基于ARM+FPGA的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、無(wú)論在機(jī)器人、數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，還是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)都發(fā)揮著不可或缺的作用。就目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要有三種形式：CNC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、嵌入式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及PLC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。不可否認(rèn)，上述3種控制系統(tǒng)以其各自在精確度、穩(wěn)定性、開放性等方面上優(yōu)點(diǎn)，都為運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步做出了很大的貢獻(xiàn)。然而上述3種方式都沒(méi)能夠較為理想地實(shí)現(xiàn)低成本、高性能、高穩(wěn)定性的有機(jī)融合。本文在基于ARM和FP

2、GA的硬件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種高性能、低成本的嵌入式PLC(ePLC)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
　　基于ARM和FPGA的ePLC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是集成了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)、ARM、FPGA、嵌入式PLC和可重構(gòu)等技術(shù)的系統(tǒng)，主要目的是設(shè)計(jì)一種受計(jì)算機(jī)控制的、具有一定柔性和開放性的運(yùn)動(dòng)控制器，是對(duì)低成本、高性能的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的新的嘗試。ePLC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟硬件部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用了軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的理念，提

3、出了邏輯控制與運(yùn)動(dòng)控制分別由基于ARM的PLC和FPGA實(shí)現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)PLC梯形圖編程平臺(tái)，為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)提供了一個(gè)性能穩(wěn)定的硬件平臺(tái)和便利的開發(fā)環(huán)境。ePLC是用戶開發(fā)的嵌入式控制系統(tǒng)專用系統(tǒng)不僅具有PLC開發(fā)功能，并具有比PLC功能更強(qiáng)大的軟件功能和硬件擴(kuò)展能力。
　　系統(tǒng)硬件部分由主控單元、通信單元、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單元、基本I/O單元等模塊組成，系統(tǒng)針對(duì)單片嵌入式處理器在處理邏輯任務(wù)的同時(shí)，無(wú)法較好地勝任復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制這一缺陷，提出

4、了一種ARM+FPGA的多路同步控制與32路I/O控制相結(jié)合的控制專用系統(tǒng)，彌補(bǔ)了單處理器處理能力的不足。在軟件設(shè)計(jì)部分，本論文首先在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)分析論證的前提下，建立了一個(gè)嵌入式PLC軟件模型，并在梯形圖中嵌入運(yùn)動(dòng)控制指令；FPGA上使用VHDL采用模塊化的方法設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制的運(yùn)動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)包括 ARM與 FPGA的通信模塊、運(yùn)動(dòng)控制命令解析處理模塊、速度控制模塊、PWM信號(hào)發(fā)生模塊、光柵尺反饋信號(hào)處理模塊和指令模式選擇模塊等。使用Q