High-speed servo-eenheid op basis van CPLD en absolute encoder

Momenteel zijn de servo -motoren in binnenlandse CNC -machine -tools in het algemeen uitgerust met incrementele encoders, terwijl de nauwkeurigheid van incrementele encoders niet te hoog is en de uitgang parallelle signalen is. Om de nauwkeurigheid te verbeteren, is het noodzakelijk om het ontwerp van de encoder te vergroten. Moeilijkheid en verhoog de output van parallelle signalen, die niet bevorderlijk is voor de langdurige communicatie tussen de servo-eenheid en de encoder. De absolute encoder wordt gebruikt, behalve dat de nauwkeurigheid ervan meerdere keren hoger is dan die van de incrementele encoder. Hoge snelheid seriële communicatie bespaart communicatielijnen voor communicatie over lange afstand. Aan de andere kant van de encoder worden CPLD en absolute encoder gebruikt voor hogesnelheidsseriële communicatie. De CPLD converteert vervolgens de ontvangen encoderingsinformatie in parallelle gegevensoverdracht. De DSP in de servo -eenheid voert rekenkundige controle uit. Dit artikel geeft de software- en hardware-ontwerp van snelle seriële communicatie tussen CPLD en absolute encoder .

hardware -ontwerp

De hardware bestaat voornamelijk uit drie modules: voeding, CPLD en zijn perifere circuits en absolute encoderinterface -circuit.

Stroommodule

De stroommodule bestaat uit een schakelvoedingscircuit en een DC/DC -voedingschip, zoals weergegeven in figuur 1.

De schakelvoeding in de figuur zet de 220V AC -roosterspanning om in +5V, +15V, -15V. De schakelvoedingsvoorziening kan verschillende interferenties in het power -raster filteren en de transformator in de schakelvoeding is 220V AC en de uitgang is + 5V, + 15V, -15V is geïsoleerd, het interne circuit gebruikt ook TL431 om het aan te passen Geleidingspulsbreedte van de schakelbuis, dus de anti-interferentie, veiligheid, stabiliteit en spanningsregeling van de schakelvoeding is beter. De TPS7333 is een DC/DC -chip. De +5V DC -spanning wordt omgezet in een stabiele DC -spanning van +3,3 V voor gebruik door de CPLD. De TPS7333 heeft een betere conversie -efficiëntie, betrouwbaarheid en spanningsregeling. Het kan worden gebruikt in het spanningsbereik van +3.77V- +10V. Het omzetten van +3.3V zorgt ervoor dat de CPLD opbrandt omdat de ingangsspanning te hoog is.

CPLD en zijn perifere circuitmodules

De CPLD en de perifere circuitmodules zijn voornamelijk samengesteld uit CPLD, CPLD Programming Download Interface Circuit (JTAG -interface), DSP -interface -circuit, actieve kristaloscillator, niveau -conversiecircuit en ADM485 en de perifere circuits (interface -circuit verantwoordelijk voor communicatie met het Encoder) . Figuur 2).

Dit ontwerp CPLD maakt gebruik van Altera's EPM570T144C5, die behoort tot Max II van Altera. Max II is lager in kosten dan Max I en verbruikt minder stroom. Het apparaat heeft meer macrocellen en de apparaatvertraging wordt binnen 6 ns geregeld. Met hoge kostenprestaties heeft de EPM570T144C5 570 macrocellen. Het aantal pennen op de chip is 144, waarvan 116 beschikbaar zijn I/O -poorten, dus de bronnen van deze chip zijn voldoende. De CPLD is voornamelijk verantwoordelijk voor hoge snelheidsseriële communicatie met de absolute encoder en wordt bestuurd door de DSP-opdracht om de encodergegevens en andere informatie parallel naar de DSP door te sturen.

De JTAG -interface wordt voornamelijk gebruikt om het uitvoerbare bestand naar de CPLD te downloaden, de ontwikkelingsomgeving van het Altera Company - Quartus II op de pc te installeren en het schriftelijke VHDL -programma in deze ontwikkelingsomgeving samen te stellen om ervoor te zorgen dat de compilatie niet foutloos is en de functie is geïmplementeerd. Sluit de downloadkabel aan op de JTAG -interface en download het CPLD -bord via de programmeerdownloadtool van Quartus II.

De DSP -interface bestaat uit 8 datarelie, 3 adresregels en 1 bedieningslijn. De 8 data -lijnen zijn verantwoordelijk voor het overbrengen van de encodergegevens en andere informatie. De 3 adresregels zijn verantwoordelijk voor het verzenden van DSP -opdrachten en decodering bij de CPLD -terminal. De CPLD verzendt de encodergegevens of andere informatie naar de DSP via 8 datarelie volgens de opdracht gedecodeerde. De bedieningslijn voltooit voornamelijk de synchrone controle van de CPLD en de DSP.

De 20m actieve kristaloscillator biedt voornamelijk een referentieklok voor de CPLD. Onder het rijgedrag van het kloksignaal genereert de CPLD een baudsnelheid van 2,5 MB/s om te communiceren met de encoder en genereert een 10m Hz -klok voor enkele logische besturingssignalen. Het verstrekken van een klokfrequentie van 20 m Hz vereist een 3,3V DC -spanning van de voeding.

Het level verschuivende circuit is voornamelijk verantwoordelijk voor het converteren van 3,3 V naar 5V of 5V naar 3,3 V, omdat de kern- en I/O -poorten van de CPLD een voedingsspanning van 3,3V vereisen, wat vereist is voor ADM485 en absolute encoders. Zowel de voedingsspanning als het I/O -poort drivercircuit zijn 5V, dus het is noodzakelijk om 3,3V naar 5V of 5V naar 3,3 V te converteren met de niveauconversie Chip LVC4245A.

ADM485 en zijn perifere circuits zijn de hardwarevaarding tussen CPLD en absolute encoder high-speed communicatie. De werkspanning van ADM485 is 5V en de maximale communicatiesnelheid is 5 MB/s. Het gebruik van twee ADM485-chips voor het doceren van communicatie kan het anti-interferentievermogen op de communicatielijn verbeteren en de langste transmissieafstand kan 1,2 km bereiken. Het perifere circuit wordt getoond in figuur 3. De rechter helft van de stippellijn behoort tot het perifere circuit van de absolute encoder. De pull-up en pull-down weerstanden zijn 1K ohm, de huidige beperkende weerstand is 220 ohm en de ADM485 SDAT is de gegevensuitvoerpen. ADM485 is SRQ is de gegevensinvoerpen, de van ADM485 is de externe bedieningspen, deze pin wordt bestuurd door CPLD. Aangezien het RS-485-communicatieprotocol half-duplex is, kan ADM485 alleen in de status van het verzenden van gegevens zijn of gegevens ontvangen. Wanneer ADM485 de hoog is, is ADM485 in gegevensuitvoerstatus (dat wil zeggen CPLD ontvangt gegevens). Wanneer de van ADM485 laag is, is ADM485 in de status van gegevensinvoer (dat wil zeggen CPLD verzendt gegevens).