一种基于FPGA与USB通信的运动控制器制造技术

本实用新型专利技术属于运动控制器技术领域，公开了一种基于FPGA与USB通信的运动控制器，包括电源模块、时钟模块和FPGA主控模块，所述FPGA主控模块交互式连接有USB接口模块，所述USB接口模块与上位机交互式相连接；所述FPGA主控模块的输入端依次连接有电平转换模块和差分单端转换模块，所述差分单端转换模块的输入端通过光耦隔离输入模块与光栅编码器相连；所述FPGA主控模块的输出端连接有脉冲电压转换模块，所述脉冲电压转换模块的输出端通过光耦隔离输出模块与电机驱动器相连；所述FPGA主控模块用于在接收到所述电机运行的速度指令后，启动速度控制并发送脉冲到所述脉冲电压转换模块，之后经过所述光耦输出到所述电机驱动器，以驱动电机运行。提升了人机交互的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA与USB通信的运动控制器
本技术属于运动控制器
，涉及一种基于FPGA与USB通信的运动控制器。
技术介绍
运动控制(MotionControl)通常是指在复杂条件下将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动，实现机械运动精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制。运动控制器就是控制电动机的运行方式的专用控制器：比如电动机在由行程开关控制交流接触器而实现电动机拖动物体向上运行达到指定位置后又向下运行，或者用时间继电器控制电动机正反转或转一会停一会再转一会再停。现在普遍使用PC机加PCI总线接口的运动控制卡进行伺服电机的运动控制。运动控制卡一般使用DSP和FPGA两个处理器完成运动控制的运算，结构较为复杂且成本较高。运动控制卡通过PCI接口安装在PC机的PCI插槽上，通过线缆外接到伺服驱动器接线盒上。可以看出，传统的PCI接口的运动控制器系统限制了人机交互的灵活性，使得在人机交互时须使用带有PCI接口的计算机。
技术实现思路
本技术在于提供一种基于FPGA与USB通信的运动控制器，用于解决现有技术中传统的PCI接口的运动控制器系统限制了人机交互的灵活性的问题。本技术是通过以下技术方案来实现的：一种基于FPGA与USB通信的运动控制器，包括电源模块、时钟模块和FPGA主控模块，所述FPGA主控模块交互式连接有USB接口模块，所述USB接口模块与上位机交互式相连接；所述FPGA主控模块的输入端依次连接有电平转换模块和差分单端转换模块，所述差分单端转换模块的输入端通过光耦隔离输入模块与光栅编码器相连；所述FPGA主控模块的输出端连接有脉冲电压转换模块，所述脉冲电压转换模块的输出端通过光耦隔离输出模块与电机驱动器相连；所述电源模块用于向该运动控制器中的各模块供电；所述USB接口模块用于将所述上位机发送的电机运行的速度指令或电机运行的相对位置指令传送至所述FPGA主控模块；所述差分单端转换模块用于将所述光栅编码器发来的方波信号转换为单端式方波信号；所述电平转换模块用于将所述单端式方波信号转换为所述FPGA主控模块可接收的电压值；所述脉冲电压转换模块用于接收所述FPGA主控模块发送的脉冲信号，并将其通过所述光耦隔离输出模块输出到所述电机驱动器。所述FPGA主控模块用于在接收到所述电机运行的速度指令后，启动速度控制并发送脉冲信号到所述脉冲电压转换模块，之后经过所述光耦隔离输出模块输出到所述电机驱动器，以驱动电机运行；或在接收到所述电机运行的相对位置指令后，或位置控制并发送脉冲信号到所述脉冲电压转换模块，之后经过所述光耦隔离输出模块到所述电机驱动器，以驱动电机运行；并将接收到所述单端式方波信号与所述电机运行的相对位置指令进行比较，并发送相应的脉冲信号，直至所述电机到达指定位置。所述FPGA主控模块包括相连的USB传输模块和CMD指令解析模块，所述CMD指令解析模块的输入端连接有中断信号发生器，输出端分别与插补控制模块、速度控制模块和位置控制模块相连；所述插补控制模块的输出端分别与直线插补模块、圆弧插补模块、位模式插补模块相连，所述插补控制模块与所述中断信号发生器相连接的支路输入端还分别与所述直线插补模块、圆弧插补模块、位模式插补模块相连接，所述速度控制模块与位置控制模块相连接的支路输出端还分别与所述直线插补模块、圆弧插补模块、位模式插补模块相连接；所述USB传输模块用于接受所述电机运行的速度指令或电机运行的相对位置指令，并传送至所述CMD命令解析模块；所述CMD命令解析模块用于接收并根据指令的类别启动相应的模式，并经所述插补控制模块控制所述直线插补模块、圆弧插补模块和位模式插补模块中的一个或多个模块启动；或在接收到所述中断信号发生器发来的中断信号后控制该运动控制器停止工作。所述USB传输模块选用型号为CY68013的单片机芯片。所述时钟模块用于向所述FPGA主控模块提供时钟振荡。所述光耦隔离输入模块用于对所述光栅编码器发送的方波信号传输进行电气隔离；所述光耦隔离输出模块用于对所述FPGA主控模块发送的脉冲信号进行电气隔离。所述电源模块还用于向所述光栅编码器供电。所述FPGA主控模块的型号为altera品牌的EP4C10F17C8。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术提供一种基于FPGA与USB通信的运动控制器，包括电源模块、时钟模块和FPGA主控模块，所述FPGA主控模块通过USB接口模块来与上位机交互式相连接。光栅编码器通过光耦隔离输入模块依次经过差分单端转换模块和电平转换模块与所述FPGA主控模块的输入端相连，所述差分单端转换模块的输入端与相连；所述FPGA主控模块的输出端连接有脉冲电压转换模块，所述脉冲电压转换模块的输出端通过光耦隔离输出模块与电机驱动器相连，电机驱动器用于控制电机动作。当FPGA主控模块接收到所述电机运行的速度指令后，启动速度控制并发送脉冲到所述脉冲电压转换模块，之后经过所述光耦输出到所述电机驱动器，以驱动电机运行；或在接收到所述电机运行的相对位置指令后，或位置控制并发送脉冲到所述脉冲电压转换模块，之后经过所述光耦输出到所述电机驱动器，以驱动电机运行；并将接收到所述光栅编码器信号与所述电机运行的相对位置指令进行比较，并发送相应的脉冲信号，直至所述电极到达指定位置。本技术通过USB接口模块实现通信功能，数据传输可靠，运行稳定；并且通过采用FPGA主控模块，使电路有了更大的灵活性，对电机的动作控制更加可靠，并可根据需要更改程序，以使与上位机的互动灵活性大大提升。附图说明图1为本技术的总体结构图；图2为本技术中FPGA主控模块的结构示意图；图3为本技术中FPGA主控模块与USB芯片在slavefifo连接模式下的连接关系。具体实施方式下面结合附图对本技术进行详细的说明。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。本技术提供一种基于FPGA与USB通信的运动控制器，参见图1，包括电源模块、时钟模块和FPGA主控模块，所述FPGA主控模块交互式连接有USB接口模块，所述USB接口模块与上位机交互式相连接；所述FPGA主控模块的输入端依次连接有电平转换模块和差分单端转换模块，所述差分单端转换模块的输入端通过光耦隔离输入模块与光栅编码器相连；所述FPGA主控模块的输出端连接有脉冲电压转换模块，所述脉冲电压转换模块的输出端通过光耦隔离输出模块与电机驱动器相连；所述电源模块用于向该运动控制器中的各模块供电；所述USB接口模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA与USB通信的运动控制器，其特征在于，包括电源模块、时钟模块和FPGA主控模块，所述FPGA主控模块交互式连接有USB接口模块，所述USB接口模块与上位机交互式相连接；/n所述FPGA主控模块的输入端依次连接有电平转换模块和差分单端转换模块，所述差分单端转换模块的输入端通过光耦隔离输入模块与光栅编码器相连；所述FPGA主控模块的输出端连接有脉冲电压转换模块，所述脉冲电压转换模块的输出端通过光耦隔离输出模块与电机驱动器相连；/n所述电源模块用于向该运动控制器中的各模块供电；/n所述USB接口模块用于将所述上位机发送的电机运行的速度指令或电机运行的相对位置指令传送至所述FPGA主控模块；/n所述差分单端转换模块用于将所述光栅编码器发来的方波信号转换为单端式方波信号；/n所述电平转换模块用于将所述单端式方波信号转换为所述FPGA主控模块可接收的电压值；/n所述脉冲电压转换模块用于接收所述FPGA主控模块发送的脉冲信号，并将其通过所述光耦隔离输出模块输出到所述电机驱动器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA与USB通信的运动控制器，其特征在于，包括电源模块、时钟模块和FPGA主控模块，所述FPGA主控模块交互式连接有USB接口模块，所述USB接口模块与上位机交互式相连接；
所述FPGA主控模块的输入端依次连接有电平转换模块和差分单端转换模块，所述差分单端转换模块的输入端通过光耦隔离输入模块与光栅编码器相连；所述FPGA主控模块的输出端连接有脉冲电压转换模块，所述脉冲电压转换模块的输出端通过光耦隔离输出模块与电机驱动器相连；
所述电源模块用于向该运动控制器中的各模块供电；
所述USB接口模块用于将所述上位机发送的电机运行的速度指令或电机运行的相对位置指令传送至所述FPGA主控模块；
所述差分单端转换模块用于将所述光栅编码器发来的方波信号转换为单端式方波信号；
所述电平转换模块用于将所述单端式方波信号转换为所述FPGA主控模块可接收的电压值；
所述脉冲电压转换模块用于接收所述FPGA主控模块发送的脉冲信号，并将其通过所述光耦隔离输出模块输出到所述电机驱动器。


2.根据权利要求1所述的基于FPGA与USB通信的运动控制器，其特征在于，所述FPGA主控模块用于在接收到所述电机运行的速度指令后，启动速度控制并发送脉冲信号到所述脉冲电压转换模块，之后经过所述光耦隔离输出模块输出到所述电机驱动器，以驱动电机运行；
或在接收到所述电机运行的相对位置指令后，或位置控制并发送脉冲信号到所述脉冲电压转换模块，之后经过所述光耦隔离输出模块到所述电机驱动器，以驱动电机运行；并将接收到所述单端式方波信号与所述电机运行的相对位置指令进行比较，并发送相应的脉冲信号，直至所述电机到达指定位置。


3.根据权利要求1或2所述的基于FPGA与USB通信的运动控制器，其特征在于，所述FPGA主控模块包括相连的USB传输模块和CMD指令解析模...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪朋月，王轲，柳金星，马丽霞，李鹏，张培国，
申请(专利权)人：西安威而信精密仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61