一种基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡，属于步进电机伺服系统运动控制技术领域，解决了现有控制板卡接口不足、并行能力弱、可扩展性差，集成度不高的问题。包括：电源模块，将外部直流电源电压转化为DSP模块、FPGA模块和接口电路模块的工作电压；DSP模块与FPGA模块通过总线相连；FPGA模块与步进电机驱模块、接口电路模块相连；接口电路模块，连接外部信号；步进电机驱动模块与外部直流电源相连、步进电机相连。该板卡结合DSP和FPGA各自的优点，并将步进电机的驱动芯片集成到一块驱动控制板卡上，既保证了硬件系统对于外部接口的广泛适应能力，硬件系统上进行软件编程相对简单，同时驱动控制一体的设计，硬件体积小，重量轻，成本低。

A Multi-axis Stepping Motor Drive Control Board Based on DSP and FPGA

【技术实现步骤摘要】
一种基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡
本技术涉及步进电机伺服系统运动控制
，尤其涉及一种基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡。
技术介绍
在不失步的情况下，步进电机的转速和位置只取决于给定脉冲的频率和个数，步距角与脉冲数成线性关系，控制相对简单，使得步进电机组成的伺服系统的到广泛的应用。随着现在工业和军事的发展以及电子电力器件的进步，对由步进电机组成的伺服控制系统的要求也越来越高，因此由步进电机组成的伺服控制系统也越来越复杂，系统中步进电机的的数量也可能存在多个。目前，在多轴步进电机伺服控制领域，目前其硬件构架主要有五类：1)MCU/DSP+单步进电机驱动器；2)MCU/DSP+三轴/六轴步进电机驱动器+单步进电机驱动器；3)FPGA+单步进电机驱动器；4)PLC+单步进电机驱动器；5)DSP与FPGA+单步进电机驱动器。对于第一类，虽然能够同时实现简单的多轴步进电机的伺服控制，但对于复杂的伺服控制系统，如系统中需要接入惯性测量、双北斗定位定向和上位机等各种串行信号和开关信号下，硬件系统外部接口不足；对于第二类，除了存在第一类的外部接口不足问题外，还因为需要一个三轴/六轴步进电机驱动器作为中转，整个控制系统的实时性无法得到保障；对于第三类，在同时满足系统对外的接口能力和系统的解算和存储能力的情况下，对FPGA的要求较高，使得硬件系统成本升高。另外目前FPGA对电机控制领域的支持不如MCU或DSP完善，使得采用纯FPGA作为核心处理器的硬件系统的软件编程较为复杂；对于第四类，由于环境适应性问题，一般无法满足在军工和航空航天上的应用；对于第五类，DSP和FPGA的控制板卡和单步进电机驱动器，对于多步进电机伺服控制系统，系统硬件较为分散，硬件体积大，成本较高。综上所述，现有电机伺服控制方式在需要多个步进电机作为执行机构的复杂伺服运动控制系统中，已不能够满足生产和使用的要求，存在接口不足、并行能力弱、可扩展性差，集成度不够等问题。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本技术旨在提供一种基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡，用以解决现有控制板卡接口不足、并行能力弱、可扩展性差，集成度不高的问题。本技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：提供了一种基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡，包括FPGA模块、DSP模块、电源模块、接口电路模块和步进电机驱动模块；电源模块将外部直流电源电压转化为所述DSP模块、FPGA模块和接口电路模块的工作电压；DSP模块与所述FPGA模块通过总线相连；FPGA模块与所述步进电机驱模块、接口电路模块分别相连；接口电路模块，用于连接外部信号；步进电机驱动模块与外部直流电源、步进电机分别相连。本技术有益效果如下：本技术提供的基于DSP、FPGA和多个步进电机驱动芯片的驱动控制板卡，结合DSP和FPGA各自的优点，并将步进电机的驱动芯片集成到一块驱动控制板卡上，既保证了硬件系统对于外部接口的广泛适应能力，硬件系统上进行软件编程相对简单，同时驱动控制一体的设计，硬件体积小，重量轻，成本低。同时，该驱动控制板卡具有较强的适应能力，可应用于动中通天线系统，雷达天线系统等多个系统中，将在一定程度上减小其应用系统的硬件体积和重量，同时降低系统成本。在上述方案的基础上，本技术还做了如下改进：进一步，所述FPGA模块包括FPGA芯片、JTAG电路、时钟电路、复位电路、外扩Flash电路、串行配置电路；所述复位电路与所述FPGA芯片相连，用于提供上电复位和掉电复位信号；所述时钟电路与所述FPGA芯片相连，用于提供基准时钟信号；所述JTAG电路、串行配置电路分别与所述FPGA芯片相连，用于提供在线烧写程序运行和离线加载程序运行功能；所述外扩Flash电路与所述FPGA芯片相连，用于保存和加载数据。进一步，所述DSP模块包括DSP芯片、JTAG电路、时钟电路、复位电路、外扩Flash电路；所述复位电路与所述DSP芯片相连，用于提供上电复位和掉电复位信号；所述时钟电路与所述DSP芯片相连，用于提供基准时钟信号；所述JTAG电路与所述DSP芯片相连，用于提供在线仿真以及烧写程序功能；所述外扩Flash电路与所述DSP芯片相连，用于保存和加载数据。进一步，所述步进电机驱模块的SPI接口、STEP/DIR接口和状态指示引脚分别与FPGA芯片的IO引脚相连。进一步，所述DSP模块与所述FPGA模块之间通过地址总线和数据总线连接。进一步，所述DSP芯片为TMS320F28335芯片，所述TMS320F28335芯片的XWE0、XZCS6、XZCS7、XA0-XA19、XD0-XD31引脚分别与所述FPGA芯片的IO引脚相连；外扩Flash电路包括M25P16-VMN6P芯片，所述M25P16-VMN6P芯片的HOLD和W引脚与FPGA芯片的IO引脚相连。进一步，所述FPGA芯片为EP2S15F484I4芯片；串行配置电路包括EPCS16SI8N芯片；外扩Flash电路包括M25P16-VMN6P芯片，所述M25P16-VMN6P芯片的HOLD和W引脚与DSP芯片的GPIO引脚相连。进一步，所述电源模块包括DC/DC转换单元、可调电压转换单元；所述DC/DC转换单元包括THN15WI系列的DC/DC转换功能模块，用于将外部直流电源电压转换为5V电压；所述可调电压转换单元包括PTH05000WAH芯片，用于将5V电压分别转化为3.3V、1.9V、1.2V电压。进一步，所述接口电路模块包括：信号转换单元、电平转换单元；所述信号转换单元为DS26LS32CM芯片，用于差分信号到单端信号的转换；所述电平转换单元包括MAX3232、MAX3490/MAX490、MAX3485/MAX485芯片，分别用于RS232、RS422、RS485电平到LVTTL或TTL电平的转换。进一步，所述步进电机驱动模块包括多个TMC261芯片；所述每一TMC261芯片通过滤波稳压电路与外部输入电源相连，所述TMC261芯片分别与相应的驱动电机相连。本技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本技术中基于DSP和FPGA多轴步进电机驱动控制板结构示意图；图2为本技术中基于DSP和FPGA多轴步进电机驱动控制板硬件框图；图3为本技术中基于DSP和FPGA多轴步进电机驱动控制板卡中电源模块中5V转1.9V电路图；图4为本技术中基于DSP和FPGA多轴步进电机驱动控制板卡中接口电路模块中RS485电平转LVTTL电平电路图；图5为本技术中基于DSP和FPGA多轴步进电机驱动控制板卡中步进电机驱动模块中滤波稳压电路图。附图标记：1-电源模块；2-DSP模块；3-FPGA模块；4-接口电路模块；5-步进电机驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡，其特征在于，包括FPGA模块、DSP模块、电源模块、接口电路模块和步进电机驱动模块；所述电源模块将外部直流电源电压转化为所述DSP模块、FPGA模块和接口电路模块的工作电压；所述DSP模块与所述FPGA模块通过总线相连；所述FPGA模块与所述步进电机驱模块、接口电路模块分别相连；所述接口电路模块，用于连接外部信号；所述步进电机驱动模块与外部直流电源、步进电机分别相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡，其特征在于，包括FPGA模块、DSP模块、电源模块、接口电路模块和步进电机驱动模块；所述电源模块将外部直流电源电压转化为所述DSP模块、FPGA模块和接口电路模块的工作电压；所述DSP模块与所述FPGA模块通过总线相连；所述FPGA模块与所述步进电机驱模块、接口电路模块分别相连；所述接口电路模块，用于连接外部信号；所述步进电机驱动模块与外部直流电源、步进电机分别相连。2.根据权利要求1所述的基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡，其特征在于，所述FPGA模块包括FPGA芯片、JTAG电路、时钟电路、复位电路、外扩Flash电路、串行配置电路；所述复位电路与所述FPGA芯片相连，用于提供上电复位和掉电复位信号；所述时钟电路与所述FPGA芯片相连，用于提供基准时钟信号；所述JTAG电路、串行配置电路分别与所述FPGA芯片相连，用于提供在线烧写程序运行和离线加载程序运行功能；所述外扩Flash电路与所述FPGA芯片相连，用于保存和加载数据。3.根据权利要求1所述的基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡，其特征在于，所述DSP模块包括DSP芯片、JTAG电路、时钟电路、复位电路、外扩Flash电路；所述复位电路与所述DSP芯片相连，用于提供上电复位和掉电复位信号；所述时钟电路与所述DSP芯片相连，用于提供基准时钟信号；所述JTAG电路与所述DSP芯片相连，用于提供在线仿真以及烧写程序功能；所述外扩Flash电路与所述DSP芯片相连，用于保存和加载数据。4.根据权利要求2或3所述的基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡，其特征在于，所述步进电机驱模块的SPI接口、STEP/DIR接口和状态指示引脚分别与FPGA芯片的IO引脚相连。5.根据权利要求4所述的基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡，其特征在于，所述DSP模块与所述FPGA模块之间通过地址总线和数据总线连接。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：余漆，邓天华，李登静，晁攀攀，熊亚明，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：四川,51