于较复杂的控制系统，ＰＵ板协同工作，此时ＦＰＧＡ具备多口ＳＲＡＭ的功能，它不仅可以实现板内ＤＳＰ与ＦＰＧＡ内部资源之同时也支持两个Ｃ间的信息交换，ＰＵ板内的ＤＳＰ之间的通信。２．１电源／ＤＳＰ的内核电压和外围ＩＯ电压分别为１．９５２
本文介绍的通用数字控制器使用数字信号处理器ＤＳＰ和大规模现场可编程门阵列ＦＰＧＡ。复杂运算能力强，而ＤＳＰ具有顺序运算速度快，高速并行工作能力强，ＦＰＧＡ具有逻辑资源丰富，，、可重复编程可灵活快速地集成多种外围控制和接口电路。ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ的系统架构兼有两种信号处理芯片的优越性，使控制器具有很好的控制和运算能力，同时具有很好的灵活性和通用性。
（１．ＴｉａｎｉｎＤｅｓｉｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏＥｌｅｃｔｒｉｃＤｒｉｖｅ，Ｔｉａｎｉｎ３００１８０，Ｃｈｉｎａ；ｊｇｆｊ２．ＴｉａｎｉｎＥｎｔｒｘｉｔＩｎｓｅｃｔｉｏｎａｎｄＱｕａｒａｎｔｉｎｅＢｕｒｅａｕ，Ｔｉａｎｉｎ３００４５７，Ｃｈｉｎａ）ｊｙ－Ｅｐｊ：ｅｎｅｒａｌ－ｐｕｒｏｓｅＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｄｉｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎｇｐｇ，，，ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｉｍｒｏｖｅｉｔｓｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒｅａｌｔｉｍｅｓｔａｂｉｌｉｔａｎｄａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｐｐｙ，ｄｅｓｉｎｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ＋ＦＰＧＡｄｉｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｔｈｅｄｅｓｉｎｏｆｅｎｅｒａｌ－ｐｕｒｏｓｅｇｇｇｇｐ，，ａｎｄｍａｉｎＣＰＵｂｏａｒｄｏｗｅｒｍａｎａｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｅｒｉｈｅｒａｌｄｅｓｉｎｏｆｄｉｉｔａｌｓｉｎａｌｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐｇｐｐｇｇｇｐ，ｃｏｎｆｉｕｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｂｕｓｄｒｉｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔｏｆｆｉｅｌｄｒｏｒａｍｍａｂｌｅａｔｅａｒｒａｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌ－ｇｐｇｇｙｉｔｏｆｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｎａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｈａｌｉｃａｔｉｏｎ．ｒａｃｔｉｃａｌｙｇｇｐｐｐ：；；ｅｎｅｒａｌ－ｐｕｒｏｓｅｒｏｃｅｓｓｏｒｓ（ｒｏｒａｍｍａｂｌｅａｔｅＫｅｗｏｒｄｓｄｉｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｉｉｔａｌｓｉｎａｌＤＳＰ）ｆｉｅｌｄｇｐｐｐｇｇｇｇｇｙ；；ａｒｒａｏｗｅｒＦＰＧＡ）ｍａｎａｅｍｅｎｔｂｕｓｙ（ｐｇ
ＥＬＥＣＴＲＩＣＤＲＩＶＥ２０１１Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．３
电气传动２０１１年第４１卷第３期

基于ＤＳＰ－ＦＰＧＡ的通用数字控制器硬件设计
ＤｅｓｉｎｏｆＧｅｎｅｒａｌ－ｐＤｉｉｔａｌＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＢａｓｅｄＤＳＰ－ＦＰＧＡｕｒｏｓｅｇｇｐ
１１２，ＷＡＮＧＳｈｏｕ－ｌｉＹＵＡＮＹｕａｎＹＵＢｏ，
王首礼１，袁媛１，于波２（天津３１．天津电气传动设计研究所，００１８０；，）２．天津出入境检验检疫局天津３００４５７
为了使通用数字控制器的硬件电路与软件程序标准化和模块化，提高数字控制器的实时性、稳定摘要：性、抗干扰性，介绍了一种基于Ｄ对控制器及主ＣＳＰ＋ＦＰＧＡ系统架构的通用数字控制器硬件设计，ＰＵ板的设计方案、主Ｃ数字信号处理器Ｄ现场可编程门阵列ＦＰＵ板上的电源管理电路、ＳＰ及其外围设计、ＰＧＡ的配总线驱动电路作了详细说明。实际应用验证了该数字控制器硬件设计的正确性和可靠性。置电路、关键词：通用数字控制器；数字信号处理器；现场可编程门阵列；电源管理；总线中图分类号：ＴＰ２３文献标识码：Ａ
辅助电压和外围３Ｖ，ＦＰＧＡ的内核电压、Ｖ和３．／ＩＯ电压分别为１．２Ｖ，３．３Ｖ和３．３Ｖ，ＦＰＧＡ的配／置芯片内核电压和外围ＩＯ电压分别为１．８Ｖ和因此，系统中需要４种电源。ＴＭ３．３Ｖ，Ｓ３２０Ｆ２８１２供电需要先给外围３．再接３Ｖ的电源引脚上电，通１．当外围电压上升到９Ｖ的芯片内核电源；内核电压才上升到０．这样能保证２．５Ｖ时，３Ｖ，片内各个模块上电时能正确复位。而掉电时，在１．９Ｖ的电压达到１．５Ｖ之前器件复位将变［２］低。如果ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２上下电时不能满足上影响器件述要求则可能导致输出端出现大电流，寿命甚至损坏器件，所以需要考虑供电顺序；而Ｓａｔａｎ３系列ＦＰＧＡ及其配置芯片可以同时上下ｐ／电，Ｃ电源模块的通过资料查阅和仿真Ｔｒａｃｋ引脚来实现。同时，估计，因此本１．２Ｖ，３．３Ｖ所需要的电流比较大，／设计选用ＴＩ公司的ＤＣＤＣ电源模块如图３所ＰＴＨ０８Ｔ２３０提供１．２Ｖ，３．３Ｖ电压，示，ＬＤＯ电源芯片ＴＰＳ７４８０１，ＴＰＳ７３１１８提供分别如图４、图５所示。１．９Ｖ，１．８Ｖ电压，
１设计方案
如图１所示，本数字控制器采用标准６Ｕ欧式插卡结构，由８个槽组成，第１＃，５＃槽为ＣＰＵ板插槽，其余６个槽为ＩＯ板插槽。可以支持２套
，：王首礼（男，高级工程师，１９５３－）Ｅｍａｉｌｗａｎｓｈｏｕｌｉｔｒｉｅｄ．ｃｏｍ．ｃｎ作者简介：＠ｇ图１控制器结构图Ｆｉ．１Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｇ
实时控制系统分为模拟控制系统和数字控制系统两大类，随着数字技术的发展，模拟控制系统
１］。已经逐步被取代［
控制系统并行工作，２个ＣＰＵ板之间通过点到点的数据、地址和控制总线进行通信，其中数据总线地址总线１寻址范围：１６位，２位（０Ｘ００００～），、、、控制总线包括时钟复位读数据写０Ｘ０ＦＦＦ数据、中断等。ＣＰＵ板到ＩＯ板也采用点对点的通信方式，通过Ｉ开关量输Ｏ板与外围ＡＤ，ＤＡ，入，开关量输出等各种功能单元连接；ＣＰＵ板也自带Ｉ可以与功率单元相连。Ｏ端口，