1 運(yùn)動(dòng)控制器硬件結(jié)構(gòu)
　　本運(yùn)動(dòng)控制器的硬件結(jié)構(gòu)主要分為如下幾個(gè)模塊：DSP+CPLD 主控模塊，包括 DSP 核心 模塊和 CPLD 驅(qū)動(dòng)與擴(kuò)展模塊;通信接口模塊，包括 PCI 總線、USB 總線和串口;I/O 輸入輸 出接口模塊以及外圍存儲(chǔ)器模塊，包括 SRAM 和 FLASH。本運(yùn)動(dòng)控制器的硬件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。
　　
　　圖 1 運(yùn)動(dòng)控制器硬件結(jié)構(gòu)圖
　　1.1 DSP+CPLD 主控模塊
　　本系統(tǒng)采用了 TI 公司的 TMS320F2812 DSP 為控制核心，這是工業(yè)界首批 32 位的控制 專用、內(nèi)含 FLASH 以及高達(dá) 150MHz 主頻的數(shù)字信號(hào)處理器，專門為工業(yè)自動(dòng)化、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)及自動(dòng)化控制等應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。TMS320F2812 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間;具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，能夠?qū)崟r(shí)地處理許多復(fù)雜的控制算法;片上內(nèi)存豐富，可支持45 個(gè)外設(shè)級(jí)中斷和 3 個(gè)外部中斷，提取中斷向量和保存現(xiàn)場(chǎng)只需 9 個(gè)時(shí)鐘周期，響應(yīng)迅速; 片上集成了多種先進(jìn)的外設(shè)，包括兩個(gè)事件管理器（EV）、12 位 A/D、兩個(gè)串行通信接口（SCI）、一個(gè)串行外圍接口（SPI）以及一個(gè)多通道緩沖串行接口（McBSP）等;其通用輸 入/輸出多路復(fù)用器（GPIO）擁有多達(dá) 56 個(gè) I/O 口，在系統(tǒng)的軟件開發(fā)中正是利用了這些豐富的內(nèi)外設(shè)資源，才實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)要求的各種功能。
　　本系統(tǒng)中選用的 CPLD 是 Altera 公司 MAX3000A 系列的 EPM3128，這是一款高性能、 低功耗的基于 EEPROM 的 PLD。由于本系統(tǒng)的控制對(duì)象是步進(jìn)電機(jī)，所以設(shè)計(jì)中主要利用TMS320F2812 的 GPIO 口進(jìn)行電機(jī)控制接口與 I/O 接口的輸入輸出，但是由于 TMS320F2812是低功耗處理器，其 GPIO 引腳的輸出驅(qū)動(dòng)能力有限，而且由于 DSP 是主控核心，負(fù)載比 較多，所以將所有輸出信號(hào)都經(jīng)過 CPLD 驅(qū)動(dòng)后輸出，提高信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。此外，CPLD還用于系統(tǒng)電路的譯碼，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和可擴(kuò)展性。
　　1.2 通信接口模塊
　　本系統(tǒng)在用作插卡式運(yùn)動(dòng)控制時(shí)利用 PCI 總線實(shí)現(xiàn) DSP 與 PC 的通信。PCI（PeripheralComponent Interconnect 外圍部件互聯(lián)）總線是 Intel 公司聯(lián)合其他 100 多家公司于 1992 年推 出的基于新一代處理器的一種局部總線，是一種高性能 32/64 位數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線，能為 CPU 及外設(shè)提供高性能數(shù)據(jù)。PCI 總線具有嚴(yán)格的規(guī)范，目前已經(jīng)發(fā)布了 PCI V1.0 和 V2.1規(guī)范，保證了其良好的兼容性;PCI 總線與 CPU 無關(guān)，與時(shí)鐘頻率也無關(guān)，可適用于各種平臺(tái)，支持多處理器和并發(fā)工作;PCI 總線可以提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，還具有良好的擴(kuò) 展性。因此，PCI 總線在基于計(jì)算機(jī)總線的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，即“PC+運(yùn)動(dòng)控制器”的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用十分廣泛。
　　本系統(tǒng)選用 CYPRESS 公司的 CY7C68001 芯片實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)和 DSP 之間的 USB 通信。CY7C68001 是通用 USB2.0 接口控制器，它是基于應(yīng)用層編程的接口器件，相對(duì)于其它基于 鏈路層編程的接口器件，使用和開發(fā)都很方便。本系統(tǒng)采用 DSP 片上的 SCI 串行通信模塊以及 MAX232 芯片轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn) RS-232 的通 信信號(hào)，實(shí)現(xiàn)正常的串口通信。
　　1.3 I/O 輸入輸出接口模塊
　　本系統(tǒng)的輸入/輸出是通過 CPLD 的邏輯控制來實(shí)現(xiàn)的，以提高系統(tǒng)的工作可靠性和設(shè) 計(jì)柔性。考慮到運(yùn)動(dòng)控制器的可擴(kuò)展性以及 DSP 的 GPIO 引腳的數(shù)量，共設(shè)計(jì)了 16 路數(shù)字量輸出通道和 16 路數(shù)字量輸入通道。數(shù)字量輸出通道主要用于各軸方向、脈沖信號(hào)的輸出以及一些外部設(shè)備的啟停控制，如主軸及冷卻液的開關(guān)控制等;數(shù)字量輸入通道可根據(jù)用戶 具體要求來定義其用途，如作為傳感器接口，用于零點(diǎn)、限位信號(hào)的輸入等。為提高系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，系統(tǒng)輸出采用了普通輸出和差分輸出兩種方式，具體使用可由用戶自行設(shè)定。